[发明专利]一种增强NOMA可见光通信网络安全的动态资源分配方法

说明书

本发明公开了一种增强NOMA可见光通信网络安全的动态资源分配方法，该方法通过信道估计获取合法移动用户和窃听者的CSI，并将信道增益排序；利用NOMA的串行干扰消除技术，获取合法移动用户的接收信干噪比和Eve窃听该用户的瞬时信干噪比，表示出NOMA可见光通信网络的网络和安全容量；提出用户移动情况下安全通信与功率分配的联合优化问题，在每个光接入点的功率和光接入点基于NOMA分配给关联用户的功率的约束条件下，使网络和安全容量达到最大；利用分层功率分配算法求解联合优化问题。该方法为增强移动用户NOMA可见光通信的物理层安全提供理论依据，促进NOMA可见光安全通信在人员密集场所中的应用，推动其在溶洞旅游、泛在无线接入服务等领域的实用化进程。

技术领域

本发明涉及光无线通信和移动通信技术领域，具体涉及一种增强NOMA可见光通信网络安全的动态资源分配方法。

背景技术

随着物联网的空前发展和信息物理系统(工业4.0)时代的来临，射频无线通信的频谱资源越来越难以满足大规模互联、高速率、低时延的数据传输需求。为了突破这一瓶颈，研究者和业界考虑开发利用新的频段和提高现有频谱资源的利用率。可见光通信利用目前尚未规划的400～790THz的频段进行数据传输，可以在一定程度上缓解日趋白热化的“频谱危机”。可见光通信的科学意义和应用价值正在受到国内外学术界、工业界和政府部门的普遍重视。

下一代无线通信要求能够支持海量用户接入，具有更高的连接密度。传统的基于正交多址接入(OMA)的可见光通信，通过在电域给用户分配正交的无线资源(时隙、频段或正交的码元)以减小用户间干扰。由于无线资源的紧缺，OMA方案并不能支持太多用户接入，不能真正做到大规模互联。非正交多址接入(NOMA)作为一种新的无线接入技术，通过发射端功率域的叠加编码及接收端的串行干扰消除技术，使多个用户无需正交即可共享相同的时频无线资源，具有频谱效率高、支持大规模互联、传输时延低等特点。研究表明，NOMA在高信噪比环境下性能更优。而可见光通信系统是在照明基础上进行通信，为满足照明要求，通常信噪比较高。因此NOMA技术非常适合可见光通信系统。

由于光无线信道的广播特性，可见光通信也存在安全问题。利用LED光源发送信息时，如果窃听者与合法用户处于同一LED光照范围内，信息便存在被窃取或拦截的可能性。然而，正如一枚硬币具有两面，信道的开放性也造成了信道的多样性与差异性，使得信道具有天然的“指纹”。物理层安全技术，正是充分利用无线信道的这种差异性来区分不同接收者，并为合法用户设计安全传输方案，在物理层直接保证其信息安全传输。这种技术不仅为防御窃听攻击提供了第一道防线，而且是传统加密安全技术的一个有效补充。

基于NOMA的可见光通信物理层安全技术能够同时提升用户接入密度与信息安全性，在室内人员密集场所(如大型购物中心、火车站、医院与展览馆等)的安全通信方面具有广泛的应用前景。Zhao等人针对下行NOMA链路的多用户可见光通信场景，考虑了单个窃听和多个非共谋窃听两种情况，利用随机几何理论推导了通信系统的安全中断概率。Arafa等人考虑的NOMA可见光通信系统中，在单个外来窃听情况下，发射机基于下行NOMA方式与两个静止合法用户通信，通过部署大量可信的半双工中继节点来增强可见光安全传输。

可见，截止目前NOMA可见光通信的物理层安全主要针对静止用户的安全通信，而对移动用户的安全通信研究较少。实际应用中，用户移动是无线通信的重要特征，也是可见光通信的重要特征。随着移动互联网的蓬勃发展，无论是移动支付、移动社交、还是移动办公，移动业务的安全是所有消费者共同的需求。因此，研究用户移动情况下的NOMA可见光通信物理层安全具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对NOMA可见光通信网络中移动用户的安全问题，而提供一种增强NOMA可见光通信网络安全的动态资源分配方法。

实现本发明目的的技术方案是：

一种增强NOMA可见光通信网络安全的动态资源分配方法，包含如下步骤：