<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Comms. Net</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Communications and Networks</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Comms. Net</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2673-530X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">1370496</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/frcmn.2024.1370496</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Communications and Networks</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Secure authentication in MIMO systems: exploring physical limits</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Abdrabou and Gulliver</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/frcmn.2024.1370496">10.3389/frcmn.2024.1370496</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Abdrabou</surname>
<given-names>Mohammed</given-names>
</name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2629995/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Gulliver</surname>
<given-names>T. Aaron</given-names>
</name>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2660197/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff>
<institution>Department of Electrical and Computer Engineering</institution>, <institution>University of Victoria</institution>, <addr-line>Victoria</addr-line>, <addr-line>BC</addr-line>, <country>Canada</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1659712/overview">Pantea Nadimi Goki</ext-link>, Sant&#x2019;Anna School of Advanced Studies, Italy</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2104146/overview">Lei Guan</ext-link>, Xidian University, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1021127/overview">Chanapha Bast</ext-link>, Udon Thani Rajabhat University, Thailand</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Mohammed Abdrabou, <email>abdrabou@outlook.com</email>
</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>03</day>
<month>05</month>
<year>2024</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2024</year>
</pub-date>
<volume>5</volume>
<elocation-id>1370496</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>14</day>
<month>01</month>
<year>2024</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>05</day>
<month>03</month>
<year>2024</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2024 Abdrabou and Gulliver.</copyright-statement>
<copyright-year>2024</copyright-year>
<copyright-holder>Abdrabou and Gulliver</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>Multiple-input multiple-output (MIMO) technology is employed to improve the reliability and capacity of wireless communication systems. However, the wireless communication environment creates vulnerabilities to spoofing attacks. Furthermore, the authentication challenges posed by the heterogeneous characteristics of wireless applications increase as diverse technologies facilitate the growing number of Internet of Things (IoT) devices. To address these challenges, adaptive physical-layer authentication (PLA) leveraging the inherent antenna diversity in MIMO systems is examined, and an information-theoretic perspective on PLA in MIMO systems is given. The real and imaginary components of the received reference signals are used as attributes with a single-class classification support vector machine (SCC-SVM). It is shown that the authentication performance improves with the number of antennas, and the proposed scheme provides robust authentication.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>physical-layer authentication</kwd>
<kwd>single-class classification</kwd>
<kwd>information theory</kwd>
<kwd>machine learning</kwd>
<kwd>MIMO systems</kwd>
</kwd-group>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Security, Privacy and Authentication</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>The number of wireless devices has increased significantly as a result of Internet of Things (IoT) development. However, the limited bandwidth for applications and limited device capabilities make it challenging to deliver reliable services in wireless networks. Multiple-input multiple-output (MIMO) technology can improve the effectiveness and capacity of wireless communication networks without increasing bandwidth resources (<xref ref-type="bibr" rid="B36">Zhang et al., 2020</xref>).</p>
<p>Information-theoretic security metrics for secrecy, privacy, authentication, stealth, and covertness have been developed and fundamental limits derived (<xref ref-type="bibr" rid="B23">Liang et al., 2008</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B8">Bloch et al., 2021</xref>). <xref ref-type="bibr" rid="B29">Shannon (1949)</xref> presented the first information-theoretic study of a cryptography model. Cryptography is the science of securing communications. It involves the transformation of plaintext into ciphertext, which can be intercepted by an attacker. A key <italic>K</italic> is a secret parameter used in conjunction with an algorithm to encrypt or decrypt data. The message <italic>M</italic> represents the data that need to be protected. For encryption, <italic>K</italic> is used to transform <italic>M</italic> into a ciphertext <italic>E</italic>. The goal is to maximize the secret information rate between legitimate users. <xref ref-type="bibr" rid="B35">Wyner (1975)</xref> presented information-theoretic security limits for a discrete memoryless wiretap channel. It was shown that security is possible if the capacity <italic>C</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub> between legitimate users is higher than the wiretap channel capacity <italic>C</italic>
<sub>
<italic>w</italic>
</sub> between the transmitter and attacker. <xref ref-type="bibr" rid="B1">Abdi et al. (2001)</xref> extended the model proposed by <xref ref-type="bibr" rid="B35">Wyner (1975)</xref> to a Gaussian wiretap channel. It was shown that secure communication can be achieved if <italic>C</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> &#x3d; <italic>C</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub> &#x2212; <italic>C</italic>
<sub>
<italic>w</italic>
</sub> &#x3e; 0. However, <italic>C</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> is degraded by wireless channels due to factors such as fading (<xref ref-type="bibr" rid="B37">Zou et al., 2016</xref>).</p>
<p>The model proposed by <xref ref-type="bibr" rid="B35">Wyner (1975)</xref> was extended to MIMO systems (<xref ref-type="bibr" rid="B20">Khisti and Wornell, 2010a</xref>), and this was improved by <xref ref-type="bibr" rid="B21">Khisti and Wornell (2010b)</xref>. It was shown that increasing the number of antennas can improve <italic>C</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub>. <xref ref-type="bibr" rid="B7">Bloch et al. (2008)</xref> considered quasi-static fading. The outage probability <italic>P</italic>
<sub>
<italic>out</italic>
</sub> was shown to depend on the user location and path loss, where <italic>P</italic>
<sub>
<italic>out</italic>
</sub> &#x3d; <italic>P</italic>(<italic>C</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> &#x3c; <italic>R</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub>) and <italic>R</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> is the secrecy rate. Information-theoretic security for MIMO systems was considered by <xref ref-type="bibr" rid="B24">Oggier and Hassibi (2011)</xref>, but the channel state information (CSI) was assumed to be known. Security without knowledge about the attacker CSI was considered by <xref ref-type="bibr" rid="B16">He et al. (2011)</xref>.</p>
<p>A MIMO scheme for practical physical-layer security was presented by <xref ref-type="bibr" rid="B19">Ishikawa et al. (2021)</xref>. It employs chaos-based unitary matrices to eliminate the need for channel estimation. Unlike conventional approaches, an imperfect key agreement in high-mobility scenarios was considered, and an algorithm for reconciling chaotic sequences between legitimate parties was given. Simulation results were presented which show that the performance is superior to that with conventional chaos-based MIMO schemes assuming perfect CSI.</p>
<p>Downlink security in cell-free massive MIMO systems with imperfect channel estimation was investigated by <xref ref-type="bibr" rid="B32">Tubail et al. (2023)</xref>. Two power allocation algorithms using artificial noise were introduced to combat passive eavesdropping. Imperfect channel estimation was considered as it leads to artificial noise leakage which impacts performance. The results show that the proposed algorithm improves the security through robust authentication.</p>
