异构网络的保密发送波束成形

本文开创了异构网络（HetNets）中物理层安全的研究。我们调查了一个两层下行 HetNet 中的安全通信，该网络包含一个宏小区和几个 femtocell。每个小区有多个用户，窃听者试图窃听目标宏小区用户。首先，我们考虑一种正交频谱分配策略以消除同信道干扰，并提出仅在宏小区中运行的保密发送波束成形（STB-OM），作为 HetNet 安全通信的部分解决方案。接下来，我们考虑一种面向保密的非正交频谱分配策略，并提出两种依赖于宏小区基站（MBS）与相邻 femtocell 基站（FBSs）协作的协作式 STB。我们的第一种协作式 STB 是依次在宏小区和 femtocell 中运行的 STB（STB-SMF），其中协作 FBS 独立设计其 STB 矩阵，然后将其性能指标反馈给 MBS 以指导宏小区中的 STB。为了提高 STB-SMF 的性能，我们进一步提出了在宏小区和 femtocell 中联合设计的 STB（STB-JMF），其中所有协作 FBS 将信道状态信息反馈给 MBS 以设计联合 STB。与为广播或干扰信道设计的传统 STB 不同，所提出的三种 STB 方案由于合法用户的服务质量（QoS）约束而需要相对复杂的优化。为了有效使用这些 STB 方案，原始优化问题被重新表述，并调用凸优化技术（如二阶锥规划和半定规划）来获得最优解。数值结果表明，所提出的 STB 方案在提高 HetNet 保密速率性能方面非常有效。