A novel Physical Layer Security (PLS) framework is conceived for enhancing the security of the wireless communication systems by exploiting multi-domain polarization in Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) systems. We design a sophisticated key generation scheme based on multi-domain polarization, and the corresponding receivers. An in-depth analysis of the system's secrecy rate is provided, demonstrating the confidentiality of our approach in the presence of eavesdroppers having strong computational capabilities. More explicitly, our simulation results and theoretical analysis corroborate the advantages of the proposed scheme in terms of its bit error rate (BER), block error rate (BLER), and maximum achievable secrecy rate. Our findings indicate that the innovative PLS framework effectively enhances the security and reliability of wireless communication systems. For instance, in a $4\times4$ MIMO setup, the proposed PLS strategy exhibits an improvement of $2$dB compared to conventional MIMO, systems at a BLER of $2\cdot 10^{-5}$ while the eavesdropper's BLER reaches $1$.


翻译:本文提出了一种新颖的物理层安全(PLS)框架,通过利用多输入多输出(MIMO)系统中的多域极化来增强无线通信系统的安全性。我们设计了一种基于多域极化的复杂密钥生成方案及相应的接收机。对系统的保密速率进行了深入分析,证明了该方法在存在具有强大计算能力的窃听者时的机密性。更具体地,我们的仿真结果和理论分析证实了所提方案在误码率(BER)、误块率(BLER)和最大可实现保密速率方面的优势。研究结果表明,该创新的PLS框架有效提升了无线通信系统的安全性和可靠性。例如,在$4\times4$ MIMO配置下,当BLR为$2\cdot 10^{-5}$时,所提PLS策略相比传统MIMO系统实现了$2$dB的增益,而窃听者的BLER达到$1$。

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