<p>In this paper, physical-layer authentication (PLA) for MIMO systems is examined from an information-theoretic perspective. The authentication boundary is determined using machine learning (ML). For training, a single-class classification support vector machine (SCC-SVM) is used with only legitimate user data. The real and imaginary components of the received reference signals are employed as attributes. These attributes vary slowly over time as a result of factors such as mobility (<xref ref-type="bibr" rid="B18">Hou et al., 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B12">Ferrante et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B33">Wang et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B34">Wang et al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B11">Fang et al., 2020</xref>). As a result, the SCC-SVM authentication boundary is updated to ensure reliable authentication. The authentication rate (AR) is shown to improve with antenna diversity. The contributions of this paper are as follows.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2022; PLA for MIMO systems is examined from an information-theoretic perspective.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; The real and imaginary components of the received signals are used as attributes to improve PLA performance.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; A practical approach is presented to extract attributes from cellular network reference signals.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; The effectiveness of the proposed PLA scheme is evaluated and validated in urban environments.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>The remainder of this paper is organized as follows: the system model is presented in <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref>; <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref> introduces SCC-SVM and the proposed PLA scheme; the performance evaluation metrics are given in <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>; <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref> provides the simulation results; and <xref ref-type="sec" rid="s6">Section 6</xref> provides some concluding remarks.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 System model</title>
<p>The system model for the proposed authentication scheme is shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>. In this scheme, Alice (<italic>A</italic>) represents a user requiring authentication from Bob (<italic>B</italic>), while the spoofer (<italic>S</italic>) is an attacker attempting to impersonate <italic>A</italic>. <italic>B</italic> must ascertain the legitimacy of <italic>A</italic> and also reject <italic>S</italic>. Consequently, <italic>B</italic> must decide between the two hypotheses<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m1">
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;is&#x2009;transmitting</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;is&#x2009;transmitting</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</disp-formula>Thus, <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m2">
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> indicates that the signal originates from <italic>A</italic>, while <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m3">
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> indicates that it is from <italic>S</italic>. Both <italic>A</italic> and <italic>S</italic> are assumed to be mobile, while <italic>B</italic> is stationary. <italic>A</italic> and <italic>S</italic> have either one or <italic>M</italic> transmit antennas, and <italic>B</italic> has <italic>N</italic> receive antennas.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>System model.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-05-1370496-g001.tif"/>
</fig>
<p>Reference signals are transmitted in cellular networks to facilitate CSI estimation. In particular, sounding reference signals are repeated every 28 symbols or 56 symbols (<xref ref-type="bibr" rid="B15">GPP, version 15.2.0, 2018</xref>). The received signal at <italic>B</italic> can be expressed as<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m4">
<mml:mi mathvariant="bold">Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">W</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <bold>x</bold> is the transmitted reference signals, <bold>H</bold> is the channel matrix, and <bold>W</bold> is independent additive white Gaussian noise (AWGN). The channel matrix for the <italic>M</italic> &#xd7; <italic>N</italic> MIMO system can be partitioned according to the transmit and receive antennas as follows:<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m5">
<mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>h</italic>
<sub>
<italic>nm</italic>
</sub> represents the channel from the <italic>m</italic>th transmit antenna to the <italic>n</italic>th receive antenna. <bold>H</bold> can be estimated from <bold>Y</bold> corresponding to the known reference signals (<xref ref-type="bibr" rid="B26">Schindler and Mellein, 2011</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Germain et al., 2020</xref>). <bold>Y</bold> is used to obtain the data for SCC-SVM training and testing.</p>
<p>The proposed scheme is implemented in the uplink and has an initial phase (<italic>T</italic>
<sub>1</sub>), followed by subsequent phases (<italic>T</italic>
<sub>2</sub>, <italic>T</italic>
<sub>3</sub>, &#x2026; , <italic>T</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>). During the initial phase, upper-layer authentication (ULA) is conducted, and SCC-SVM training is performed at <italic>B</italic> using the received reference signals from <italic>A</italic>. The real and imaginary components of these signals for each transmit&#x2013;receive antenna pair are obtained to provide 2 &#xd7; <italic>M</italic> attributes per antenna for a total of 2 &#xd7; <italic>M</italic> &#xd7; <italic>N</italic> attributes. In subsequent phases, SCC-SVM testing is conducted at <italic>B</italic> to validate the legitimacy of the received signals, which may originate from either <italic>A</italic> or a spoofer <italic>S</italic>. Hence, the received signals during these phases are treated as being from an unknown user <italic>U</italic>. If successful, the attributes are updated, and SCC-SVM training is repeated. Conversely, if testing fails, the connection is terminated.</p>
<p>SCC-SVM training is used in the initial phase to establish an authentication boundary. In subsequent phases, SCC-SVM testing is used to determine whether the received signal attributes fall within this boundary. In this case, the test is successful, and authentication continues. The received signal is rejected if the attributes fall outside the boundary. The proposed scheme leverages the spatial independence of <italic>A</italic> and <italic>S</italic> as the physical-layer attributes for authentication are independent. Furthermore, transmit and receive antenna diversity is exploited to generate a large number of attributes. These attributes vary slowly over time due to factors such as mobility (<xref ref-type="bibr" rid="B18">Hou et al., 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B12">Ferrante et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B33">Wang et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B34">Wang et al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B11">Fang et al., 2020</xref>). Consequently, the SCC-SVM authentication boundary is dynamically updated in each subsequent phase to ensure reliable authentication.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 The proposed scheme</title>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Single-class classification support vector machine</title>
<p>SCC is a machine learning technique that can be employed to distinguish between <italic>A</italic> and <italic>S</italic> using training data from <italic>A</italic>. The goal is to find the optimal authentication boundary that surrounds most of the training data from <italic>A</italic> (<xref ref-type="bibr" rid="B30">Tax and Duin, 2004)</xref>. In this paper, the SCC-SVM algorithm proposed by <xref ref-type="bibr" rid="B27">Sch&#xf6;lkopf et al. (2001)</xref> is employed. SCC-SVM computes a decision function <italic>f</italic> which encompasses the majority of the training data [<xref ref-type="bibr" rid="B28">Senigagliesi et al. (2020)</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Abdrabou and Gulliver (2022c)</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B2">Abdrabou and Gulliver, 2022a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B5">Abdrabou and Gulliver, 2023</xref>]. First, the following optimization problem is solved (<xref ref-type="bibr" rid="B17">Hoang et al., 2021)</xref>; (<xref ref-type="bibr" rid="B27">Sch&#xf6;lkopf et al., 2001):</xref>
