Prior studies on covert communication with noise uncertainty adopted a worst-case approach from the warden's perspective. That is, the worst-case detection performance of the warden is used to assess covertness, which is overly optimistic. Instead of simply considering the worst limit, we take the distribution of noise uncertainty into account to evaluate the overall covertness in a statistical sense. Specifically, we define new metrics for measuring the covertness, which are then adopted to analyze the maximum achievable rate for a given covertness requirement under both bounded and unbounded noise uncertainty models.

LPD communication has recently emerged as a new transmission technology to address privacy and security in wireless networks. Recent studies have established the fundamental limits of LPD communication in terms of the amount of information that can be conveyed from a transmitter to a receiver subject to a constraint on a warden's detection error probability. The established information- theoretic metric enables analytical studies on the design and performance of LPD communication under various channel conditions. In this article, we present the key features of LPD communication and discuss various important design considerations. First, we clarify the differences between LPD communication and well-known physical-layer security. Then, from an information-theoretic point of view, we discuss the optimal signaling strategies for transmitting the message-carrying signal and artificial noise signal for LPD communication. Finally, we identify the key challenges in the design of practical LPD communication systems and point out future research directions in this context. This article provides guidelines for designing practical LPD communication strategies in wireless systems and networks.

This paper studies the physical layer security of an unmanned aerial vehicle (UAV) network, where a UAV base station (UAV-B) transmits confidential information to multiple information receivers (IRs) with the aid of a UAV jammer (UAV-J) in the presence of multiple eavesdroppers. We formulate an optimization problem to jointly design the trajectories and transmit power of UAV-B and UAV-J in order to maximize the minimum average secrecy rate over all IRs. The optimization problem is non-convex and the optimization variables are coupled, which leads to the optimization problem being mathematically intractable. As such, we decompose the optimization problem into two subproblems and then solve it by employing an alternating iterative algorithm and the successive convex approximation technique. Our results show that the average secrecy rate performance of the proposed scheme provides about 20% and 150% performance gains over the joint trajectory and transmit power optimization without UAV-J scheme and the transmit power optimization with fixed trajectory scheme at flight period T = 150 s, respectively.

This work introduces downlink non-orthogonal multiple access (NOMA) into short-packet communications. NOMA has great potential to improve fairness and spectral efficiency with respect to orthogonal multiple access (OMA) for low-latency downlink transmission, thus making it attractive for the emerging Internet of Things. We consider a two-user downlink NOMA system with finite blocklength constraints, in which the transmission rates and power allocation are optimized. To this end, we investigate the trade-off among the transmission rate, decoding error probability, and the transmission latency measured in blocklength. Then, a one-dimensional search algorithm is proposed to resolve the challenges mainly due to the achievable rate affected by the finite blocklength and the unguaranteed successive interference cancellation. We also analyze the performance of OMA as a benchmark to fully demonstrate the benefit of NOMA. Our simulation results show that NOMA significantly outperforms OMA in terms of achieving a higher effective throughput subject to the same finite blocklength constraint, or incurring a lower latency to achieve the same effective throughput target. Interestingly, we further find that with the finite blocklength, the advantage of NOMA relative to OMA is more prominent when the effective throughput targets at the two users become more comparable.

Covert communications hide the transmission of a message from a watchful adversary while ensuring a certain decoding performance at the receiver. In this paper, a wireless communication system under fading channels is considered where covertness is achieved by using a full-duplex receiver. More precisely, the receiver of covert information generates artificial noise with a varying power causing uncertainty at the adversary, Willie, regarding the statistics of the received signals. Given that Willie's optimal detector is a threshold test on the received power, we derive a closed-form expression for the optimal detection performance of Willie averaged over the fading channel realizations. Furthermore, we provide guidelines for the optimal choice of artificial noise power range, and the optimal transmission probability of covert information to maximize the detection errors at Willie. Our analysis shows that the transmission of artificial noise, although causing self-interference, provides the opportunity of achieving covertness but its transmit power levels need to be managed carefully. We also demonstrate that the prior transmission probability of 0.5 is not always the best choice for achieving the maximum possible covertness when the covert transmission probability and artificial noise power can be jointly optimized.

In this paper, we study delay-intolerant covert communications in additive white Gaussian noise (AWGN) channels with a finite block length, i.e., a finite number of channel uses. Considering the maximum allowable number of channel uses to be N, it is not immediately clear whether the actual number of channel uses, denoted by n, should be as large as N or smaller for covert communications. This is because a smaller n reduces a warden's chance to detect the communications due to fewer observations, but also reduces the chance to transmit information. We show that n = N is indeed optimal to maximize the amount of information bits that can be transmitted, subject to any covert communication constraint in terms of the warden's detection error probability. To better make use of the warden's uncertainty due to the finite block length, we also propose to use uniformly distributed random transmit power to enhance covert communications. Our examination shows that the amount of information that can be covertly transmitted logarithmically increases with the number of random power levels, which indicates that most of the benefit of using random transmit power is achieved with just a few different power levels.

In this paper, a random frequency diverse array-based directional modulation with artificial noise (RFDA-DM-AN) scheme is proposed to enhance physical layer security of wireless communications. Specifically, we first design the RFDA-DM-AN scheme by randomly allocating frequencies to transmit antennas, thereby achieving 2-D (i.e., angle and range) secure transmissions, and outperforming the state-of-the-art 1-D (i.e., angle) phase array (PA)-based DM scheme. Then we derive the closed-form expression of a lower bound on the ergodic secrecy capacity (ESC) of our RFDA-DM-AN scheme. Based on the theoretical lower bound derived, we further optimize the transmission power allocation between the useful signal and artificial noise (AN) in order to improve the ESC. Simulation results show that: (1) our RFDA-DM-AN scheme achieves a higher secrecy capacity than that of the PA-based DM scheme; (2) the lower bound derived is shown to approach the ESC as the number of transmit antennas N increases and precisely matches the ESC when N is sufficiently large; and (3) the proposed optimum power allocation achieves the highest ESC of all power allocations schemes in the RFDA-DM-AN.