合理设计输入信号协方差矩阵以优化系统吞吐量的研究面临的问题

从收集到的文献来看，PHY传输关于输入信号协方差矩阵的闭合表达式，已经逐步明朗。然而，从信号处理角度，合理设计输入信号协方差矩阵以优化系统吞吐量的研究却仍然面临着一些棘手的问题，主要表现在以下几个方面：

（1）PHY传输信号处理技术的相关研究虽然取得了一定的进展，但是由于安全速率关于输入信号协方差矩阵的优化问题的非凸性，最大可达安全传输速率的确定仍然是一个未解的难题，PHY传输技术相关的理论分析及参数设计也

仍然存在一些难点问题。

（2）在基于人工噪声的PHY传输信号处理技术中，由于信息信号协方差矩阵与噪声信号协方差矩阵相互耦合，同时影响着最大可达传输速率。因此相比经典的窃听信道，尤其是多天线场景中，安全速率关于输入协方差矩阵的优化问题更加困难。

（3）通过干扰协调，能够替代人工噪声，达到恶化窃听信道的目的。但是，优化问题也从单个维度传输速率的优化变成两个维度的传输速率域的优化。两个速率关于输入信号协方差矩阵相互耦合，这无疑成倍地增加了信号处理技术的难度。

（4）CCI的角色变得更加复杂：其一，新增的服务数据与保密数据，由于在同(www.xing528.com)

一无线资源上传递而相互干扰，所以需要规避及抑制CCI；其二，由于非法用户

的存在，新增的服务数据可以作为隐蔽保密数据的人工噪声，对窃听信道进行恶化。因此，需要合理设计利用CCI，降低CCI对合法用户接收信号的损害的同时，增强CCI对窃听信道质量的恶化。协调各输入信号协方差矩阵，将系统中的CCI变害为利，具有重要的研究意义。

（5）为了洞察安全容量与系统各参数之间的解析关系，近期有学者开始着手分析系统可达SDoF。SDoF表征安全容量与信噪比在高SNR时的比值，即高SNR下最大可达安全传输速率关于SNR的增长速率。因此，相比可达安全传输速率的分析，更容易得到解析解。只是，现有文献大多应用信息论对SDoF进行分析，大多结合编码理论给出最大可达SDoF。并且，所得结果不具备普适性，仅适用于一些特殊的场景，比如对天线数目有特定的要求。

总之，PHY传输技术克服了基于密钥的安全机制中固有的不足，在保障通信安全的同时兼顾数据的传输速率。因此，PHY传输技术能够成为未来无线通信系统的潜在关键技术之一。如何从信号处理的角度出发，洞察PHY传输技术的内在机理，突破现有的PHY传输方法，解决现有PHY传输技术中存在的频谱利用率低、计算复杂度高及鲁棒性差等问题，具有极强的应用价值及研究意义，也是当前学术界及工业界急需解决的问题之一。从已有的文献资料来看，目前的研究还很不完备，有待做进一步的探讨研究，这也是本书拟解决的主要问题。