<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m6">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.22em"/>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mtext>subject&#x2009;to</mml:mtext>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <bold>w</bold> is the weight vector, <italic>&#x3c1;</italic> is the distance from the origin to the boundary, &#x3a6; is a feature mapping determined based on the kernel employed, <bold>g</bold>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> is the <italic>i</italic>th feature vector used for SCC-SVM training, <italic>s</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> is the corresponding slack variable, <italic>&#x2113;</italic> is the number of training samples, and <italic>&#x3b7;</italic> is the percentage of data considered as outliers (<xref ref-type="bibr" rid="B28">Senigagliesi et al., 2020)</xref>. SCC-SVM maps data to a feature space using kernels and then separates the features using a boundary. The optimization problem in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">1</xref> provides <bold>w</bold> and <italic>&#x3c1;</italic> which determine the boundary used in the decision function Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">3</xref>. Using Lagrange multipliers <italic>p</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>, <italic>q</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> &#x2265; 0 yields (<xref ref-type="bibr" rid="B27">Sch&#xf6;lkopf et al., 2001)</xref>
<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m7">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">q</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>Setting the derivatives with respect to <bold>w</bold>, <bold>s</bold>, and <italic>&#x3c1;</italic> as zero yields (<xref ref-type="bibr" rid="B27">Sch&#xf6;lkopf et al. 2001)</xref>
<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m8">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m9">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>The decision function used to test a new sample <bold>t</bold> is expressed as follows (<xref ref-type="bibr" rid="B28">Senigagliesi et al. 2020)</xref>; (<xref ref-type="bibr" rid="B17">Hoang et al. 2021)</xref>:<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m10">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>sgn</mml:mtext>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">w</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>and substituting <bold>w</bold> from Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref> yields<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m11">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>sgn</mml:mtext>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>The kernel expansion is defined as (<xref ref-type="bibr" rid="B27">Sch&#xf6;lkopf et al. 2001)</xref>
<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m12">
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>so the decision function is<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m13">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>sgn</mml:mtext>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>A test sample <bold>t</bold> is accepted if <italic>f</italic>(<bold>t</bold>) &#x3e; 0, which indicates that it is within the authentication boundary (<xref ref-type="bibr" rid="B28">Senigagliesi et al., 2020)</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Proposed scheme</title>
<p>The proposed scheme employs SCC-SVM with antenna diversity. The received signal at the <italic>n</italic>th receive antenna from the <italic>m</italic>th transmit antenna is<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m14">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>x</italic>
<sub>
<italic>m</italic>
</sub> is the transmitted reference symbol and <italic>h</italic>
<sub>
<italic>nm</italic>
</sub> and <italic>n</italic>
<sub>
<italic>nm</italic>
</sub> are the corresponding channel coefficients and AWGN, respectively. The WINNER II channel model for non-line-of-sight (NLOS) urban environments (<xref ref-type="bibr" rid="B22">Ky&#xf6;sti et al., 2007</xref>) is considered here. The received MIMO signals can be expressed as<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m15">
<mml:mi mathvariant="bold">Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>This matrix is employed to obtain features for SCC-SVM training and testing. Binary phase-shift keying (BPSK) modulation is assumed, so the transmitted signal is (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Chatzidiamantis et al., 2011</xref>)<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m16">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>g</italic>(<italic>t</italic>) is the pulse shaping function, 0 &#x2264; <italic>t</italic> &#x2264; <italic>T</italic>
<sub>s</sub>, <italic>T</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> is the symbol time, <italic>f</italic>
<sub>s</sub> is the carrier frequency, and <italic>&#x3c6;</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> &#x2208; [0, <italic>&#x3c0;</italic>] is the phase of the <italic>k</italic>th symbol. The real (<italic>R</italic>) and imaginary (<italic>I</italic>) components are used as attributes so that<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m17">
<mml:mi mathvariant="bold">Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> illustrates the proposed scheme. In the initial phase <italic>T</italic>
<sub>1</sub> following ULA authentication, data are obtained from the legitimate user (<italic>A</italic>) for SCC-SVM training. In subsequent phases, reference signal data from <italic>U</italic> are utilized by <italic>B</italic> for testing and training. If testing is successful in a given phase, the corresponding data are employed to update the attributes for training. A sliding window is used so the oldest data are discarded. Conversely, if testing fails, the connection is terminated.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Authentication scheme flowchart.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-05-1370496-g002.tif"/>
</fig>
<p>The initial authentication is performed in phase <italic>T</italic>
<sub>1</sub> with <italic>A</italic> through ULA. Then, the reference signal data from <italic>A</italic> are used to construct the training sample vector <bold>d</bold>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>. The <italic>i</italic>th data sample is then<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m18">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="[" close="">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>SCC-SVM training is performed using the vectors <bold>d</bold>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>, where <italic>i</italic> &#x3d; 1, 2, &#x2026; , <italic>&#x2113;</italic>, to obtain the authentication boundary. In subsequent phases, SCC-SVM is utilized to test new samples <bold>t</bold>, as shown in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">4</xref>, originating from <italic>U</italic>, where <italic>U</italic> could be <italic>A</italic> or <italic>S</italic>. If testing is successful, <italic>U</italic> is accepted and the attributes are updated, followed by SCC-SVM training. Otherwise, the connection is terminated.</p>
<p>The <italic>&#x2113;</italic> training samples from <italic>A</italic> in the initial phase are<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m19">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="[" close="">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>and the testing sample from <italic>U</italic> is<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m20">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi mathvariant="bold">t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="[" close="">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> illustrates the sliding window update process for the attributes. In phase <italic>T</italic>
<sub>1</sub>, the training data from <italic>A</italic> consist of <italic>&#x2113;</italic> matrices <bold>Y</bold>, where each matrix is represented by a vector as shown in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">5</xref>. Subsequently, in phase <italic>T</italic>
<sub>2</sub> a new data vector <bold>t</bold> is tested (following scaling), and if accepted, the data matrix is updated by discarding the first row <bold>d</bold>
<sub>1</sub> and adding the new data vector as row <italic>&#x2113;</italic> &#x2b; 1. Consequently, if the first <italic>e</italic> new data vectors are accepted, the training data matrix is<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m21">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>so <italic>&#x2113;</italic> vectors are used for training.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Sliding window for attribute updates.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-05-1370496-g003.tif"/>
