[发明专利]基于时分复用物理层认证标签的非正交多址认证系统

说明书

本公开提供一种基于时分复用物理层认证标签的非正交多址认证系统，其包括发射装置发射包括多个认证标签和多个用户信息的第一载体信号，各个认证标签基于时分复用组成混合认证标签，第一载体信号经过无线衰落信道得到第二载体信号；多个用户装置分别基于接收的第二载体信号获得信道估计和相应的目标用户信息进而获得目标混合认证标签、残差信号和检验统计量，基于信道估计，各个用户装置获得信干噪比进而获得中断概率，基于检验统计量和假设检验条件获得虚警概率、最优阈值和检测概率，若多个用户装置中存在串谋用户装置时，串谋用户装置计算认证标签与干扰加噪声比和错误率进而获得模棱两可值，基于模棱两可值、中断概率和检测概率检测系统性能。

技术领域

本公开涉及一种基于时分复用物理层认证标签的非正交多址认证系统。

背景技术

非正交多址(NOMA，Non-Orthogonal Multiple Access)技术是第五代(5G)无线网络的新无线电(NR)接入技术中的关键技术。NOMA 技术能够实现对大规模用户接入、满足异构数据流量的急剧增长的需求，并提供高带宽效率和超低延迟服务。另外，NOMA已经被列入5GNR标准、第三代合作伙伴计划长期进化先进(3GPP-LTE-A)标准和下一代通用数字电视标准(ATSC 3.0)。NOMA技术具有卓越的性能，与传统的正交多址(OMA)方案(例如时分多址(TDMA)等)相比， NOMA系统支持在每个正交资源块(例如，时隙，频率信道，扩频码或正交空间自由度)中服务的多个用户通过在功率域中分割相应的正交资源块。

现代无线系统的基本安全要求是具有验证发射机真实性的能力，且能够安全认证合法发射机的身份并拒绝对抗模仿。上述的安全要求在无线系统中尤其重要，因为共享媒体的开放性质带来了更多的安全漏洞，攻击者可以通过这些漏洞实施窃听，阻塞或冒充等行为。

在现有的NOMA技术中，通常通过上层的传统加密技术来实现安全认证；然而，在NOMA系统中常常存在三个主要问题阻碍实现安全认证。第一个问题是上层加密机制的安全性是基于敌对端具有有限计算能力的假设而建立的；然而，随着计算能力和密码分析算法的进步，密码技术中的计算限制的假设逐渐被打破。第二个问题是效率问题，因为在可以验证发射机之前，在上层和物理层(PHY)完成各种耗时的任务是不可避免的。第三个问题涉及兼容性问题，因为不同制造商生产的无线设备各不相同，并且由于缺乏对不同数字语言和上层通信程序的理解，阻碍了NOMA系统中的大规模连接。

另外，现有的NOMA技术中还存在信号传输时的认证公平性问题，以及不可信用户造成的安全风险。

发明内容

为了解决上述问题，本公开提出了一种能够提高系统认证公平性并降低不可信用户装置造成的安全风险的基于时分复用物理层认证标签的非正交多址认证系统。

为此，本公开提供一种基于时分复用物理层认证标签的非正交多址认证系统，是包括发射装置和多个用户装置的基于时分复用物理层认证标签的非正交多址认证系统，其特征在于，包括：发射装置，其用于发射第一载体信号，所述第一载体信号包括多个认证标签和多个用户信息，各个所述认证标签基于时分复用组成混合认证标签，所述混合认证标签与各个所述用户信息相互叠加，所述混合认证标签的信号长度等于所述各个用户信息的信号长度，所述第一载体信号经过无线衰落信道得到第二载体信号；以及多个用户装置，多个所述用户装置分别接收所述第二载体信号，各个所述用户装置基于所述第二载体信号获得信道估计和相应的目标用户信息进而获得目标认证标签及目标混合认证标签，基于所述信道估计和所述目标用户信息，所述用户装置获得残差信号且基于所述残差信号和所述目标混合认证标签获得检验统计量，基于所述信道估计，各个所述用户装置获得信干噪比进而获得中断概率，各个所述用户装置基于所述检验统计量和假设检验条件获得虚警概率，基于Neyman–Pearson(内曼–皮尔逊)理论，获得最优阈值，基于所述最优阈值获得检测概率，其中，若多个所述用户装置中存在串谋用户装置时，所述串谋用户装置计算认证标签与干扰加噪声比和错误率进而获得恢复密钥的模棱两可值，基于所述模棱两可值、所述中断概率和所述检测概率检测系统性能。