[发明专利]面向多信道中继系统的基于主动干扰协助的无线监听方法

说明书

本发明为提升针对功率可动态调整的可疑系统的无线监听性能，提供一种基于主动干扰协助的多信道中继系统下的无线信息监听方法，该方法对于合法监听者来说，实现主要步骤如下：1)获取全局信道状态信息；2)确定可疑链路与监听链路的等效功率增益；3)确定最优干扰信道集合和监听信道集合；4)修正可疑链路被干扰子信道等效功率增益；5)优化干扰功率；6)监听可疑系统的信息。该方法中合法监听者利用连续凸近似优化算法，不断地迭代优化其干扰功率分配以持续地提升其获取的窃听速率直至收敛，该优化策略可广泛应用于针对多信道可疑通信系统的合法监听场景。

技术领域

本发明涉及无线监听领域，具体来说涉及一种面向多信道中继系统的基于主动干扰协助的无线监听方法。

背景技术

在过去的几十年里，无线通信技术的快速发展极大地改善了人类的生活，为教育、商业、工农业等众多领域的创新发展提供了有力支持。然而，无线通信系统开放和灵活的接入特性使其也易被恶意用户(如恐怖分子、罪犯或商业间谍)滥用，以助其进行危害公共安全、侵犯他人隐私等非法活动。为了有效应对及解决相应挑战，合法者(如政府机构，国家安全局)需要迫切地实施有效监听措施，以达到情报收集、恐怖主义/犯罪预防和调查等目的。

从工程设计的角度看，无线监听和传统无线安全有着本质的区别，即无线监听着重于“攻”，而传统无线安全侧重于“防”。具体来说，在传统无线安全领域，窃听者被视为敌方，其窃听潜力应被最小化。为此，学者们提出了众多的物理层或通信系统协议层的无线安全方法(如设计人工噪声、以安全为导向的波束赋形等)以最小化泄露给窃听者的信息量。然而，在无线监听领域，窃听者为合法机构，需要主动地监听发起可疑通信的节点，以最大化地窃取可疑的信息量。

实现无线监听的一种直观的方法称为消极窃听，合法监听者仅静默地窃取无线可疑信息。然而，这种方法仅在合法监听者距可疑节点较近时才有效，这是因为良好的窃听信道条件可以助力合法监听者可靠地对可疑信息进行截获译码。当合法监听者距可疑节点较远时，合法监听者实施消极窃听将不再奏效，这是由于较小的窃听信道增益使得合法监听者译码可疑信息的中断概率急剧升高。为了解决这一挑战，主动干扰协助的合法监听应运而生。具体来说，在合法监听者侧，通过主动发送干扰信号以刻意地降低可疑目的节点处的接收信干噪比，可相应地迫使可疑发送节点降低其传输速率，从而提升合法监听者的监听性能。

目前，已有少量文献研究了干扰功率优化这一核心问题。文献[Proactiveeavesdropping via jamming for rate maximization over rayleigh fadingchannels,IEEE Wireless Commun.Lett.,vol.5,no.1,pp.80–83,Feb.2016]和文献[Proactive monitoring via jamming in amplify-and-forward relay networks,IEEESignal Process.Lett.,vol.24,no.1,pp.1714–1718,Nov.2017]分别考虑了单跳可疑系统和中继可疑系统的合法监听模型，并基于朗伯函数推导出了合法监听者处的闭式的最优干扰功率，以最大化其获取的平均监听吞吐量。文献[Joint beamforming and jammingdesign for mmWave information surveillance systems，IEEE J.Sel.Areas Commun.,vol.36,no.7,pp.1410-1425,July 2018]进一步考虑了多天线可疑系统下的合法监听模型，并基于惩罚对偶函数算法对合法监听者处的干扰波束赋形器进行了有效的设计，以最大化其获取的瞬时窃听速率。文献[Proactive eavesdropping in UAV-aided suspiciouscommunication systems，IEEE Trans.Veh.Technol.,vol.68,no.2,pp.1993-1997,Feb.2019]考虑了可疑的无人机多播系统下的合法监听模型，并基于一维搜索和连续凸近似算法分别对合法监听者处的干扰功率和可疑的无人机的位置进行迭代优化，以最大化合法监听者的瞬时窃听速率。