[论文解读] Frequency Diverse Arrays (FDAs) vs. Phased Arrays: On the Application of FDAs for Secure Wireless Communications

Mahdi Fartookzadeh|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2020

Antenna Design and Analysis参考文献 9被引用 4

一句话总结

本文挑战了在安全无线通信中使用频率偏移阵列（FDAs）的可行性，证明传统相控阵能够更有效地实现相同的波束聚焦性能。文章指出FDAs不适用于时变波束成形，且指出了以往关于其安全优势的理论缺陷。

ABSTRACT

Application of range-angle focusing frequency diverse array (FDA) for secure wireless communication has been proposed in recent years. However, it can be proven that the FDAs are not suitable for secure wireless communication and the same properties of the focusing FDA can be obtained by using traditional phased arrays, more effectively. Besides, in this paper, it is indicated that FDAs are not good candidates for constructing time-variant focusing beampatterns, while constructing time-invariant focusing beampatterns is impossible at all. Furthermore, some incorrect considerations about the FDAs are highlighted.

研究动机与目标

• 评估使用频率偏移阵列（FDAs）进行安全无线通信的可行性。
• 挑战FDAs在波束成形聚焦方面优于传统相控阵的主张。
• 研究FDAs是否能有效生成时变或时不变聚焦波束成形。
• 纠正以往文献中关于FDAs信号特性和波束成形能力的误解。

提出的方法

• 在相同条件下，对FDAs和相控阵产生的波束成形进行解析推导。
• 通过数学建模比较FDAs和相控阵的波束聚焦特性。
• 证明FDAs可实现的相同聚焦响应，可通过在传统相控阵中引入时变相位延迟来复现。
• 通过数学证明，利用FDAs构造时不变聚焦波束成形在理论上根本不可能。
• 识别先前研究中关于FDAs信号相干性和空间分辨率的错误假设。
• 运用信号处理理论表明，FDAs在安全性方面的优势是虚假的，因为相控阵系统可实现等效性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 FDAs在安全通信中是否能比传统相控阵提供更优的波束聚焦性能？
• RQ2 能否使用FDAs生成时不变聚焦波束成形？
• RQ3 FDAs在无线通信中是否具有相对于相控阵的固有安全优势？
• RQ4 FDAs在构建时变波束成形方面存在哪些根本性限制？
• RQ5 关于基于FDAs的安全波束成形的主张是否经得起严格的信号处理分析检验？

主要发现

• FDAs在波束聚焦方面并不具备相对于相控阵的独特优势，因为相同波束成形可更高效地通过相控阵实现。
• FDAs产生的相同聚焦响应，可通过在传统相控阵中引入时变相位延迟来复现。
• 由于信号结构固有特性，利用FDAs构造时不变聚焦波束成形在数学上根本不可能。
• FDAs不适用于生成时变聚焦波束成形，这与先前文献中的主张相反。
• 先前FDAs研究中的若干关键假设——特别是关于信号相干性和空间分辨率的假设——是错误的。
• FDAs在无线通信中所声称的安全优势缺乏依据，因为标准相控阵系统可实现等效性能。