</fig>
<p>Each attribute undergoes separate minimum&#x2013;maximum scaling<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m22">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>to obtain<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m23">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m24">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">min,r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">max,r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">min,r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>and <italic>m</italic>
<sub>
<italic>min,r</italic>
</sub> is the minimum value in <bold>m</bold>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub> and <italic>m</italic>
<sub>
<italic>max,r</italic>
</sub> is the maximum value in <bold>m</bold>
<sub>
<italic>r</italic>
</sub>. The feature matrix for training is then<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m25">
<mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>and the elements of <bold>t</bold> are scaled using <italic>m</italic>
<sub>
<italic>min,r</italic>
</sub> and <italic>m</italic>
<sub>
<italic>max,r</italic>
</sub> from the training data as follows:<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m26">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">min,r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">max,r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">min,r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</disp-formula>to form the test vector <bold>t</bold>. The proposed scheme is summarized in <xref ref-type="statement" rid="Algorithm_1">Algorithm 1</xref>.</p>
<p>
<statement content-type="algorithm" id="Algorithm_1">
<label>Algorithm 1</label>
<p>Proposed scheme.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2003;ULA for <italic>A</italic>.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2003;<bold>Obtain</bold> the received reference signals from each antenna.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2003;<bold>Extract</bold> the real (<italic>R</italic>) and imaginary (<italic>I</italic>) components from the received reference signals.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2003;<bold>Construct</bold> the training samples <bold>d</bold>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> using Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">5</xref>.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2003;<bold>Train</bold> SCC-SVM to establish the authentication boundary.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2003;<bold>Test</bold> SCC-SVM with the sample <bold>t</bold> as in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref>.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2003;<bold>if</bold> (<italic>f</italic>(<bold>t</bold>) &#x3e; 0) <bold>then</bold>
</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2003;&#x2003;<bold>Accept</bold> the user.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2003;&#x2003;<bold>Update</bold> the attributes.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2003;&#x2003;<bold>Retrain</bold> SCC-SVM.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2003;<bold>else if</bold> (<italic>f</italic>(<bold>t</bold>) &#x2264; 0) <bold>then</bold>
</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2003;&#x2003;<bold>Terminate</bold> the connection.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2003;end if</p>
</list-item>
</list>
</p>
</statement>
</p>
</sec>
<sec id="s3-3">
<title>3.3 Information-theoretic PLA</title>
<p>The authentication performance can be improved with antenna diversity (<xref ref-type="bibr" rid="B3">Abdrabou and Gulliver, 2022b</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B6">2024</xref>). This is indicated by the mutual information between the training and testing attributes from <italic>A I</italic>(<italic>Tr</italic>
<sub>
<italic>A</italic>
</sub>; <italic>Te</italic>
<sub>
<italic>A</italic>
</sub>), which is greater than the mutual information between the training attributes from <italic>A</italic> and testing attributes from <italic>S I</italic>(<italic>Tr</italic>
<sub>
<italic>A</italic>
</sub>; <italic>Te</italic>
<sub>
<italic>S</italic>
</sub>). The mutual information authentication rate <italic>I</italic>
<sub>
<italic>AR</italic>
</sub> can be defined as<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m27">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>First, a single-input multiple-output system (SIMO) and independent channels based on user location and mobility are considered. The mutual information that characterizes the legitimacy of <italic>A</italic> at the receiver is a function of the wireless link at two consecutive time instances (training and testing). The mutual information between the transmit antenna and receive antennas is<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m28">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">SIMO</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>Each element of this matrix characterizes the received reference signal at times <italic>t</italic> &#x2212; 1 (training) and <italic>t</italic> (testing), so it can be reformulated as<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m29">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">SIMO</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>y</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> (<italic>t</italic> &#x2212; 1) is the training data from <italic>A</italic> and <italic>y</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) is the testing data from <italic>U</italic>, so then,<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m30">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">SIMO</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">SIMO</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">SIMO</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>Now, a MIMO system is considered. The mutual information between the transmit antennas and receive antennas can be expressed as<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m31">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">MIMO</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>Each element of this matrix characterizes the received reference signal at times <italic>t</italic> &#x2212; 1 and <italic>t</italic>, so<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m32">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">MIMO</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>31</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>31</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>31</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>y</italic>&#x2a;(<italic>t</italic> &#x2212; 1) is the training data from <italic>A</italic> and <italic>y</italic>&#x2a;(<italic>t</italic>) is the testing data from <italic>U</italic>, and therefore,<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m33">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">MIMO</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">MIMO</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">MIMO</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>Since mutual information is greater than or equal to zero [<xref ref-type="bibr" rid="B10">Cover and Thomas, 2006</xref>, (2.90)],<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m34">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>The joint mutual information for independent channels in a SIMO system can be formulated as<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m35">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>so<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m36">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>For a MIMO system, this is<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m37">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>so<disp-formula id="e36">
<mml:math id="m38">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>These results show that the authentication performance improves with the number of receive and transmit antennas so that<disp-formula id="e37">
<mml:math id="m39">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>u</italic> and <italic>p</italic> are the number of receive antennas and <italic>v</italic> and <italic>q</italic> are the number of transmit antennas.</p>
</sec>
<sec id="s3-4">
<title>3.4 Channel capacity for PLA</title>
<p>The channel capacity <italic>C</italic> is defined as the maximum mutual information (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Cover and Thomas, 2006</xref>),<disp-formula id="e38">
