Observing the significance of spectrally-efficient secure non-orthogonal multiple access (NOMA), this paper proposes a novel quality of service (QoS) aware secure NOMA protocol that maximizes secrecy fairness among untrusted users. Considering a base station (BS) and two users, a novel decoding order is designed that provides security to both users. With the objective of ensuring secrecy fairness between users, while satisfying their QoS requirements under BS transmit power budget constraint, we explore the problem of minimizing the maximum secrecy outage probability (SOP). Closed-form expression of pair outage probability (POP) and optimal power allocation (PA) minimizing POP are obtained. To analyze secrecy performance, analytical expressions of SOP for both users are derived, and individual SOP minimization problems are solved using concept of generalized-convexity. High signal-to-noise ratio approximation of SOP and asymptotically optimized solution minimizing this approximation is also found. Furthermore, global-optimal solution from secrecy fairness standpoint is obtained at low computational complexity, and tight approximation is derived to get analytical insights. Numerical results present useful insights on globally optimized PA which ensure secrecy fairness and provide performance gain of about 55.12%, 69.30%, and 19.11%, respectively, compared to fixed PA and individual users’ optimal PAs. Finally, a tradeoff between secrecy fairness performance and QoS demands is presented.

中文翻译：

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用于不受信任用户之间的保密公平最大化的新型中断感知 NOMA 协议

考虑到频谱高效的安全非正交多路访问 (NOMA) 的重要性，本文提出了一种新颖的服务质量 (QoS) 感知安全 NOMA 协议，该协议可最大限度地提高不受信任用户之间的保密公平性。考虑一个基站 (BS) 和两个用户，设计了一种新颖的解码顺序，为两个用户提供安全性。为了保证用户之间的保密公平性，同时在基站发射功率预算约束下满足他们的 QoS 要求，我们探索了最小化最大保密中断概率 (SOP) 的问题。获得了对中断概率（POP）和最小化POP的最优功率分配（PA）的闭式表达式。为了分析保密性能，推导出两个用户的SOP解析表达式，使用广义凸性的概念解决个体 SOP 最小化问题。还发现了 SOP 的高信噪比近似值和最小化该近似值的渐近优化解决方案。此外，从保密公平的角度来看，全局最优解是在低计算复杂度下获得的，并推导出紧密近似以获得分析见解。数值结果提供了关于全局优化 PA 的有用见解，与固定 PA 和个人用户的最佳 PA 相比，可确保保密公平并分别提供约 55.12%、69.30% 和 19.11% 的性能增益。最后，介绍了保密公平性能和 QoS 需求之间的权衡。还发现了 SOP 的高信噪比近似值和最小化该近似值的渐近优化解决方案。此外，从保密公平的角度来看，全局最优解是在低计算复杂度下获得的，并推导出紧密近似以获得分析见解。数值结果提供了关于全局优化 PA 的有用见解，与固定 PA 和个人用户的最佳 PA 相比，可确保保密公平性并分别提供约 55.12%、69.30% 和 19.11% 的性能增益。最后，介绍了保密公平性能和 QoS 需求之间的权衡。还发现了 SOP 的高信噪比近似值和最小化该近似值的渐近优化解决方案。此外，从保密公平的角度来看，全局最优解是在低计算复杂度下获得的，并推导出紧密近似以获得分析见解。数值结果提供了关于全局优化 PA 的有用见解，与固定 PA 和个人用户的最佳 PA 相比，可确保保密公平并分别提供约 55.12%、69.30% 和 19.11% 的性能增益。最后，介绍了保密公平性能和 QoS 需求之间的权衡。数值结果提供了关于全局优化 PA 的有用见解，与固定 PA 和个人用户的最佳 PA 相比，可确保保密公平并分别提供约 55.12%、69.30% 和 19.11% 的性能增益。最后，介绍了保密公平性能和 QoS 需求之间的权衡。数值结果提供了关于全局优化 PA 的有用见解，与固定 PA 和个人用户的最佳 PA 相比，可确保保密公平并分别提供约 55.12%、69.30% 和 19.11% 的性能增益。最后，介绍了保密公平性能和 QoS 需求之间的权衡。