[发明专利]一种下行非正交多址无人机系统物理层安全认证方法

说明书

本发明提供了一种下行非正交多址无人机系统物理层安全认证方法，属于无人机无线通信技术领域。本发明方法采用基于双钥系统的物理层认证方案，无人机发射数据信号的时候叠加身份认证信息，地面用户对接收信号进行处理，获取接收信号减去所有检测的数据信号后的信号余项，计算信号余项与身份认证信息的相关函数为认证参数，依据认证参数的统计特性计算检测阈值，最后通过认证参数和检测阈值快速判断发射端的身份合法性。采用本发明方法，接收端用户能够通过简单的相关函数计算，快速完成物理层安全认证，并且检测阈值和认证参数具有自适应性。本发明方法具有认证计算便利，快速灵活的优势，适应于无人机的机动环境以及设备载荷限制条件。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及无人机通信，无线通信多址接入方式，和物理层通信安全等技术，具体涉及一种无人机安全通信和实现身份认证的方法。

背景技术

作为通信网络的关键节点，传统基站通信无法满足灵活机动部署、应急通信链路搭建、无盲区覆盖等新需求，因而急需研究快速灵活且成本低廉的空基无线通信方法以解决目前基站通信所面临的技术难题。

近来我国低空空域开放等一系列利好政策出台，加之无人机生产企业的创新研究和市场推广，无人机产业得到了快速发展。在此背景下，为了解决传统基站所面临的挑战，以无人机为载具的空基通信技术受到了越来越多的关注。无人机空基移动通信技术，具有按需部署、机动灵活、广域覆盖等传统基站无法比拟的优点，可以以低成本实现盲区覆盖、应急通信链路搭建、高质量通信服务等，从而实现高经济效益。因此，在打造空天地一体化网络的实践中，以无人机为载具的空基通信技术必将发挥至关重要的作用。

无人机通信技术研究的热度近来逐步升温，为了增强无人机通信性能，提升通信系统容量，现有的研究大部分集中于两个层面：一方面是从最优位置部署、路线规划以及功率分配角度进行优化，如根据中继无人机的运动轨迹，通过优化发射功率使系统吞吐量和能效达到最大；或者考虑多无人机服务于多用户场景，通过功率分配与用户选择联合优化实现最小吞吐量最大化。另一方面，通过多天线系统进行空分多址接入，可有效提升单机服务用户数量，并通过协同部署提升整个通信系统频谱效率和吞吐量。例如，现有文献中研究了无人机地空通信场景下如何通过合理配置天线间距以实现无人机的多进多出MIMO通信，还有文献针对无人机信道的特点，提出了一种基于莱斯因子的无人机自适应MIMO通信方案，该方案利用了波束成形和空分复用技术两种MIMO技术，通过莱斯因子实现自适应切换。

以上研究基本立足于正交多址接入(Orthogonal Multiple Access，OMA)，随着通信技术和物联网的迅速发展，以及海量通信数据交互，要求无人机能够支持更多用户的接入。考虑到OMA频谱利用率受限的现状，为了进一步提升无人机通信服务用户数量，已有部分学者拟将非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA)技术运用于无人机场景，核心思想是在发射端给用户分配非正交的资源，在满足用户服务质量(QoS)的前提下，尽可能高效地利用频谱资源。例如，现有文献中提出基于NOMA的位分配和轨迹优化框架，可应用于无人机搭载应用云数据卸载场景，该方案考虑了将无人机用作飞行基站的下行链路通信系统，其中无人机以NOMA方式与两个地面用户通信。再例如，有现有文献基于无人机作为小型基站的场景，建立了宏蜂窝基站(Macro Base Stations，MBS)和无人机的通信资源分配的联合优化问题，通过优化NOMA过程的解码顺序和空间中无人机的位置，以最大化所有用户的可达总速率。因此，NOMA技术是提升无人机通信容量，满足未来大容量高速率数据通信需求的关键技术之一。