<mml:math id="m40">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>The capacity of a MIMO system depends on several factors such as the signal-to-noise ratio (SNR). It can be obtained using singular value decomposition (SVD) to decompose the channel matrix <italic>H</italic> and obtain the singular values and unitary matrices for the transmitter and receiver as (<xref ref-type="bibr" rid="B14">Golub and Van Loan, 2013</xref>)<disp-formula id="e39">
<mml:math id="m41">
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a3;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>U</italic> is the unitary matrix corresponding to the transmitter, &#x3a3; is a diagonal matrix containing the singular values, and <italic>V</italic>
<sup>
<italic>H</italic>
</sup> is the conjugate transpose of the unitary matrix corresponding to the receiver. The singular values are<disp-formula id="e40">
<mml:math id="m42">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x39b;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>and the corresponding channel capacity is (<xref ref-type="bibr" rid="B31">Tse and Viswanath, 2005</xref>)<disp-formula id="e41">
<mml:math id="m43">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>log</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>n</italic> is the number of singular values and <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> is the <italic>i</italic>th singular value of the channel matrix.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Performance evaluation</title>
<p>The performance is evaluated using the confusion matrix which includes true positive (<italic>TP</italic>), the acceptance of <italic>A</italic>, true negative (<italic>TN</italic>), the rejection of <italic>S</italic>, false negative (<italic>FN</italic>), the erroneous rejection of <italic>A</italic>, and false positive (<italic>FP</italic>), the erroneous acceptance of <italic>S</italic>. The evaluation metrics are the missed detection rate (<italic>MDR</italic>), false alarm rate (<italic>FAR</italic>), precision or positive predictive value (<italic>PPV</italic>), false discovery rate (<italic>FDR</italic>), and authentication rate (<italic>AR</italic>) (<xref ref-type="bibr" rid="B28">Senigagliesi et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B3">Abdrabou and Gulliver, 2022b</xref>):<disp-formula id="e42">
<mml:math id="m44">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e43">
<mml:math id="m45">
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e44">
<mml:math id="m46">
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e45">
<mml:math id="m47">
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="e46">
<mml:math id="m48">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>&#x3b3;</italic> is used to balance between <italic>A</italic> and <italic>S</italic> and is given by<disp-formula id="e47">
<mml:math id="m49">
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>The <italic>AR</italic> improves with the number of antenna (<xref ref-type="bibr" rid="B3">Abdrabou and Gulliver, 2022b</xref>), and the corresponding <italic>PPV</italic> increases, so<disp-formula id="e48">
<mml:math id="m50">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>and the <italic>FDR</italic> decreases, so<disp-formula id="e49">
<mml:math id="m51">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>and therefore,<disp-formula id="e50">
<mml:math id="m52">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Simulation results</title>
<p>In this section, the performance of the proposed scheme is evaluated in multipath fading channels via Monte Carlo simulation. BPSK modulation is employed with the WINNER II channel model for NLOS urban environments (<xref ref-type="bibr" rid="B22">Ky&#xf6;sti et al., 2007</xref>). The single-user scenario has one Alice and three spoofers, while the multiple-user scenario has three Alice and three spoofers, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F5">5</xref>, respectively. In these scenarios, Bob is stationary, while Alice and spoofers move arbitrarily and independently. SCC-SVM is implemented using the scikit-learn library in Python. For the single-user scenario, <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m53">
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>, and for the multiple-user scenario, <italic>&#x3b3;</italic> &#x3d; 1. The simulation parameters are given in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Single-user scenario.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-05-1370496-g004.tif"/>
</fig>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Multiple-user scenario.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-05-1370496-g005.tif"/>
</fig>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Simulation parameters.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Parameter</th>
<th align="left">Value</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">Sampling rate</td>
<td align="left">20&#xa0;MHz</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Urban model frequency band</td>
<td align="left" style=";">2&#x2013;6&#xa0;GHz</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Carrier frequency</td>
<td align="left">5&#xa0;GHz</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Shadow fading standard deviation</td>
<td align="left">4&#xa0;dB</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Number of transmit antennas for Alice/spoofer</td>
<td align="left">1, 2, and 4</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Number of receive antennas for Bob</td>
<td align="left">1, 4, and 8</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Antenna height for Alice/spoofer</td>
<td align="left">1&#xa0;m</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Velocity</td>
<td align="left">0.4&#xa0;km/h</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Signal-to-noise ratio (SNR)</td>
<td align="left">8&#xa0;dB</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Position of Bob</td>
<td align="left">1,000&#xa0;m and 1,000&#xa0;m</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Reference signal interval</td>
<td align="left">28 symbols</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Alice 1 initial position</td>
<td align="left">1,500&#xa0;m and 1,200&#xa0;m</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Alice 2 initial position</td>
<td align="left">500&#xa0;m and 900&#xa0;m</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Alice 3 initial position</td>
<td align="left">1,000&#xa0;m and 600&#xa0;m</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Spoofer 1 initial position</td>
<td align="left">1,400&#xa0;m and 700&#xa0;m</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Spoofer 2 initial position</td>
<td align="left">600&#xa0;m and 1,250&#xa0;m</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Spoofer 3 initial position</td>
<td align="left">500&#xa0;m and 500&#xa0;m</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref> presents the <italic>MDR</italic>, <italic>FAR</italic>, and <italic>AR</italic> for the single-user scenario with an SNR of 8&#xa0;dB, velocity of 0.4&#xa0;km/h, and 1, 4, and 8 receive antennas. This shows that <italic>MDR</italic>, <italic>FAR</italic>, and <italic>AR</italic> improve with an increase in the number of antennas. For instance, with a single transmit antenna, the <italic>MDR</italic> decreases from 26.0% with 1 receive antenna to 17.8% with four receive antennas and 2.9% with eight receive antennas. Similarly, with four receive antennas, the <italic>MDR</italic> decreases from 17.8% with one transmit antenna to 4.0% with two transmit antennas and 1.7% with four transmit antennas. The <italic>FAR</italic> with a single transmit antenna decreases from 11.9% with one receive antenna to 1.9% with four receive antennas and 0.3% with eight receive antennas. In the case of four receive antennas, the <italic>FAR</italic> decreases from 1.9% with one transmit antenna to 0.2% with two transmit antennas and only 0.1% with four transmit antennas. The <italic>AR</italic> increases with an increase in the number of antennas. For example, with four receive antennas, the <italic>AR</italic> increases from 90.2% with one transmit antenna to 97.9% with two transmit antennas and 99.1% with four transmit antennas. These results illustrate the impact of antenna diversity on performance.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>
