衰落高斯MIMO窃听信道下安全发送方案及其优化问题  被引量:1

On the optimization problem in fading Gaussian MIMO wiretap channels

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作  者:马康宁 徐寅飞 邵硕 吴越[1] Kangning MA;Yinfei XU;Shuo SHAO;Yue WU(School of Electronic Information and Electrical Engineering,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China;School of Information Science and Engineering,Southeast University,Nanjing 211189,China)

机构地区:[1]上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240 [2]东南大学信息科学与工程学院,南京211189

出  处:《中国科学:信息科学》2022年第2期239-252,共14页Scientia Sinica(Informationis)

基  金:国家重点研发计划(批准号:2020YFB1807504,2020YFB1807500,SQ2020YFA070077);国家自然科学基金(批准号:61901261,61901105,61941106,52078117);上海市扬帆计划(批准号:19YF1424200);江苏省自然科学基金(批准号:BK20190343)资助项目。

摘  要:自适应的物理层安全技术是6G通信中具有抗量子攻击实现通信安全一体化的重要挑战问题.本文研究了合法用户信道状态随机衰落,且各状态不满足退化关系的高斯多天线输入输出(MIMO)窃听信道的信道容量问题.我们引入"弱超多数化"(weak supermajorization)理论对各状态排序.并采用广播逼近(broadcast approach)技术,即基于叠加编码(superposition coding)架构设计编码并予以优化,从而完成信道状态信息(channel state information,CSI)未知情况下的物理层安全传输,实现通信系统的内生安全.该编码架构下的参数的优化问题可以表征为对数函数的非凸优化问题,因此我们提出了求解该传输方案最优输入的快速算法.Self-adaptive physical layer security technology is a major challenge for achieving anti-quantum endogenous security in 6 G communication.We consider the maximum average decodable rate for a non-degraded Gaussian MIMO wiretap channel,whose the main channel suffers fading.We adopt the layered broadcast approach based on superposition coding to design and optimize the achievable and secrecy scheme,when the eigenvalues of the noise covariance in each channel state can be ordered by the weak supermajorization.With the scheme,the maximum average decodable rate can be characterized as a non-convex optimization problem of a log function.We propose an algorithm which can output the optimal solution for the optimization and thus help to obtain the optimal scheme in the scalar case and most MIMO cases.

关 键 词:高斯MIMO窃听广播信道 衰落信道 广播逼近 叠加编码 内生安全 

分 类 号:TN918[电子电信—通信与信息系统]

 

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