Terahertz (THz) communications have naturally promising physical layer security (PLS) performance in the angular domain due to the high directivity feature brought by the ultra-massive multiple-antenna techniques. However, traditional multiple-antenna techniques fail to combat eavesdroppers residing in the THz beam sector, even when the communication distances of legitimate users and eavesdroppers are different. This THz range security challenge motivates us to study new multiple-antenna techniques to provide THz range and angular security. In this paper, we first conduct a theoretical analysis of the secrecy capacity of the multiple antenna channel under the range security scenario. Based on this, the frequency diverse array, as a candidate multiple-antenna technique, is proven ineffective in addressing the range security problem. Then, motivated by the theoretical analysis, a novel widely-spaced array and beamforming design for THz range security are proposed, which realize communications in the near-field regions. A non-constrained optimum approaching (NCOA) algorithm is developed to achieve the optimal secrecy rate. Simulation results illustrate that under the range security scenario where the eavesdropper is inside the beam sector, our proposed widely-spaced antenna communication scheme can ensure a 6 bps/Hz secrecy rate when the transmit power is 10 dBm and the propagation distance is 10 m.


翻译:Terahertz (Thz) 通信在角域自然具有有希望的物理层安全性能。 由于超大成像多亚安全技术带来的高度直接性特征, Terahertz (Thz) 通信在角域自然具有很有希望的物理层安全性能。 但是,传统的多亚安全技术无法打击居住在Thz 光束部门的窃听者,即使合法用户和窃听者的通信距离不同。Thz 范围安全挑战促使我们研究新的多亚坦技术,以提供Thz 射程和角安全。 在本文中,我们首先对射程安全情景下的多天线频道的保密能力进行理论分析。 在此基础上,作为候选的多亚坦纳技术,不同的频率阵列在解决射程安全问题方面证明是无效的。 随后,在理论分析的推动下,提出了一个新的广空域阵列阵列阵列阵列和阵列设计,实现近域区域的通信。 一种不受限制的最佳接近(NCOA) 算法是为了达到最优的保密率。 模拟结果显示,在10个频程中,在我们的射程中,在10个信标中,在射程中可以确保电子传输的射线段中进行。

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