基于全双工的主动监听系统中合法通信速率最大化方法设计
发布时间：2021-07-16 20:36
提出了一种新颖的全双工主动监听系统,该系统具备两种工作模式:干扰模式和中继模式。在干扰模式下,监听器以发送干扰信号的方式干扰可疑通信进而确保成功监听。在中继模式下,监听器以全双工中继辅助的方式降低可疑发送者的信息发送功率并保证合法通信的有效进行。研究目标是在满足监听器的发送功率限定和最低监听速率要求情况下,通过联合优化监听器的发送波束成形和工作模式,从而实现对合法链路通信速率的最大化设计。建模的混合整式规划问题非凸且难以求解,文中将其分解为对两个标量的搜索问题,有效地降低了问题的复杂度。进一步地提出了高效的数学算法,给出了该问题的最优解。仿真结果表明了所提系统和方法的优越性。
【文章来源】：南京邮电大学学报(自然科学版). 2020,40(02)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
基于全双工的主动监听系统模型
首先观察监听器发送功率对合法通信速率的影响,并假定P E Ν 的范围为[-35,-15]dB。由图2可得,当P E Ν 过小时,可行性条件无法满足,此时认为系统无法正常运行,目标函数为0。当P E Ν 较小时,对应式(21)中的条件,可得合法通信速率随着P E Ν 的增加而增加。随着P E Ν 增加,监听器可选择其发送波束成形向量的方向,使其尽量远离信道hed2,进而减少对合法通信的干扰。与此同时,监听器能够成功监听且保证可疑发送端的发送信号功率为固定值。当P E Ν 足够大并能确保条件式(20)满足时,监听器可在信道hed2的零空间发送干扰信号,最小化其对合法通信的干扰。与之相对比的MRT方案中,当P E Ν 过小时,监听器无法做到成功监听,且其成功监听的阈值与最优方案相同。然而,P E Ν 的提升无法对合法通信速率有所增益,这是由于监听器实现成功监听的同时也会对合法通信过程造成破坏,所以合法通信速率始终处于相对较低的水平。改变信道hsd1的参数设定,如图3所示,令hsd1～CN(0,0.5),即监听器工作在中继模式,易知系统始终可以运行,且随着P E Ν 的增加,合法监听速率也会随之增加,直到趋于稳定。这是由于监听器作为中继,有效地降低了可疑发送端的功率。
改变信道hsd1的参数设定,如图3所示,令hsd1～CN(0,0.5),即监听器工作在中继模式,易知系统始终可以运行,且随着P E Ν 的增加,合法监听速率也会随之增加,直到趋于稳定。这是由于监听器作为中继,有效地降低了可疑发送端的功率。进一步地,考虑监听信道的增益对整个系统的影响。由分析可知,信道参数不仅会影响监听器工作模式的选择,还会影响目标函数值。由图4可以发现,当监听信道增益较低时,监听器工作在干扰模式,此时合法通信受到可疑发送端和监听器的双重干扰,随着监听信道增益的提升,对可疑发送端发送功率的要求逐步降低,与此同时监听器发送干扰信号的功率要求也随之降低,这间接地提升了合法链路通信速率。当监听信道增益超过某一阈值,监听器工作在中继模式,合法链路通信速率得以进一步提升。在MRT方案中,监听信道增益的增强可降低来自监听器和可疑发送器的干扰,因此也会给合法链路通信速率的提升带来帮助,当最优方案采用中继模式时,MRT方案的性能不再增长。
【参考文献】：
期刊论文
[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)
本文编号：3287717
【文章来源】：南京邮电大学学报(自然科学版). 2020,40(02)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
基于全双工的主动监听系统模型
首先观察监听器发送功率对合法通信速率的影响,并假定P E Ν 的范围为[-35,-15]dB。由图2可得,当P E Ν 过小时,可行性条件无法满足,此时认为系统无法正常运行,目标函数为0。当P E Ν 较小时,对应式(21)中的条件,可得合法通信速率随着P E Ν 的增加而增加。随着P E Ν 增加,监听器可选择其发送波束成形向量的方向,使其尽量远离信道hed2,进而减少对合法通信的干扰。与此同时,监听器能够成功监听且保证可疑发送端的发送信号功率为固定值。当P E Ν 足够大并能确保条件式(20)满足时,监听器可在信道hed2的零空间发送干扰信号,最小化其对合法通信的干扰。与之相对比的MRT方案中,当P E Ν 过小时,监听器无法做到成功监听,且其成功监听的阈值与最优方案相同。然而,P E Ν 的提升无法对合法通信速率有所增益,这是由于监听器实现成功监听的同时也会对合法通信过程造成破坏,所以合法通信速率始终处于相对较低的水平。改变信道hsd1的参数设定,如图3所示,令hsd1～CN(0,0.5),即监听器工作在中继模式,易知系统始终可以运行,且随着P E Ν 的增加,合法监听速率也会随之增加,直到趋于稳定。这是由于监听器作为中继,有效地降低了可疑发送端的功率。
改变信道hsd1的参数设定,如图3所示,令hsd1～CN(0,0.5),即监听器工作在中继模式,易知系统始终可以运行,且随着P E Ν 的增加,合法监听速率也会随之增加,直到趋于稳定。这是由于监听器作为中继,有效地降低了可疑发送端的功率。进一步地,考虑监听信道的增益对整个系统的影响。由分析可知,信道参数不仅会影响监听器工作模式的选择,还会影响目标函数值。由图4可以发现,当监听信道增益较低时,监听器工作在干扰模式,此时合法通信受到可疑发送端和监听器的双重干扰,随着监听信道增益的提升,对可疑发送端发送功率的要求逐步降低,与此同时监听器发送干扰信号的功率要求也随之降低,这间接地提升了合法链路通信速率。当监听信道增益超过某一阈值,监听器工作在中继模式,合法链路通信速率得以进一步提升。在MRT方案中,监听信道增益的增强可降低来自监听器和可疑发送器的干扰,因此也会给合法链路通信速率的提升带来帮助,当最优方案采用中继模式时,MRT方案的性能不再增长。
【参考文献】：
期刊论文
[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)
本文编号：3287717
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