[论文解读] Symbol-Aware Precoder Design for Physical-Layer Anonymous Communications

Yu Li, Milad Tatar Mamaghani+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2026

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一句话总结

论文引入了一种面向 MU-MIMO 的符号感知匿名预编码框架，利用基于 KL 散度的匿名性约束、构造干扰预编码以及分区等增益组合器，在保持可靠通信的同时保护公开性。

ABSTRACT

Physical-layer characteristics, such as channel state information (CSI) and transmitter noise induced by hardware impairments, are often uniquely associated with a transmitter. This paper investigates transmitter anonymity at the physical layer from a signal design perspective. We consider an anonymous communication problem where the receiver should reliably decode the signal from the transmitter but should not make use of the signal to infer the transmitter's identity.Transmitter anonymity is quantified using a Kullback-Leibler divergence (KLD)-based metric, which enables the formulation of explicit anonymity constraints in the precoder design.We then propose an anonymous symbol-level precoding strategy that preserves reliable communication under spatial multiplexing while preventing transmitter identification. The proposed framework employs a partitioned equal-gain combining (P-EGC) scheme that leverages receiver diversity without requiring transmitter-specific CSI. Simulation results demonstrate anonymity-reliability tradeoffs across different signal-to-noise ratios (SNRs) and numbers of data streams. Moreover, the results reveal opposite trends of anonymity with respect to transmitter-dependent noise variations in the low-SNR and high-SNR regimes.

研究动机与目标

• 在上行 MU-MIMO 设置中从物理层动机化发送端匿名性、避免接收端身份推断。
• 对包含发送端硬件缺陷与数据信号的符号感知发送端识别建模。
• 开发一种预编码与接收端结合框架，在模糊发送端身份的前提下仍实现可靠通信，并满足匿名性约束。
• 提供一个匿名性度量与设计方法，联合考虑 CSI 和异质发送端噪声统计特征。

提出的方法

• 将发送端识别问题建模为多假设检验，并采用基于 GLRT 的探测器来量化匿名性。
• 推导真实与别名发送端分布之间的 KL 散度闭式表达式，以量化匿名性影响（引理 1）。
• 提出一个匿名性约束，利用符号级范数约束来界定别名诱导的可区分性（式 (14)）。
• 采用构造干扰（CI）预编码，在强接收端场景下实现与 CSI 无关的可靠解调。
• 在接收端引入分区等增益合并（P-EGC），以在不依赖发送端特定 CSI 的情况下利用多样性。
• 将优化框架设定为在符号感知识别下平衡匿名性与可靠空分多路传输。

实验结果

研究问题

• RQ1 符号感知的发送端识别如何影响物理层匿名 MU-MIMO 系统中的匿名性？
• RQ2 是否可在不影响传输可靠性的前提下，将基于 KL 散度的匿名性约束集成到预编码设计中？
• RQ3 如何将 CI 预编码与 P-EGC 结合，以实现匿名且可靠的多流接收？
• RQ4 在低信噪比和高信噪比条件下，异质发送端噪声统计对匿名性性能有何影响？

主要发现

• 在不同的 SNR、数据流情况下，匿名性与可靠性之间存在权衡。
• 利用解码数据符号和发送端噪声统计信息的符号感知攻击者，会对匿名性性能产生影响。
• 基于 KL 散度的匿名性度量为真发送端与别名发送端之间的成对匿名性提供分析洞见。
• 提出的 P-EGC 架构在不需要发送端特定 CSI 的情况下实现了多样性增益，支持鲁棒匿名性。
• CI 预编码通过将干扰引导至有利方向，在匿名性前提下提升了解调可靠性。
• 仿真结果显示在低 SNR 与高 SNR 条件下，发送端噪声统计的变化会产生相反的匿名性趋势。