[发明专利]一种针对可飞行监听者的无人机中继隐蔽通信方法

说明书

一种针对可飞行监听者的无人机中继隐蔽通信方法，首先列出可移动无人机监听者对信源信号和中继信号的接收情况，找出最佳区分探测门限值，对信源或者中继是否进行信号传输进行准确率最高的判断。分析无人机监听者的悬浮位置，使得其对信源和中继是否传送信息的判断正确率的和最大化。之后，在此种对合法用户来说最恶劣的隐蔽通信形势下，信源端利用多天线信道预编码实现最大速率传输，中继端利用信号发射功率高斯化引入对监听者的干扰，对信源和中继的发射功率及有限字长的数目进行联合优化，实现有效信源信宿传输速率最大化。本发明能够实现在保证隐蔽通信中断概率不超过设定值的前提下，为信源信宿端有效传输速率最大化提供取值参考方法。

技术领域

本发明属于无线通信网络用户信息安全技术领域，涉及一种发信者多天线和无人机中继高斯化发射信号功率来辅助对抗监听者的安全传输策略，具体是指发信者针对可移动的无人机监听者采取发信端多天线最大化速率传输辅助以无人机中继高斯化信号传输来实现远距离的隐蔽通信。通过联合优化发信者和中继处的有限长数据包和发射功率大小，从而在保证错误检测概率不小于某值的情况下最大化有效传输速率。

背景技术

由于无线通信与人类生活日益密切，无线信号的广播特性引起的信息安全问题也引起了广泛的关注。无线信号的广播特性使得信息更方便地进行广泛传输，但另一方面其也会导致信息的泄露。传统的信息安全保障策略大多是利用加密或者物理层安全来对无线信息的安全进行保证。隐蔽通信的出现史无前例地对无线信号进行了隐藏，因而引起了广泛的关注。

隐蔽通信通常是针对恶意监听者进行的隐蔽信息的隐藏。监听者监听其收到的无线信号，通过分析其幅值大小来决定发信者是否进行了信号传输。而发信者也可以通过利用信道衰减的随机性、引入噪声干扰等方式在监听者处引入不确定性，从而干扰监听者的决策判断。发信者通过在监听者处引入多种不确定性从而使得监听者在检测发信者是否进行信息发送的时候做出错误的判断来实现对隐蔽通信过程的隐藏。基于隐蔽通信基础研究平方根定律理论，很多学者开展了更具实际意义的场景研究。最初的研究多是无限包长的相关研究。然而，在物联网日益兴起的当下，短包通信具有很大的研究价值。在短包通信中，由于信息包长有限，因此在解码过程中不可避免会产生误码，误码概率为δ，进而会影响传输速率。

另一方面，无人机由于其具有高移动性和易部署性在无线通信中被广泛使用，尤其是军事部署和自然灾害应急通信场景中。无人机也可以纳入隐蔽通信中进行辅助通信。无人机的移动性和易部署性可以通过轨迹优化和功率管控等设计在隐蔽通信中用来提升隐蔽性。另外无人机和地面用户间的空地信道大概率是视距通信，视距通信具有较小的衰落，因而可以提升传输质量。然而，高质量视距通信也会被监听者所利用，从而使通信的隐蔽性受到威胁。

迄今为止的隐蔽通信大多是针对地面用户的短距离通信，且针对静态窃听者。当窃听者可以飞行的时候就可以利用更好的信道条件和更佳的监听位置进行探测，从而使隐蔽通信的隐蔽性大大被威胁。

本发明提出一种有限信息包长度下，针对可飞行的无人机窃听者而采取的无人机中继协同通信的多天线发信者远距离隐蔽通信的安排部署，以实现在保证隐蔽通信错误检测概率不低于门限值的情况下有效传输速率最大化的方法，具体方案如示意图1所示。多天线发信者通过无人机中继与收信者进行隐蔽通信。其中无人机监听者可以优化其最佳监听位置W、针对发信者的功率检测门限Γ_aw和针对无人机中继的功率检测门限Γ_uw。发信者通过联合优化其发射功率P_a和通信信号包长n₁、中继通过联合优化其发射功率方差值P和通信信号包长n₂来保证当监听者在其最佳位置以最佳检测门限进行监听的时候，保证窃听者错误检测概率不低于1-∈情况下，最大化有效传输速率η。

发明内容