【摘 要】
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无线通信技术的发展给人类社会带来巨大便利的同时,也给公共安全带来了新的挑战。一方面,随着指纹识别、手机支付等无线业务的兴起,无线网络因其传输介质具有开放性特点,容易受到非法用户的攻击与窃听。另一方面,非法用户同样可以利用无线技术进行犯罪、暴力等威胁社会公共安全的恐怖行动。因此,保证无线通信网络的安全可靠成为通信网络建设的重要一环。主动窃听技术为避免这种潜在威胁的发生,发挥着越来越重要的作用,是近年
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无线通信技术的发展给人类社会带来巨大便利的同时,也给公共安全带来了新的挑战。一方面,随着指纹识别、手机支付等无线业务的兴起,无线网络因其传输介质具有开放性特点,容易受到非法用户的攻击与窃听。另一方面,非法用户同样可以利用无线技术进行犯罪、暴力等威胁社会公共安全的恐怖行动。因此,保证无线通信网络的安全可靠成为通信网络建设的重要一环。主动窃听技术为避免这种潜在威胁的发生,发挥着越来越重要的作用,是近年来物理层安全技术领域的研究热点。针对存在潜在可疑用户利用无线网络进行犯罪活动的问题,论文围绕基于无线协作中继的主动窃听系统展开了深入地研究。主要的研究内容如下:(1)针对单可疑用户对存在的场景,研究了多天线译码转发(Decode-andForward,DF)辅助中继的主动窃听方案。其中,窃听中继以全双工(Full-Duplex,FD)模式运行,解码从可疑发射机截获的信息,然后将重新编码的信息转发给合法监视器。为削弱可疑用户的安全威胁,窃听中继向可疑链路发送干扰信号。论文的目标是提高合法监视系统的窃听性能的同时,降低可疑通信的质量。因此,论文以可疑保密速率作为性能度量。(2)设计了最优的合法中继波束成形和功率分配策略。为了得到非凸问题的封闭表达式,提出了一种两步优化策略,得到了波束成形和功率分配比的闭式表达式。该策略首先在给定的功率分配比下设计出最优的波束成形矢量,然后进一步得到最优功率分配比。通过数值结果分析,优化后的多天线中继辅助主动窃听方案较传统方案具有更好的性能。(3)针对多个可疑用户对存在的场景,研究了一种以可疑保密速率最小化为目标的无人机辅助中继主动窃听方案。无人机的目的是从多个可疑链路中截获可疑信息,并向合法监视器放大转发可疑信息。由于无人机具有灵活性、高机动性和快速部署的优势,无人机辅助的中继可以主动调整其位置和功率分配,使得可疑保密速率最小化。(4)联合优化了中继的位置和转发功率。通过利用无人机的灵活性,中继不仅可以发送干扰信号以削弱可疑接收机的信干噪比,还可以优化位置以达到更有效的监听。由于目标问题是非凸的,提出了对无人机位置和转发功率优化的迭代算法。首先将优化变量分为无人机位置和转发功率两种,接下来的每一步中保持一个变量块固定的情况下,优化另一个变量并进行交替优化,直到达到可接受的性能精度误差,并理论验证了该算法的收敛性。最后通过仿真结果表明,与参考方案相比,所提出的无人机位置和功率分配联合优化方案具有更高的窃听性能。
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