通过智能反射面增强安全MIMO传输

本文考虑智能反射面（IRS）辅助的高斯多输入多输出（MIMO）窃听信道（WTC），并聚焦于提升其保密速率。由于MIMO设置，所有现有的针对多输入单输出WTC提升保密速率的方案完全不适用于本工作。此外，所有现有研究均基于窃听者（Ev）完整信道状态信息（CSI）可用的理想假设。因此，我们提出了在完整及无Ev CSI两种情况下提升该信道保密速率的数值解法。对于完整CSI情况，我们提出障碍法与逐个（OBO）优化相结合的交替优化（AO）算法，以联合优化发射端（Tx）的发射协方差R和IRS的相移系数Q。对于无Ev CSI情况，我们开发了人工噪声（AN）辅助联合传输方案以提升保密速率。在该方案中，提出二分搜索（BS）与OBO优化相结合的AO算法来联合优化R和Q。此方案也应用于提升一特殊场景下的保密速率，该场景中因障碍物导致Tx与接收者/Ev间直连链路被阻断。特别地，我们提出收敛稍快的BS与极小极大化（MM）相结合的AO算法来优化该场景下的R和Q。仿真结果验证了所提算法的单调收敛性，并表明在完整CSI下IRS辅助设计的所提算法实现的保密速率显著大于其他基准方案。当Ev的CSI未知时，该信道的保密性能也可通过所提AN辅助方案增强，且在提升接收端服务质量与增强保密速率之间存在权衡。