4、无线传感与通信物理层安全性能指标解读

无线传感与通信物理层安全性能指标解读

1. 物理层安全概述

物理层安全（PLS）在无线传感与通信领域具有重要意义。虽然它因密钥长度大导致开销问题，且放弃了保证保密性的能力，但多样的信道条件使其更具通用性。在不同类型的信道中，如非退化信道、高斯信道、衰落信道、多址接入信道、干扰信道、多输入多输出（MIMO）信道和中继信道等，都有相关的信息论研究探讨其保密性。

2. 物理层安全方法分类

PLS方法可分为基于信号干扰噪声比（SINR）的无密钥技术和基于复杂度的密钥技术。这两类技术针对不同类型的攻击有不同的性能指标，且各有优缺点，其可行性取决于具体的应用、场景和通信系统。

3. 基于SINR的物理层安全技术及性能指标

3.1 针对窃听攻击的性能指标

• 保密容量 ：保密容量（$C_s$）定义为$C_s = \max_{p(x)} {I(X; R_b) - I(X; R_e)} = C_b - C_e$，其中$C_b$和$C_e$分别是合法接收者Bob和窃听者Eve的信道容量。它表示在所有输入分布下，传输信号（$X$）可达到的最大保密速率，是一个确定性的保密指标。
• 中断概率 ：当环境的随机性不允许使用确定性指标时，保密容量成为随机变量，此时可定义中断概率来衡量系统性能。目标保密速率为$R_t^T$，保密中断概率$P_{r_{out}}(R_t^T) = Pr(C_i < R_t^T)$，其中$C_i$是瞬时保密容量。
• 保密吞吐量 ：为了从系统的