大规模MIMO物理层安全传输

Massive MIMO is regarded as a key 5G and beyond technology. On the other hand, the broadcast nature of wireless networks makes the security of wireless networks a growing concern in future communication systems. By exploiting the tools in information theory, estimation theory, large-dimension random matrix theory, and convex optimization theory, this project plans to design a secure massive MIMO transceiver to meet the high spectral efficiency, high energy efficiency, and low latency requirements of future communication systems. To achieve this goal, the project will 1) derive the fundamental limits of secure communication of massive MIMO systems 2) design efficient and low complexity transmission strategies approaching this limit and 3) account for practical and realistic system constraints such as the finite alphabet input and the finite block length constraints. With the above and given the novelty/originality of the topic, the outcomes of this project will formulate a unified analytical framework for secure massive MIMO transmission in physical layer, which be of considerable value to design future secure wireless networks and give the industry a fresh/timely insight into the development of practical secure massive MIMO system.

大规模MIMO技术是未来移动通信系统中最关键的技术之一。然而，无线网络传输媒介的开放性、无线终端的移动性和网络结构的不稳定性使其传输的可靠性和安全性面临着严峻的考验。 为满足未来移动通信系统高速率、低功耗、低时延等需求，本项目以信息论、估计理论、大维随机矩阵理论以及凸优化理论为主要工具，围绕实际通信系统中大规模MIMO安全传输开展理论研究。研究内容包括：（1）从基础理论上分析大规模MIMO物理层安全的传输能力极限，揭示系统频谱效率的上界，为后续的研究提供理论指导和参照对比；（2）寻找逼近传输能力极限的低复杂度设计方案, 在实现高频谱效率的同时降低系统能耗；（3）探索实际系统关键性限制条件如有限字符输入和有限码长下的大规模MIMO物理层安全传输方案。 本项目有望构建一个较为完整的大规模MIMO物理层安全传输理论体系，为实际系统设计提供有效指导。

作为在未来无线网络中广泛使用的核心技术，本课题在大规模MIMO物理层安全传输的研究方面取得研究进展，对确保未来无线网络传输的安全性至关重要。具体研究内容包括：1) 大规模MIMO物理层安全传输的极限性能研究; 2) 大规模MIMO物理层安全传输的低复杂度传输方案设计 3) 实际限制条件下的大规模MIMO物理层安全传输 ..本课题围绕着“保证安全通信的前提下最大限度地提升大规模MIMO系统的频谱效率和功率效率”这一核心目标开展理论研究，构建一个较为完整的大规模MIMO物理层安全传输理论体系，可以为实际系统设计提供有效指导。围绕申请书中的研究内容，课题组开展了大规模MIMO物理层安全传输理论方法研究，在所涉及的频谱效率和性能分析、低复杂度的波束成形和安全传输方法、实际离散调制信号下的预编码设计等方面取得重要研究进展，为未来移动通信中的安全传输机制设计提供了相关的技术支撑。..课题执行过程中，发表国际期刊及IEEE国际会议论文共34篇，其中IEEE期刊论文23篇, IEEE会议论文11篇。