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01.12.2019 | Research | Ausgabe 1/2019 Open Access

EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking 1/2019

Amplify-and-forward relay identification using joint Tx/Rx I/Q imbalance-based device fingerprinting

Zeitschrift:
EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking > Ausgabe 1/2019
Autoren:
Peng Hao, Xianbin Wang, Aydin Behnad
Wichtige Hinweise

Authors’ information

Peng Hao (phao5@uwo.ca), Xianbin Wang (xianbin.wang@uwo.ca), and Aydin Behnad (abehnad@uwo.ca) are with the Department of Electrical and Computer Engineering, Western University, N6A 5B9 London, Ontario, CA.

Abstract

Relay identification is necessary in many cooperative communication applications such as detecting the presence of malicious relays for communication security, selecting the intended relays for signal forwarding, and tracing a specific relay. However, this identification task becomes extremely challenging for amplify-and-forward (AF) relaying systems since AF relays usually have no capability of adopting traditional identification methods implemented above the physical layer. This paper proposes a physical-layer AF relay identification scheme based on the exploitation of the device-specific in-phase and quadrature-phase imbalance (IQI) feature. Given that IQI estimation is mandatory in most present receivers for compensation, it is cost-effective to make use of these estimation results for fingerprinting AF relays. A generalized likelihood ratio test-based fingerprint differentiation technique is adopted to detect the minor difference between two range-limited IQI fingerprints. Using this differentiation technique, a whitelist-based identification algorithm consisting of fingerprint registration, update, and identification is proposed. Furthermore, the optimal training signals that lead to the maximal detection probability are derived for the typical quadrature amplitude modulation and phase-shift keying modulation schemes. The simulation results validate our derivations and confirm that the proposed method can accurately identify AF relays.

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