WikiEdge:ArXiv-2408.17169v1/background
研究背景
Cell-free massive MIMO (CF-mMIMO) 被視為下一代無線網絡的有前途技術之一。通過打破蜂窩邊界的概念，部署大量地理分佈的接入點 (APs)，並在相同的時間和頻率資源上協同服務用戶，它利用了包括大規模 MIMO、分佈式天線系統和協調多點聯合傳輸在內的最新技術的所有優勢。CF-mMIMO 系統將 APs 地理上更接近用戶，因此可以為所有用戶提供無縫且無需切換的服務。這種分佈式基礎架構雖然在高頻譜效率 (SE) 下實現了無處不在的覆蓋，但也增加了 CF-mMIMO 對惡意竊聽者的脆弱性，尤其是當 APs 和用戶數量增長時。由於 APs 在覆蓋區域內密集分佈，APs 與用戶或潛在竊聽者之間的距離縮短，這可能增加了機密信息泄露的風險。因此，針對竊聽和網絡物理攻擊保護 CF-mMIMO 的安全具有重要的實際意義。竊聽通常分為兩種主要範式：1) 被動竊聽和 2) 主動竊聽。在被動竊聽中，竊聽者在不發送任何試點或干擾信號的情況下靜靜地監聽 APs 與目標合法用戶之間的信息傳遞，而在主動竊聽中，主動竊聽者通過發送干擾信號和/或發送欺騙性試點序列來干預通信。在試點欺騙攻擊中，感興趣的用戶的上行鏈路試點訓練階段將受到主動竊聽者的攻擊。具體來說，由於試點序列是公開可用的並且遵循標準化，惡意竊聽者有能力主動傳輸欺騙性試點序列，這導致試點污染攻擊，從而造成信息泄露。已經表明，主動竊聽攻擊的不利影響比被動攻擊更為有害。近年來，在大規模 MIMO 系統中實施物理層安全技術方面引起了大量研究興趣。特別是，已經提出了各種方法來檢測主動試點欺騙攻擊。此外，作者們還尋求通過使用合作干擾和人工噪聲來降低竊聽率，或者通過資源分配技術和波束成形設計來加強合法鏈路，從而增強大規模 MIMO 系統的安全性。然而，在安全的 CF-mMIMO 系統的背景下，只有少數幾項近期工作。特別是，Timilsina 等人推導了在主動試點攻擊下 CF-mMIMO 的保密頻譜效率 (SSE) 表達式，並將其與共位大規模 MIMO 系統進行了比較。對於相同的系統設置，作者們討論了功率分配問題，要麼最大化被攻擊合法用戶的可達速率，要麼最大化可達 SSE。後來，作者們研究了硬件損傷對 CF-mMIMO 網絡在試點欺騙攻擊下的 SSE 的影響。此外，還研究了在主動竊聽下聯合功率和數據傳輸的問題。然而，當前研究傾向於研究具有單天線 APs 的 CFmMIMO 系統的保密性能，而當在 APs 部署多個天線時，CF-mMIMO 可以更好地利用蜂窩大規模 MIMO 的信道硬化效應。因此，最近的工作研究了在主動竊聽下多天線 CF-mMIMO 網絡的保密性能，但他們只關注了簡單的最大比傳輸 (MRT) 預編碼方案，該方案無法減輕用戶間干擾。因此，提供分析框架以表徵在主動竊聽下應用更先進的分佈式預編碼技術的 CF-mMIMO 的保密性能是至關重要的，也是本文的一個主要目標。