存在CSI与硬件缺陷的空间相关RIS辅助安全大规模MIMO系统

本文研究了在存在收发机硬件缺陷（HWI）、不完美信道状态信息（CSI）以及空间相关信道的情况下，将可重构智能表面（RIS）集成到安全多用户大规模多输入多输出（MIMO）系统中。我们首先通过考虑收发机HWI和RIS相移误差的影响，引入了一种用于聚合信道的线性最小均方误差估计算法。然后，我们在基站（BS）采用人工噪声（AN）的情况下，推导出了存在多天线窃听者时可达遍历保密速率的下界。此外，在一些值得注意的特殊情况下，进一步简化了所得的遍历保密速率表达式，以获得有价值的见解。为了抵消HWI的影响，我们提出了一种保密信号与AN之间的功率分配优化策略，该策略具有不动点方程解。我们的分析表明，如果总发射功率下降速度不超过 $1/N$（其中 $N$ 为RIS单元数），则可以保持非零的遍历保密速率。此外，遍历保密速率随基站天线数 $M$ 呈对数增长，并在 $N\rightarrow\infty$ 的渐近状态下趋于某一极限。提供了仿真结果以验证推导出的解析结果。它们揭示了关键设计参数对保密速率的影响。结果表明，采用所提出的功率分配策略，可以通过增加低成本RIS单元的数量来抵消由HWI引起的保密速率损失。