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; i) 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的安全传输框架以增强物理层安全性。在功率约束下,设计了连续电流分布(即波束赋形器)以最大化保密传输速率,并为达成特定目标保密速率而最小化所需传输功率。在此基础上,通过推导最大保密速率和最小需求功率的闭式表达式及其对应的最优电流分布,分析了连续孔径阵列所能达到的基本保密性能极限。为进一步揭示其内在机理,对最大保密速率和最小需求功率进行了渐近分析,结果表明:i) 对于最大保密速率,最优电流分布在低信噪比区域简化为最大比传输波束赋形,在高信噪比区域简化为迫零波束赋形;ii) 对于最小需求功率,最优电流分布在高信噪比区域简化为迫零波束赋形。所得结论进一步具体化至典型阵列结构,如平面连续孔径阵列与平面空间离散阵列。通过假设无限大连续孔径阵列,进一步分析了速率与功率的缩放规律。数值结果表明:i) 所提出的安全连续波束赋形设计在可达保密速率和功率效率方面均优于最大比传输与迫零波束赋形;ii) 与传统空间离散阵列相比,连续孔径阵列能实现更优的保密性能。

1
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+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
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Attentive Graph Neural Networks for Few-Shot Learning
Arxiv
40+阅读 · 2020年7月14日
Arxiv
15+阅读 · 2019年3月16日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+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
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员