طراحی توام پرتودهی‌ و نویز مصنوعی در ارتباطات موج میلیمتری محرمانه با کمک صفحات انعکاس دهنده هوشمند

مخابرات موج میلیمتری بدلیل منابع طیفی فراوان، قادر به پشتیبانی ارتباطات بی‌سیم با نرخ داده چندین گیگا بیت بر ثانیه می‌باشد. با این وجود، تلفات شدید مسیر و سمت گرایی بالای آن موجب گردیده تا سیستم‌های موج میلیمتری نسبت به پدیده انسداد آسیب پذیر باشند. یک راه حل جهت فائق آمدن بر این پدیده، بکارگیری رله است. از آنجایی که رله، نیاز به توان مصرفی دارد و همچنین، برخی تجهیزات موج میلیمتری هزینه بالایی را به سیستم‌ها تحمیل می‌کنند، سطوح انعکاس دهنده هوشمند به‌عنوان یک فناوری جدید کم قیمت جهت غلبه بر مسائل فوق معرفی می‌گردد. در این مقاله، یک سیستم موج میلیمتری مبتنی بر سطوح انعکاس دهنده هوشمند در نظر می‌گیریم که در آن یک ایستگاه پایه یا آلیس، پیام‌های محرمانه خود را به یک کاربر یا باب، در حضور یک شنودگر غیرفعال ارسال می‌نماید. با هدف افزایش نرخ محرمانه ارگادیک، آلیس از ایده ترکیب سیگنال اطلاعات با نویز مصنوعی استفاده می‌نماید. در این راستا، بهینه‌سازی توام توان سیگنال ارسالی با نویز مصنوعی و بکارگیری پرتودهی مناسب در آلیس و ضمناً طراحی شیفت فاز بهینه در سطوح انعکاس دهنده هوشمند ارائه می‌گردد. همچنین در این مقاله، روابط فرم بسته‌ای برای تابع توزیع تجمعی کانال‌های قانونی و شنودی محاسبه می‌نماییم تا به کمک آنها معیار نرخ محرمانه ارگادیک ارزیابی گردد. نتایج عددی نشان می‌دهد که اولاً طرح پیشنهادی معیار نرخ محرمانه ارگادیک را بهبود می‌دهد و ثانیاً طرح پیشنهادی در مقابل پدیده انسداد در ارتباطات موج میلیمتری، کارایی بهتری را ارائه می‌دهد.

Joint Beamforming and Artificial Noise Design in Secure Millimeter-wave Communications with the Aid of Intelligent Reflecting Surfaces

Millimeter wave communication is able to support wireless communications at data rates of several gigabits per second due to its abundant spectral resources. However, severe path losses and high directionality have made millimeterwave systems vulnerable to obstruction. One solution to overcome this phenomenon is to use relays. Since the relays require power consumption and, in addition, some millimeterwave equipment imposes high costs on systems, Intelligent Reflective Surfaces are being introduced as a new lowcost technology to overcome the above issues. In this paper, we consider an intelligent reflective surfacebased millimeter wave system in which a base station, i.e., Alice sends its confidential messages to a user, i.e., Bob in the presence of a passive eavesdropper. With the aim of increasing the ergodic secrecy rate, the base station uses the idea of ​​combining information signal with artificial noise. In this regard, optimizing the transmitted signal power with artificial noise and the use of appropriate radiation in Alice and also the design of the optimal phase shift in the Intelligent Reflective Surfaces are presented. In addition, in this paper, we calculate a closed form expression for the cumulative distribution function of the legal and illegal channels to evaluate the ergodic secrecy rate. Numerical results show that, firstly, the proposed design improves the ergodic secrecy rate metric and, secondly, the proposed design offers better performance against the phenomenon of obstruction in millimeterwave communications.