Secrecy outage of a Two-User slow fading broadcast channel
本文研究了慢衰落广播信道中两用户保密性中断的问题,探讨了在存在外部窃听者的情况下,使用叠加编码向每个用户传输独立和保密消息的场景。文章假设窃听者信道的瞬时信道状态信息(CSI)是不可用的,但每个用户的保密性中断概率是可以在合法信道的瞬时CSI条件下提出的。研究了在条件保密性中断概率约束下每个用户基于合法信道的瞬时CSI的保密性中断概率,并用它来推导出在这些约束下的可达保密速率区域。文章还研究了在慢衰落情况下的平均可达保密速率,即保密吞吐量,作为性能的衡量,并为一般情况和最大和保密吞吐量情况下可达保密吞吐量区域边界的最优保密速率分配策略进行了描述。给出了保密吞吐量区域的数值结果,并讨论了影响保密吞吐量的参数。 文章介绍了信息论安全性的基本概念,这一概念最初由香农在1949年提出。随后,Wiretap信道模型由Wyner在1970年代提出,并进一步扩展到广播信道和高斯窃听信道。这些模型关注的是在窃听者存在的情况下秘密通信的信息论安全性,并试图描述可以保证既可靠又安全的通信速率。这种安全性也被称为物理层安全。本文提到,大多数关于物理层安全的工作假设合法方完全知道包括窃听者在内的所有信道状态信息(CSI)。 在此基础上,文章探讨了两用户慢衰落广播信道中每个用户在给定瞬时CSI条件下的保密性中断概率,并研究了在条件保密性中断概率约束下的可达保密速率区域。通过分析,文章提出了基于合法信道瞬时CSI的最优保密速率分配策略,这对于达到可达保密吞吐量区域的边界具有重要意义。 文章指出,在物理层安全研究领域,大多数现有的工作都假设合法方完全知道包括窃听者在内的所有信道状态信息。然而,现实情况中,往往不能获得关于窃听者信道的即时CSI。因此,文章考虑了在不能获取窃听者信道瞬时CSI的情况下,如何处理用户之间的保密通信问题。 为了深入探讨保密通信在实际条件下的性能,文章进一步研究了在慢衰落信道条件下的平均可达保密速率,也就是保密吞吐量,并将其作为衡量系统性能的关键指标。通过具体分析,文章提出了实现最优保密吞吐量的分配策略,并给出了相关的数值结果。 文章还讨论了影响保密吞吐量的几个关键参数,这些参数的讨论对于理解保密吞吐量在实际系统中的影响至关重要。文章通过理论分析和数值仿真,揭示了在特定条件下如何优化系统设计,以提高两用户慢衰落广播信道下的保密通信性能。 本文通过对两用户慢衰落广播信道保密性中断问题的研究,深入探索了物理层安全在实际通信系统中的应用与优化,提供了在具体场景下实现保密通信的策略和方法,为物理层安全的进一步研究和实际部署提供了重要的理论依据和实践指导。
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