提出了一種新穎的全雙工主動監(jiān)聽系統(tǒng),該系統(tǒng)具備兩種工作模式:干擾模式和中繼模式。在干擾模式下,監(jiān)聽器以發(fā)送干擾信號的方式干擾可疑通信進而確保成功監(jiān)聽。在中繼模式下,監(jiān)聽器以全雙工中繼輔助的方式降低可疑發(fā)送者的信息發(fā)送功率并保證合法通信的有效進行。研究目標是在滿足監(jiān)聽器的發(fā)送功率限定和最低監(jiān)聽速率要求情況下,通過聯(lián)合優(yōu)化監(jiān)聽器的發(fā)送波束成形和工作模式,從而實現(xiàn)對合法鏈路通信速率的最大化設(shè)計。建模的混合整式規(guī)劃問題非凸且難以求解,文中將其分解為對兩個標量的搜索問題,有效地降低了問題的復(fù)雜度。進一步地提出了高效的數(shù)學算法,給出了該問題的最優(yōu)解。仿真結(jié)果表明了所提系統(tǒng)和方法的優(yōu)越性。 

【文章來源】：南京郵電大學學報(自然科學版). 2020,40(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

基于全雙工的主動監(jiān)聽系統(tǒng)模型

首先觀察監(jiān)聽器發(fā)送功率對合法通信速率的影響,并假定P E Ν 的范圍為[-35,-15]dB。由圖2可得,當P E Ν 過小時,可行性條件無法滿足,此時認為系統(tǒng)無法正常運行,目標函數(shù)為0。當P E Ν 較小時,對應(yīng)式(21)中的條件,可得合法通信速率隨著P E Ν 的增加而增加。隨著P E Ν 增加,監(jiān)聽器可選擇其發(fā)送波束成形向量的方向,使其盡量遠離信道hed2,進而減少對合法通信的干擾。與此同時,監(jiān)聽器能夠成功監(jiān)聽且保證可疑發(fā)送端的發(fā)送信號功率為固定值。當P E Ν 足夠大并能確保條件式(20)滿足時,監(jiān)聽器可在信道hed2的零空間發(fā)送干擾信號,最小化其對合法通信的干擾。與之相對比的MRT方案中,當P E Ν 過小時,監(jiān)聽器無法做到成功監(jiān)聽,且其成功監(jiān)聽的閾值與最優(yōu)方案相同。然而,P E Ν 的提升無法對合法通信速率有所增益,這是由于監(jiān)聽器實現(xiàn)成功監(jiān)聽的同時也會對合法通信過程造成破壞,所以合法通信速率始終處于相對較低的水平。改變信道hsd1的參數(shù)設(shè)定,如圖3所示,令hsd1～CN(0,0.5),即監(jiān)聽器工作在中繼模式,易知系統(tǒng)始終可以運行,且隨著P E Ν 的增加,合法監(jiān)聽速率也會隨之增加,直到趨于穩(wěn)定。這是由于監(jiān)聽器作為中繼,有效地降低了可疑發(fā)送端的功率。

改變信道hsd1的參數(shù)設(shè)定,如圖3所示,令hsd1～CN(0,0.5),即監(jiān)聽器工作在中繼模式,易知系統(tǒng)始終可以運行,且隨著P E Ν 的增加,合法監(jiān)聽速率也會隨之增加,直到趨于穩(wěn)定。這是由于監(jiān)聽器作為中繼,有效地降低了可疑發(fā)送端的功率。進一步地,考慮監(jiān)聽信道的增益對整個系統(tǒng)的影響。由分析可知,信道參數(shù)不僅會影響監(jiān)聽器工作模式的選擇,還會影響目標函數(shù)值。由圖4可以發(fā)現(xiàn),當監(jiān)聽信道增益較低時,監(jiān)聽器工作在干擾模式,此時合法通信受到可疑發(fā)送端和監(jiān)聽器的雙重干擾,隨著監(jiān)聽信道增益的提升,對可疑發(fā)送端發(fā)送功率的要求逐步降低,與此同時監(jiān)聽器發(fā)送干擾信號的功率要求也隨之降低,這間接地提升了合法鏈路通信速率。當監(jiān)聽信道增益超過某一閾值,監(jiān)聽器工作在中繼模式,合法鏈路通信速率得以進一步提升。在MRT方案中,監(jiān)聽信道增益的增強可降低來自監(jiān)聽器和可疑發(fā)送器的干擾,因此也會給合法鏈路通信速率的提升帶來幫助,當最優(yōu)方案采用中繼模式時,MRT方案的性能不再增長。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]On proactive eavesdropping using anti-relay-selection jamming in multi-relay communication systems[J]. Yingdong HU,Ruifeng GAO,Ye LI,Shibing ZHANG.  Science China（Information Sciences）. 2019(04)



本文編號：3287717