Ergodic Achievable Secrecy Rate of Multiple-Antenna Relay Systems With Cooperative Jamming
Ergodic Achievable Secrecy Rate of Multiple-Antenna Relay Systems With Cooperative Jamming
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协同干扰的多天线中继系统遍历可达到的保密率
DOI：
10.1109/twc.2015.2504526
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发表时间：
2016-04
影响因子：
10.4
通讯作者：
Vincent K. N. Lau
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Rui Zhao;Yongming Huang;Wei Wang;Vincent K. N. Lau
研究了多天线放大转发中继系统的各态历经可达保密率（EASR），其中一个窃听者可以窃听中继。为了揭示多天线中继在提高保密性能方面的能力，我们推导了三种安全传输方案：人工噪声辅助预编码（ANP），基于目的地的干扰（DBJ）和特征波束形成（EB）的EASR的新的紧密封闭形式的表达式。我们还推导了ANP和DBJ的EASR的下界，在中继器处具有大型天线阵列，并研究了它们在高SNR和低SNR状态下的相应渐近性能，以显示有价值的内在见解。在渐近分析的基础上，对信息信号和人工噪声进行了功率优化分配。分析和仿真结果均表明，在中高信噪比时，ANP方案的性能优于DBJ和EB方案，而在低信噪比时，EB方案的性能优于其他两种功率分配相同的方案。随着SNR的增大，EB的EASR接近一个与第一跳信道无关的常数。此外，在高SNR状态下，对于ANP，将总功率的大约一半分配给人工噪声并且对于DBJ，将大部分功率分配给人工噪声是最优的。
This paper investigates the ergodic achievable secrecy rate (EASR) of multiple-antenna amplify-and-forward relay systems, where one eavesdropper can wiretap the relay. To reveal the capability of the multiple-antenna relay in improving the secrecy performance, we derive new tight closed-form expressions of the EASR for three secure transmission schemes: artificial noise aided precoding (ANP), destination based jamming (DBJ) and eigen-beamforming (EB). We also derive the lower bounds of the EASR for ANP and DBJ with a large antenna array at the relay, and investigate their corresponding asymptotic performance in the high SNR and low SNR regimes to show valuable intrinsic insights as well. Based on the asymptotic analysis, we optimally allocate the power to the information signal and the artificial noise. Both the analysis and simulation results indicate that, in the moderate-to-high SNR regime, ANP achieves considerable performance gain over DBJ and EB, while in the low SNR regime, EB outperforms the other two schemes with equal power allocation. As SNR grows large, the EASR of EB approaches a constant independent of the first hop channel. Moreover, in the high SNR regime, it is optimal to allocate around half of total power to artificial noise for ANP and most of the power to artificial noise for DBJ.
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DOI：
--
发表时间：
2014-05
期刊：
ArXiv
影响因子：
--
作者：
S. Sarma;S. Agnihotri;J. Kuri
通讯作者：
S. Sarma;S. Agnihotri;J. Kuri
影响因子：
6.3
作者：
Qi Xiong;Yi Gong;Ying-Chang Liang;K. H. Li
通讯作者：
Qi Xiong;Yi Gong;Ying-Chang Liang;K. H. Li
影响因子：
6.3
作者：
Lifeng Wang;M. Elkashlan;Jing Huang;N. Tran;T. Duong
通讯作者：
Lifeng Wang;M. Elkashlan;Jing Huang;N. Tran;T. Duong
影响因子：
5.4
作者：
Huang, Jing;Swindlehurst, A. Lee
通讯作者：
Swindlehurst, A. Lee
影响因子：
2.5
作者：
Kim, Tung T.;Poor, H. Vincent
通讯作者：
Poor, H. Vincent