混合近场与远场通信系统中的物理层安全
信号处理
2025-05-06 v2
摘要
极大规模阵列(XL-arrays)已成为提升未来无线系统频谱效率与空间分辨率的一项有前景的技术。不同于现有工作大多单独考虑远场或近场中的物理层安全(PLS),本文考虑一种新的且更贴近实际的场景:合法用户(Bobs)位于基站(BS)的远场,而窃听者(Eves)位于近场以在短距离内截获机密信息,称为混合近场与远场 PLS。具体而言,我们构建一个优化问题,通过优化基站的功率分配,在基站总发射功率约束下最大化所有 Bobs 的保密速率之和。为获得有价值的洞见,我们首先考虑单 Bob 单 Eve 系统,并以闭式刻画 Bob 的不安全传输区域。有趣的是,我们证明相较于传统远场 PLS 系统,该不安全传输区域被显著地\emph{扩大},这是由混合场场景中的能量扩散效应所致。随后,我们将分析进一步扩展到双 Bob 单 Eve 系统。结果表明,相较于单 Bob 系统,来自另一 Bob 的干扰可被有效利用以削弱 Eve 截获目标 Bob 信号的能力,从而提升保密速率。此外,我们利用逐次凸近似(SCA)技术提出一种高效算法,以获得所构造非凸问题的高质量解。最后,数值结果表明,相较于基于(简化的)远场信道模型设计功率分配的基准方案,我们所提算法可实现更高的保密速率之和。
引用
@article{arxiv.2504.19555,
title = {Physical-Layer Security in Mixed Near-Field and Far-Field Communication Systems},
author = {Tianyu Liu and Changsheng You and Cong Zhou and Yunpu Zhang and Shiqi Gong and Heng Liu and Guangchi Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.19555},
year = {2025}
}