論文題目：Artificial Noise Inserted Secure Communication in Time-Reversal Systems
TR：Time reversal，時間反轉技術；
Abstract
人工噪聲（AN）輔助安全通信是物理層安全領域中的一種有前景的技術。在本文中，我們提出了一種新的AN方法來增強時間反向（TR）傳輸系統的保密性能。基於所提出的AN模型，我們首先推導出封閉形式的保密率，其準確性通過模擬來驗證。然後使用它作爲目標函數，我們進一步研究有用信息信號和AN之間的功率分配問題，藉助於最大化安全速率。最優功率分配首先以封閉形式導出，然後在一些特殊情況下進行分析，如瑞利信道。分析和模擬結果表明，即使少量的AN，安全通信性能也可以大大提高10％以上。並且當信道中的多路徑較少或者發射功率較小時，需要更多的AN功率。
I. INTRODUCTION
時間反轉（TR）技術，來自水下聲音和超聲波通信【1】-【3】，近年來已經擴展到無線通信，因爲該技術可以充分利用多路徑傳播，同時不需要複雜的信道測量和估計【4】。它可以在空間和時域上實現無線信號的聚焦。文獻【5】表明，TR技術可以提高無線傳輸的能效，延長綠色物聯網（IoT）終端設備的電池壽命。【6】證明TR是一種可以解決異構帶寬中的通信問題的方法。【7】研究了電力傳輸系統在常規TR系統上的功率傳輸增益。在【8】中揭示了TR與大規模多輸入多輸出（MIMO）系統之間類似的信道估計誤差分佈。
另一方面，由於信息安全已經成爲一個重要的問題，因此對物理層安全性進行了大量關注【9】 - 【11】，它通過利用通信信道的不完美來防止竊聽，以實現發送器和合法接收器之間的安全傳輸。物理層安全性中的一個重要方法是人工噪聲（AN）輔助傳輸，其掩蓋合法節點之間的通信以及人爲產生的噪聲。它最初是由Negi和Goel 【12】引入的，並且已經在波束成形【13】，信道估計訓練方案【14】，大規模MIMO系統【15】和小型蜂窩網絡【16】中進行了廣泛的研究。當使用AN時，信息信號和AN之間的功率分配（PA）是一個重要的設計參數【17】，在【18】中提出了次優PA算法。在【19】 - 【21】中進行了進一步的研究，其中基於遍歷安全速率的閉合表達式獲得最佳PA。在這些工作中，AN通常使用多個天線或協作助手來生成，假設竊聽者具有有限量的空間度以消除AN。同時，一些工作提出了時域AN方法，該方法利用時間分集而不是傳統的空間分集來將AN插入發射信號中。在【22】中，提出了一種用於正交頻分複用（OFDM）系統的時域AN方法。在【23】中設計了時域AN，以實現具有同時無線信息和功率傳輸（SWIPT）的正交頻分多址（OFDMA）系統的最佳資源分配。
TR系統中的安全通信問題也已經通過一些工作進行了研究【24】 - 【26】。研究了信號干擾加噪聲比（SINR）來評估相關多徑信道的安全性能【25】。【26】分析了分佈式時間反轉（DTR）傳輸的預期和非預期接收器的信噪比（SNR），證明TR傳輸可以提高安全性能。TR技術的時間和空間聚焦特性使TR技術成爲時域AN的理想候選範例。 同時，與作爲針對多徑信道衰落的技術的OFDM系統相比，TR系統的複雜性較低。但是，據我們所知，還沒有研究過將AN引入TR傳輸。由於上述原因，我們提出了一種AN插入TR傳輸方法，其中AN被設計爲在儘可能少地影響合法接收器的同時阻塞竊聽者。
II. SYSTEM MODEL
我們考慮一個廣播頻道，它由發射機（Alice），合法接收機（Bob）和竊聽者（Eve）組成。所有三個節點都配備有單個天線，如圖1所示。發射機、Alice和接收機之間的信道是慢速衰落的多徑信道。同時，假設根升餘弦（RRC）濾波器存在於Bob和Eve，它們與信道無關。