近场物理层安全的性能分析与低复杂度波束赋形设计
信号处理
2025-04-10 v2 信息论
math.IT
摘要
极大规模阵列 (XL-arrays) 已成为实现未来无线网络前所未有性能要求的关键使能技术，显著延伸了近场区域的范围。这种转变 necessitates 采用球面波前模型来描述无线传播，而非远场平面模型，从而为无线系统设计引入额外的自由度 (DoFs)。本文探讨了近场基于波束聚焦的物理层安全 (PLS)问题，其中多个合法用户和一个窃听者位于 XL-array 基站 (BS) 的近场区域。首先，我们考虑一种特殊情况，即一个合法用户和一个窃听者，以此为近场 PLS 提供有益洞见。具体而言，证明：1）人造噪声 (AN) 对近场安全 provisioning 至关重要，将不安全的系统转化为安全的系统；2）AN 可带来诸多安全收益，显著提升了近场 PLS 相较于不考虑 AN 的情况。接下来，针对多个合法用户的通用情况，我们提出一种高效低复杂度方法来设计带 AN 的波束赋形，以保证近场安全传输。具体而言，低复杂度方法从引入捕获干扰水平的干扰域概念开始，随后提出三步识别框架来设计波束赋形。最后，数值结果表明：1）由于额外的空间 DoFs，近场 PLS 的提升尤为显著；2）所提出的方法在显著降低计算复杂度的同时，可实现接近计算密集型常规方法的性能。
引用
@article{arxiv.2407.13491,
title = {Performance Analysis and Low-Complexity Beamforming Design for Near-Field Physical Layer Security},
author = {Yunpu Zhang and Yuan Fang and Changsheng You and Ying-Jun Angela Zhang and Hing Cheung So},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.13491},
year = {2025}
}
备注
13 pages, 13 figures