多用户MIMO下行链路物理层安全研究  

Analysis on physical layer security of multi-user MIMO downlink

作　　者：杨睛[1,2] 刘琪[1] 颜彪[1] 胡学龙[1] 

机构地区：[1]扬州大学信息工程学院,扬州225009 [2]东南大学信息科学与工程学院,南京210096

出　　处：《电子测量与仪器学报》2016年第9期1306-1312,共7页Journal of Electronic Measurement and Instrumentation

基　　金：国家自然科学基金青年科学基金(61301111);中国博士后科学基金面上项目(2014M560374)资助

摘　　要：随着无线通信的迅猛发展,如何实现信息的安全传输,越来越受到研究人员的广泛关注。考虑实际的通信场景,即发送端已知不完备的信道状态信息(channel state information,CSI),研究了多用户多输入多输出下行链路的物理层安全性能。具体而言,以最大化系统安全容量为多用户调度准则,采用最大比传输波束成形方案,获得了系统安全中断概率(secrecy outage probability,SOP)的闭合表达式及在高SNR下的渐近结果。除此之外,也获得了在已知完备CSI情形下,系统SOP的准确的理论结果及渐近结果。研究表明:已知不完备CSI情形下,网络可获得的分集增益为K;已知完备CSI情形下,分集增益为K×N_B×N_S,其中K、N_B、N_S分别代表用户数目,基站的天线数目和用户的天线数目。最终,通过蒙特卡洛仿真,验证了理论分析的正确性。With the rapid development of wireless communication, how to realize the security of the information transmission has attracted more and more attention. In this paper, the physical layer security for multi-user multiple-input multiple-output downlink system is researched, where the base station （BS） schedules the best user which maximizes the secrecy capacity with maximal ratio transmission. Both exact and asymptotic expression for the secrecy outage probability is obtained for imperfect and perfect channel state information （CSI）. It is shown that diversity order equals to K with imperfect CSI, while it equals to K x NB x Ns with perfect CSI, where K, Nsand Ns denote the number of users, the antenna number at BS and the antenna number at users. Finally, Monte-Carlo simulation has confirmed the correctness of our analysis.

关 键 词：多用户调度 最大比传输 安全中断概率 分集增益 不完备CSI 

分 类 号：TN929.53[电子电信—通信与信息系统]