<italic>MDR</italic>, <italic>FAR</italic>, and <italic>AR</italic> versus the number of receive antennas for the single-user scenario with a signal-to-noise ratio (SNR) of 8&#xa0;dB, velocity of 0.4&#xa0;km/h, and 1, 4, and 8 receive antennas.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-05-1370496-g006.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref> presents <italic>C</italic>, <italic>PPV</italic>, <italic>FDR</italic>, and <italic>PPV</italic> &#x2212; <italic>FDR</italic> versus the number of receive antennas in the single-user scenario with an SNR of 8&#xa0;dB, velocity of 0.4&#xa0;km/h, and 1, 4, and 8 receive antennas. This shows that increasing the number of antennas improves <italic>C</italic> and thus, the information authentication rate <italic>I</italic>
<sub>
<italic>AR</italic>
</sub>. With a single transmit antenna, <italic>C</italic> increases from 1.15 bps with one receive antenna to 4.75 bps with four receive antennas and 5.95 bps with eight receive antennas. Furthermore, the <italic>PPV</italic> increases, <italic>FDR</italic> decreases, and <italic>PPV</italic> &#x2212; <italic>FDR</italic> increases with an increase in the number of antennas. For instance, with one transmit antenna, the <italic>PPV</italic> increases from 77.2% with one receive antenna to 84.6% with four receive antennas and 97.2% with eight receive antennas, while with four receive antennas, the <italic>PPV</italic> increases from 84.6% with one transmit antenna to 96.2% with two transmit antennas and 98.3% with four transmit antennas. In addition, with four receive antennas, the <italic>FDR</italic> decreases from 15.4% with one transmit antenna to 3.8% with two transmit antennas and 1.7% with four transmit antennas. The <italic>PPV</italic> &#x2212; <italic>FDR</italic> also improves with an increase in the number of antennas as with four receive antennas, it increases from 69.2% with one transmit antenna to 92.3% with two transmit antennas and 96.6% with four transmit antennas. These results further illustrate the impact of antenna diversity on performance.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>
<italic>C</italic>, <italic>PPV</italic>, <italic>FDR</italic>, and <italic>PPV</italic> &#x2212; <italic>FDR</italic> versus the number of receive antennas for the single-user scenario with an SNR of 8&#xa0;dB, velocity of 0.4&#xa0;km/h, and 1, 4, and 8 receive antennas.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-05-1370496-g007.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref> presents the <italic>MDR</italic>, <italic>FAR</italic>, and <italic>AR</italic> versus the number of receive antennas with an SNR of 8&#xa0;dB, velocity of 0.4&#xa0;km/h, and one transmit antenna for the single- and multiple-user scenarios. This shows that the <italic>MDR</italic>, <italic>FAR</italic>, and <italic>AR</italic> increase with the number of receive antennas in both scenarios. For instance, in the multiple-user scenario, the <italic>MDR</italic> decreases from 44.9% with one receive antenna to 40.1% with four receive antennas and 31.9% with eight receive antennas. The corresponding <italic>FAR</italic> decreases from 17.7% with 1 receive antenna to 3.7% with four receive antennas and 2.0% with eight receive antennas, while the <italic>AR</italic> increases from 68.7% with one receive antenna to 78.1% with four receive antennas and 83.1% with eight receive antennas. These results also indicate that the <italic>MDR</italic>, <italic>FAR</italic>, and <italic>AR</italic> are better in the single-user scenario than in the multiple-user scenario. For instance, with four receive antennas, the <italic>MDR</italic> for the single- and multiple-user scenarios is 17.8% and 40.1%, respectively, while the corresponding <italic>FAR</italic> and <italic>AR</italic> are 1.9% and 3.7%, and 90.2% and 78.1%, respectively.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>
<italic>MDR</italic>, <italic>FAR</italic>, and <italic>AR</italic> versus the number of receive antennas with an SNR of 8&#xa0;dB, velocity of 0.4&#xa0;km/h, and 1 transmit antenna for the single- and multiple-user scenarios.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-05-1370496-g008.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref> presents the <italic>MDR</italic>, <italic>FAR</italic>, and <italic>AR</italic> versus the number of receive antennas with an SNR of 8&#xa0;dB, velocity of 0.4&#xa0;km/h, and one transmit antenna for the single-user scenario, and <italic>&#x3b7;</italic> &#x3d; 0.2 and 0.8. An increase in <italic>&#x3b7;</italic> means that a higher percentage of the data is treated as outliers, which decreases the <italic>MDR</italic>, so the probability of accepting spoofers is reduced. For example, with two receive antennas, the <italic>MDR</italic> is 26.6% for <italic>&#x3b7;</italic> &#x3d; 0.2 and decreases to 10.9% for <italic>&#x3b7;</italic> &#x3d; 0.8. However, an increase in <italic>&#x3b7;</italic> also results in a higher <italic>FAR</italic>, which increases the likelihood of rejecting Alice. For instance, with one receive antenna, the <italic>FAR</italic> is 8.7% for <italic>&#x3b7;</italic> &#x3d; 0.2 and increases to 22.5% for <italic>&#x3b7;</italic> &#x3d; 0.8. These results indicate that an increase in <italic>&#x3b7;</italic> will increase the <italic>AR</italic>. For example, with four receive antennas, the <italic>AR</italic> is 87.3% for <italic>&#x3b7;</italic> &#x3d; 0.2 and increases to 92.0% for <italic>&#x3b7;</italic> &#x3d; 0.8. Thus, <italic>&#x3b7;</italic> has a significant impact on the authentication performance and, therefore, should be chosen appropriately.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>
<italic>MDR</italic>, <italic>FAR</italic>, and <italic>AR</italic> versus the number of receive antenna with an SNR of 8&#xa0;dB, velocity of 0.4&#xa0;km/h, and 1 transmit antenna for the single-user scenario and <italic>&#x3b7;</italic> &#x3d; 0.2 and 0.8.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-05-1370496-g009.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref> presents the <italic>AR</italic> versus the velocity with an SNR of 8&#xa0;dB, 1 transmit antenna, and 4 receive antennas using the real and imaginary components of the received signals as features (proposed scheme) and using only the magnitude, as in <xref ref-type="bibr" rid="B25">Pei et al. (2014)</xref>. This shows that the <italic>AR</italic> with the proposed scheme is higher for all velocities. For example, the AR at a velocity of 0.4&#xa0;km/h using the real and imaginary components of the signals as features is 89.2%, but it is only 56.7% using only the magnitude.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>
<italic>AR</italic> versus velocity with an SNR of 8&#xa0;dB, 1 transmit antenna, and 4 receive antennas using the real and imaginary components of the received signals as features (proposed scheme) and using only the magnitude, as in <xref ref-type="bibr" rid="B25">Pei et al. (2014)</xref>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-05-1370496-g010.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s6">
<title>6 Conclusion</title>
<p>An adaptive PLA scheme was proposed that leverages ML and the antenna diversity in MIMO communication systems. Authentication robustness is achieved via a sliding window to continually update the attributes. Furthermore, an information-theoretic perspective was given for PLA in MIMO systems. The results presented illustrate the relationship between authentication performance and the number of antennas; in particular, the mutual information authentication rate <italic>I</italic>
<sub>
<italic>AR</italic>
</sub> improves with the number of antennas.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s7">
<title>Data availability statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article; further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Author contributions</title>
<p>MA: writing&#x2013;original draft and writing&#x2013;review and editing. TAG: writing&#x2013;original draft and writing&#x2013;review and editing.</p>
</sec>
<sec sec-type="funding-information" id="s9">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare that no financial support was received for the research, authorship, and/or publication of this article.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s10">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s11">
