物理层安全性能分析：从远场到近场

使用两个基本指标分析了近场和远场通信中的保密性能：功率约束下的保密容量和实现指定保密速率目标的最小功率要求。1) 对于保密容量，在离散无记忆设置下推导了闭式表达式。该表达式在几种远场和近场信道模型下进一步分析，并通过假设无限大的发射阵列和无限高的功率揭示了容量缩放规律。提出了“不安全深度”的新概念来评估近场波束聚焦实现的保密性能。结果表明，增加发射天线数量会减小该深度，从而提高保密性能。2) 关于最小所需功率，在远场和近场场景中推导了闭式表达式。通过将发射天线数量设置为无穷大进行渐近分析，以揭示功率缩放规律。数值结果表明：i) 与远场通信相比，近场通信扩大了安全传输可行的区域，特别是当窃听者与预期接收者位于同一方向时；ii) 随着发射天线数量的增加，保密容量和最小所需功率都不会无限缩放或消失，这符合能量守恒原理。