A continuous-aperture array (CAPA)-based secure transmission framework is proposed to enhance physical layer security. Continuous current distributions, or beamformers, are designed to maximize the secrecy transmission rate under a power constraint and to minimize the required transmission power for achieving a specific target secrecy rate. On this basis, the fundamental secrecy performance limits achieved by CAPAs are analyzed by deriving closed-form expressions for the maximum secrecy rate (MSR) and minimum required power (MRP), along with the corresponding optimal current distributions. To provide further insights, asymptotic analyses are performed for the MSR and MRP, which reveals that i) for the MSR, the optimal current distribution simplifies to maximal ratio transmission (MRT) beamforming in the low-SNR regime and to zero-forcing (ZF) beamforming in the high-SNR regime; ii) for the MRP, the optimal current distribution simplifies to ZF beamforming in the high-SNR regime. The derived results are specialized to the typical array structures, e.g., planar CAPAs and planar spatially discrete arrays (SPDAs). The rate and power scaling laws are further analyzed by assuming an infinitely large CAPA. Numerical results demonstrate that: i) the proposed secure continuous beamforming design outperforms MRT and ZF beamforming in terms of both achievable secrecy rate and power efficiency; ii) CAPAs achieve superior secrecy performance compared to conventional SPDAs.


翻译:本文提出了一种基于连续孔径阵列(CAPA)的安全传输框架以增强物理层安全。通过设计连续电流分布(即波束形成器),在功率约束下最大化保密传输速率,并在达到特定目标保密速率时最小化所需传输功率。基于此,通过推导最大保密速率(MSR)与最小所需功率(MRP)的闭式表达式及相应最优电流分布,分析了CAPA所能实现的基本保密性能极限。为提供更深层次见解,对MSR与MRP进行了渐近分析,揭示:i) 对于MSR,最优电流分布在低信噪比区域简化为最大比传输(MRT)波束成形,在高信噪比区域简化为迫零(ZF)波束成形;ii) 对于MRP,最优电流分布在高信噪比区域简化为ZF波束成形。将所得结果特化至典型阵列结构,例如平面CAPA与平面空间离散阵列(SPDA)。进一步通过假设无限大CAPA分析了速率与功率缩放规律。数值结果表明:i) 所提出的安全连续波束成形设计在可达保密速率与功率效率方面均优于MRT与ZF波束成形;ii) CAPA相比传统SPDA可获得更优的保密性能。

0
下载
关闭预览

相关内容

军事通信系统:安全行动的支柱
专知会员服务
18+阅读 · 2025年10月29日
视频合成孔径雷达技术发展现状综述
专知会员服务
22+阅读 · 2024年8月7日
综述:军事应用中使用的一些重要算法
专知
13+阅读 · 2022年7月3日
探秘各种主流周界安防技术产品
未来产业促进会
12+阅读 · 2018年11月16日
【CPS】社会物理信息系统(CPSS)及其典型应用
产业智能官
16+阅读 · 2018年9月18日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
军事通信系统:安全行动的支柱
专知会员服务
18+阅读 · 2025年10月29日
视频合成孔径雷达技术发展现状综述
专知会员服务
22+阅读 · 2024年8月7日
相关资讯
综述:军事应用中使用的一些重要算法
专知
13+阅读 · 2022年7月3日
探秘各种主流周界安防技术产品
未来产业促进会
12+阅读 · 2018年11月16日
【CPS】社会物理信息系统(CPSS)及其典型应用
产业智能官
16+阅读 · 2018年9月18日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员