<title>Publisher&#x2019;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors, and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Abdi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tepedelenlioglu</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kaveh</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Giannakis</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2001</year>). <article-title>On the estimation of the K parameter for the Rice fading distribution</article-title>. <source>IEEE Commun. Lett.</source> <volume>5</volume>, <fpage>92</fpage>&#x2013;<lpage>94</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/4234.913150</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Abdrabou</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gulliver</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022a</year>). <article-title>Authentication for satellite communication systems using physical characteristics</article-title>. <source>IEEE Open J. Veh. Technol.</source> <volume>4</volume>, <fpage>48</fpage>&#x2013;<lpage>60</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/ojvt.2022.3218609</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Abdrabou</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gulliver</surname>
<given-names>T. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022b</year>). <article-title>Adaptive physical layer authentication using machine learning with antenna diversity</article-title>. <source>IEEE Trans. Commun.</source> <volume>70</volume>, <fpage>6604</fpage>&#x2013;<lpage>6614</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tcomm.2022.3196648</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Abdrabou</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gulliver</surname>
<given-names>T. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022c</year>). <article-title>Physical layer authentication for satellite communication systems using machine learning</article-title>. <source>IEEE Open J. Commun. Soc.</source> <volume>3</volume>, <fpage>2380</fpage>&#x2013;<lpage>2389</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/ojcoms.2022.3225846</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Abdrabou</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gulliver</surname>
<given-names>T. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Adaptive physical layer authentication for IoT in MIMO communication systems using support vector machine</article-title>. <source>IEEE Internet Things J.</source> <volume>10</volume>, <fpage>19861</fpage>&#x2013;<lpage>19873</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/jiot.2023.3282214</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Abdrabou</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gulliver</surname>
<given-names>T. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2024</year>). <article-title>Game theoretic spoofing detection for space information networks using physical attributes</article-title>. <source>IEEE Trans. Commun.</source>, <fpage>1</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tcomm.2024.3370433</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bloch</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Barros</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rodrigues</surname>
<given-names>M. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>McLaughlin</surname>
<given-names>S. W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Wireless information-theoretic security</article-title>. <source>IEEE Trans. Inf. Theory</source> <volume>54</volume>, <fpage>2515</fpage>&#x2013;<lpage>2534</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tit.2008.921908</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bloch</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>G&#xfc;nl&#xfc;</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yener</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Oggier</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Poor</surname>
<given-names>H. V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sankar</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>An overview of information-theoretic security and privacy: metrics, limits and applications</article-title>. <source>IEEE J. Sel. Areas Inf. Theory</source> <volume>2</volume>, <fpage>5</fpage>&#x2013;<lpage>22</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/jsait.2021.3062755</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chatzidiamantis</surname>
<given-names>N. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Karagiannidis</surname>
<given-names>G. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kriezis</surname>
<given-names>E. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Matthaiou</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). &#x201c;<article-title>Diversity combining in hybrid RF/FSO systems with PSK modulation</article-title>,&#x201d; in <source>IEEE international conference on communications</source> (<publisher-loc>Japan</publisher-loc>: <publisher-name>Kyoto</publisher-name>).</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cover</surname>
<given-names>T. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Thomas</surname>
<given-names>J. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2006</year>). <source>Elements of information theory</source>. <edition>2nd Ed</edition>. <publisher-loc>USA</publisher-loc>: <publisher-name>John Wiley &#x26; Sons</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Fuzzy learning for multi-dimensional adaptive physical layer authentication: a compact and robust approach</article-title>. <source>IEEE Trans. Wirel. Commun.</source> <volume>19</volume>, <fpage>5420</fpage>&#x2013;<lpage>5432</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/twc.2020.2993175</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ferrante</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Laurenti</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Masiero</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pavon</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tomasin</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>On the error region for channel estimation-based physical layer authentication over Rayleigh fading</article-title>. <source>IEEE Trans. Inf. Forensics Secur.</source> <volume>10</volume>, <fpage>941</fpage>&#x2013;<lpage>952</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tifs.2015.2392565</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Germain</surname>
<given-names>K. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kragh</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). &#x201c;<article-title>Physical-layer authentication using channel state information and machine learning</article-title>,&#x201d; in <conf-name>International Conference on Signal Processing and Communication Systems</conf-name>, <conf-loc>Australia</conf-loc>, <conf-date>6 - 8 September 2023</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>).</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Golub</surname>
<given-names>G. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Van Loan</surname>
<given-names>C. F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <source>Matrix computations</source>. <publisher-loc>China</publisher-loc>: <publisher-name>The John Hopkins University Press</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<collab>GPP version 15.2.0</collab> (<year>2018</year>). <article-title>NR; Physical channels and modulation</article-title>. <source>3rd Gener. Partnersh. Proj. Tech. Specif.</source> <volume>38</volume>, <fpage>211</fpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khisti</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yener</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). &#x201c;<article-title>MIMO broadcast channel with arbitrarily varying eavesdropper channel: secrecy degrees of freedom</article-title>,&#x201d; in <conf-name>IEEE Global Telecommunications Conference</conf-name>, <conf-loc>Houston, TX, USA</conf-loc>, <conf-date>29 November 2004</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>).</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hoang</surname>
<given-names>T. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Duong</surname>
<given-names>T. Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tuan</surname>
<given-names>H. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lambotharan</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hanzo</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Physical layer security: detection of active eavesdropping attacks by support vector machines</article-title>. <source>IEEE Access</source> <volume>9</volume>, <fpage>31595</fpage>&#x2013;<lpage>31607</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/access.2021.3059648</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hou</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chouinard</surname>
