核心概念
本稿では、盗聴の可能性を考慮し、IRS支援UAV通信における安全性を高めるために、送信レートを最大化する方向変調方式を提案する。
要約
本稿は、UAV通信におけるセキュリティ向上を目的とした、IRS支援方向変調方式の設計について論じている。
はじめに
- UAVは、その汎用性から、軍事、民間、科学用途の無線通信において広く研究されている。
- UAVは、空中通信の中継基地局として効果的に機能し、長距離通信チャネルの状況を大幅に向上させることができる。
- UAVは、空中飛行能力により、さまざまなターゲットと短距離のLoS通信リンクを確立し、信号伝送のフェージングを効果的に最小限に抑えることができる。
- UAV通信は、安定した通信の維持、通信距離の延長、耐妨害能力の強化、スペクトルリソースの効率的な管理と利用など、多くの課題に直面している。
システムモデル
- 本稿では、Ku人の地上ユーザーと、Ne本のアンテナを持つ盗聴者(Eve)を含む、ダウンリンクDMシステムについて考察する。
- UAVは、送信機としてN素子ULA、IRSはM = MY MZ素子を平面に配置して構成される。
- UAV-IRSチャネル、IRS-ユーザー(IRS-Eve)チャネル、UAV-ユーザー(UAV-Eve)チャネルは、それぞれG∈CM×N、hR,k∈CM×1(HR,e∈CM×Ne)、hA,k∈CN×1(HA,e∈CN×Ne)で表される。
- DMでは、B個の信号シンボルが、ユーザーの位置における受信コンステレーションポイントの復調領域に正確に収まるように設計され、ユーザーの位置におけるチャネル推定を回避し、盗聴者の位置における受信コンステレーションパターンを破壊するために追加の送信電力を増加させる。
提案手法
- 本稿では、ユーザーの伝送レートを最大化する問題を、最小検出可能シンボル電力、最大送信電力、一定反射振幅、離散位相シフト、測位範囲の制約の下で定式化する。
- この非凸最適化問題を解決するために、まず送信電力を最小化する手法を用いてUAVの位置最適化方式を設計し、比例増幅によりデジタル重みベクトルを求める。
- UAVの位置とデジタル重みベクトルが与えられた場合、低複雑度のベクトル軌跡(VT)法を提案し、従来の交差エントロピー(CE)法とブロック座標降下(BCD)法とそれぞれ組み合わせることで、より高い伝送レート性能を得る。
評価
- シミュレーションにより、提案方式の有効性を検証する。
- 提案するCE-VTおよびBCD-VTアルゴリズムは、従来のCE法およびBCD法と比較して、伝送レート性能を向上させることができることを示す。
まとめ
- 本稿では、IRS支援UAV通信におけるDM設計について検討した。
- デジタル重みベクトル、UAVの位置、IRS位相シフト行列を最適化することで、盗聴者の位置における受信シンボルは低振幅、位相ランダムとなり、ユーザーの位置における受信シンボルは変調方式を満たすように設計される。
- 提案手法は、IRS支援UAV通信における最適化方式の有効性を検証するものである。