This paper investigates the secrecy capacity region of multiple access wiretap (MAC-WT) channels where, besides confidential messages, the users have also open messages to transmit. All these messages are intended for the legitimate receiver (or Bob for brevity) but only the confidential messages need to be protected from the eavesdropper (Eve). We first consider a discrete memoryless (DM) MAC-WT channel where both Bob and Eve jointly decode their interested messages. By using random coding, we find an achievable rate region, within which perfect secrecy can be realized, i.e., all users can communicate with Bob with arbitrarily small probability of error, while the confidential information leaked to Eve tends to zero. Due to the high implementation complexity of joint decoding, we also consider the DM MAC-WT channel where Bob simply decodes messages independently while Eve still applies joint decoding. We then extend the results in the DM case to a Gaussian vector (GV) MAC-WT channel. Based on the information theoretic results, we further maximize the sum secrecy rate of the GV MAC-WT system by designing precoders for all users. Since the problems are non-convex, we provide iterative algorithms to obtain suboptimal solutions. Simulation results show that compared with existing schemes, secure communication can be greatly enhanced by the proposed algorithms, and in contrast to the works which only focus on the network secrecy performance, the system spectrum efficiency can be effectively improved since open messages can be simultaneously transmitted.

中文翻译：

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具有机密和公开消息的多址窃听通道的可实现区域和预编码器设计

本文研究了多址窃听 (MAC-WT) 信道的保密容量区域，其中，除了机密消息外，用户也有公开的消息要传输。所有这些消息都是为合法接收者（或为简洁起见，Bob）而设计的，但只有机密消息需要保护免受窃听者 (Eve) 的侵害。我们首先考虑一个离散的无记忆 (DM) MAC-WT 信道，其中 Bob 和 Eve 共同解码他们感兴趣的消息。通过使用随机编码，我们找到了一个可实现的速率区域，在该区域内可以实现完美的保密，即所有用户都可以以任意小的错误概率与Bob通信，而泄露给Eve的机密信息趋于零。由于联合解码的实现复杂度高，我们还考虑了 DM MAC-WT 信道，其中 Bob 简单地独立解码消息，而 Eve 仍然应用联合解码。然后我们将 DM 情况下的结果扩展到高斯向量 (GV) MAC-WT 信道。基于信息论结果，我们通过为所有用户设计预编码器，进一步最大化 GV MAC-WT 系统的总保密率。由于问题是非凸的，我们提供迭代算法来获得次优解决方案。仿真结果表明，与现有方案相比，所提算法可以极大地增强安全通信，与仅关注网络保密性能的工作相比，由于开放消息可以同时传输，可以有效提高系统频谱效率。 . 然后我们将 DM 情况下的结果扩展到高斯向量 (GV) MAC-WT 信道。基于信息论结果，我们通过为所有用户设计预编码器，进一步最大化 GV MAC-WT 系统的总保密率。由于问题是非凸的，我们提供迭代算法来获得次优解决方案。仿真结果表明，与现有方案相比，所提算法可以极大地增强安全通信，与仅关注网络保密性能的工作相比，由于开放消息可以同时传输，可以有效提高系统频谱效率。 . 然后我们将 DM 情况下的结果扩展到高斯向量 (GV) MAC-WT 信道。基于信息论结果，我们通过为所有用户设计预编码器，进一步最大化 GV MAC-WT 系统的总保密率。由于问题是非凸的，我们提供迭代算法来获得次优解决方案。仿真结果表明，与现有方案相比，所提算法可以极大地增强安全通信，与仅关注网络保密性能的工作相比，由于开放消息可以同时传输，可以有效提高系统频谱效率。 . 我们通过为所有用户设计预编码器，进一步最大化 GV MAC-WT 系统的总保密率。由于问题是非凸的，我们提供迭代算法来获得次优解决方案。仿真结果表明，与现有方案相比，所提算法可以极大地增强安全通信，与仅关注网络保密性能的工作相比，由于开放消息可以同时传输，可以有效提高系统频谱效率。 . 我们通过为所有用户设计预编码器，进一步最大化 GV MAC-WT 系统的总保密率。由于问题是非凸的，我们提供迭代算法来获得次优解决方案。仿真结果表明，与现有方案相比，所提算法可以极大地增强安全通信，与仅关注网络保密性能的工作相比，由于开放消息可以同时传输，可以有效提高系统频谱效率。 .