<given-names>J.-Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Refaey</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Physical layer authentication for mobile systems with time-varying carrier frequency offsets</article-title>. <source>IEEE Trans. Commun.</source> <volume>62</volume>, <fpage>1658</fpage>&#x2013;<lpage>1667</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tcomm.2014.032914.120921</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ishikawa</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hamamreh</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Okamoto</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xiao</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Artificially time-varying differential MIMO for achieving practical physical layer security</article-title>. <source>IEEE Open J. Commun. Soc.</source> <volume>2</volume>, <fpage>2180</fpage>&#x2013;<lpage>2194</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/ojcoms.2021.3112486</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Khisti</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wornell</surname>
<given-names>G. W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010a</year>). <article-title>Secure transmission with multiple antennas I: the MISOME wiretap channel</article-title>. <source>IEEE Trans. Inf. Theory</source> <volume>56</volume>, <fpage>3088</fpage>&#x2013;<lpage>3104</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tit.2010.2048445</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Khisti</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wornell</surname>
<given-names>G. W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010b</year>). <article-title>Secure transmission with multiple antennas&#x2014;part II: the MIMOME wiretap channel</article-title>. <source>IEEE Trans. Inf. Theory</source> <volume>56</volume>, <fpage>5515</fpage>&#x2013;<lpage>5532</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tit.2010.2068852</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ky&#xf6;sti</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Meinil&#xe4;</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>J&#xe4;ms&#xe4;</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2007</year>). <source>WINNER II channel models</source>. <publisher-loc>China</publisher-loc>: <publisher-name>Information Society Technologies</publisher-name>. <comment>
<italic>Technical Report IST-4-027756 WINNER II D1.1.2 V1.2</italic>
</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Poor</surname>
<given-names>H. V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shamai (Shitz)</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Information theoretic security</article-title>. <source>Found. Trends&#xae; Commun. Inf. Theory</source> <volume>5</volume>, <fpage>355</fpage>&#x2013;<lpage>580</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1561/0100000036</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Oggier</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hassibi</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>The secrecy capacity of the MIMO wiretap channel</article-title>. <source>IEEE Trans. Inf. Theory</source> <volume>57</volume>, <fpage>4961</fpage>&#x2013;<lpage>4972</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tit.2011.2158487</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pei</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shen</surname>
<given-names>X. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mark</surname>
<given-names>J. W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). &#x201c;<article-title>Channel-based physical layer authentication</article-title>,&#x201d; in <conf-name>IEEE Global Communications Conference</conf-name>, <conf-loc>Austin, TX, USA</conf-loc>, <conf-date>8&#x2013;12 December 2024</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>4114</fpage>&#x2013;<lpage>4119</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Schindler</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mellein</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <source>Assessing a MIMO channel</source>. <publisher-loc>Rohde and Schwarz</publisher-loc>: <publisher-name>White Paper</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sch&#xf6;lkopf</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Platt</surname>
<given-names>J. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shawe-Taylor</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Smola</surname>
<given-names>A. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Williamson</surname>
<given-names>R. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2001</year>). <article-title>Estimating the support of a high-dimensional distribution</article-title>. <source>Neural Comput.</source> <volume>13</volume>, <fpage>1443</fpage>&#x2013;<lpage>1471</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1162/089976601750264965</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Senigagliesi</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Baldi</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gambi</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Comparison of statistical and machine learning techniques for physical layer authentication</article-title>. <source>IEEE Trans. Inf. Forensics Secur.</source> <volume>16</volume>, <fpage>1506</fpage>&#x2013;<lpage>1521</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tifs.2020.3033454</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shannon</surname>
<given-names>C. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1949</year>). <article-title>Communication theory of secrecy systems</article-title>. <source>Bell Syst. Tech. J.</source> <volume>28</volume>, <fpage>656</fpage>&#x2013;<lpage>715</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/j.1538-7305.1949.tb00928.x</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tax</surname>
<given-names>D. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Duin</surname>
<given-names>R. P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2004</year>). <article-title>Support vector data description</article-title>. <source>Mach. Learn.</source> <volume>54</volume>, <fpage>45</fpage>&#x2013;<lpage>66</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1023/b:mach.0000008084.60811.49</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tse</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Viswanath</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <source>Fundamentals of wireless communication</source>. <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tubail</surname>
<given-names>D. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Alsmadi</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikki</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Physical layer security in downlink of cell-free massive MIMO with imperfect CSI</article-title>. <source>IEEE Trans. Inf. Forensics Secur.</source> <volume>18</volume>, <fpage>2945</fpage>&#x2013;<lpage>2960</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tifs.2023.3272769</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Privacy-preserving location authentication in Wi-Fi networks using fine-grained physical layer signatures</article-title>. <source>IEEE Trans. Wirel. Commun.</source> <volume>15</volume>, <fpage>1218</fpage>&#x2013;<lpage>1225</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/twc.2015.2487453</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Piao</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ren</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Wireless physical-layer identification: modeling and validation</article-title>. <source>IEEE Trans. Inf. Forensics Secur.</source> <volume>11</volume>, <fpage>2091</fpage>&#x2013;<lpage>2106</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tifs.2016.2552146</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wyner</surname>
<given-names>A. D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1975</year>). <article-title>The wire-tap channel</article-title>. <source>Bell Syst. Tech. J.</source> <volume>54</volume>, <fpage>1355</fpage>&#x2013;<lpage>1387</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/j.1538-7305.1975.tb02040.x</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shen</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Physical layer authentication jointly utilizing channel and phase noise in MIMO systems</article-title>. <source>IEEE Trans. Commun.</source> <volume>68</volume>, <fpage>2446</fpage>&#x2013;<lpage>2458</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tcomm.2020.2967393</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zou</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hanzo</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>A survey on wireless security: technical challenges, recent advances, and future trends</article-title>. <source>Proc. IEEE</source> <volume>104</volume>, <fpage>1727</fpage>&#x2013;<lpage>1765</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/jproc.2016.2558521</pub-id>
</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>