WikiEdge:ArXiv-2408.17169v1/background
研究背景
Cell-free massive MIMO (CF-mMIMO) 被视为下一代无线网络的有前途技术之一。通过打破蜂窝边界的概念，部署大量地理分布的接入点 (APs)，并在相同的时间和频率资源上协同服务用户，它利用了包括大规模 MIMO、分布式天线系统和协调多点联合传输在内的最新技术的所有优势。CF-mMIMO 系统将 APs 地理上更接近用户，因此可以为所有用户提供无缝且无需切换的服务。这种分布式基础架构虽然在高频谱效率 (SE) 下实现了无处不在的覆盖，但也增加了 CF-mMIMO 对恶意窃听者的脆弱性，尤其是当 APs 和用户数量增长时。由于 APs 在覆盖区域内密集分布，APs 与用户或潜在窃听者之间的距离缩短，这可能增加了机密信息泄露的风险。因此，针对窃听和网络物理攻击保护 CF-mMIMO 的安全具有重要的实际意义。窃听通常分为两种主要范式：1) 被动窃听和 2) 主动窃听。在被动窃听中，窃听者在不发送任何试点或干扰信号的情况下静静地监听 APs 与目标合法用户之间的信息传递，而在主动窃听中，主动窃听者通过发送干扰信号和/或发送欺骗性试点序列来干预通信。在试点欺骗攻击中，感兴趣的用户的上行链路试点训练阶段将受到主动窃听者的攻击。具体来说，由于试点序列是公开可用的并且遵循标准化，恶意窃听者有能力主动传输欺骗性试点序列，这导致试点污染攻击，从而造成信息泄露。已经表明，主动窃听攻击的不利影响比被动攻击更为有害。近年来，在大规模 MIMO 系统中实施物理层安全技术方面引起了大量研究兴趣。特别是，已经提出了各种方法来检测主动试点欺骗攻击。此外，作者们还寻求通过使用合作干扰和人工噪声来降低窃听率，或者通过资源分配技术和波束成形设计来加强合法链路，从而增强大规模 MIMO 系统的安全性。然而，在安全的 CF-mMIMO 系统的背景下，只有少数几项近期工作。特别是，Timilsina 等人推导了在主动试点攻击下 CF-mMIMO 的保密频谱效率 (SSE) 表达式，并将其与共位大规模 MIMO 系统进行了比较。对于相同的系统设置，作者们讨论了功率分配问题，要么最大化被攻击合法用户的可达速率，要么最大化可达 SSE。后来，作者们研究了硬件损伤对 CF-mMIMO 网络在试点欺骗攻击下的 SSE 的影响。此外，还研究了在主动窃听下联合功率和数据传输的问题。然而，当前研究倾向于研究具有单天线 APs 的 CFmMIMO 系统的保密性能，而当在 APs 部署多个天线时，CF-mMIMO 可以更好地利用蜂窝大规模 MIMO 的信道硬化效应。因此，最近的工作研究了在主动窃听下多天线 CF-mMIMO 网络的保密性能，但他们只关注了简单的最大比传输 (MRT) 预编码方案，该方案无法减轻用户间干扰。因此，提供分析框架以表征在主动窃听下应用更先进的分布式预编码技术的 CF-mMIMO 的保密性能是至关重要的，也是本文的一个主要目标。