To realize ultra-reliable low latency communications with high spectral efficiency and security, we investigate a joint optimization problem for downlink communications with multiple users and eavesdroppers in the finite blocklength (FBL) regime. We formulate a multi-objective optimization problem to maximize a sum secrecy rate by developing a secure precoder and to minimize a maximum error probability and information leakage rate. The main challenges arise from the complicated multi-objective problem, non-tractable back-off factors from the FBL assumption, non-convexity and non-smoothness of the secrecy rate, and the intertwined optimization variables. To address these challenges, we adopt an alternating optimization approach by decomposing the problem into two phases: secure precoding design, and maximum error probability and information leakage rate minimization. In the first phase, we obtain a lower bound of the secrecy rate and derive a first-order Karush-Kuhn-Tucker (KKT) condition to identify local optimal solutions with respect to the precoders. Interpreting the condition as a generalized eigenvalue problem, we solve the problem by using a power iteration-based method. In the second phase, we adopt a weighted-sum approach and derive KKT conditions in terms of the error probabilities and leakage rates for given precoders. Simulations validate the proposed algorithm.


翻译:为了实现光谱高效和安全度极高的极可靠的低潜伏通信,我们调查了与多个用户和监听者在有限区长(FBL)制度下连接通信的共同优化问题。我们制定了一个多目标优化问题,以便通过开发一个安全的预编码器,最大限度地实现总保密率,并尽量减少最大误差概率和信息泄漏率。主要挑战来自复杂的多目标问题、FBL假设中不可抽取的后退因子、保密率的不兼容性和不移动性以及相互交错的优化变量。为了应对这些挑战,我们采取了一种交替优化办法,将问题分为两个阶段:安全预编码设计、最大误差概率和信息渗漏率最小化。在第一阶段,我们获得了较低的保密率约束,并得出了第一个等级的Karush-Kuhn-Tucker(KKTT)条件,以确定与预校准者有关的当地最佳解决方案。在将保密率和相互交错的优化变量解释为普遍化的第二个问题时,我们采用一种交替优化优化的方法,将问题分为一个阶段:确保预编码设计设计、最大误差率前和以我们设定的SIMLLL的进度方法来解决问题。

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