本发明属于无线通信物理层安全，尤其涉及一种对抗无人机协作非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,noma)网络中的不可信用户时所采取的人工噪声方法。
背景技术：
1、随着无线网络技术的发展，网络用户数量和网络承载的数据量都呈指数级增长，网络频谱资源越来越稀缺。noma技术允许多个用户同时共享同一频谱资源，因而noma技术可以有效缓解无线通信频谱资源紧缺的困境，提高无线通信网络频谱资源利用率。无人机应用于无线通信时，以其易于灵活部署、运行成本低、传输信道性能稳定等特点，引起了国内外学者的广泛关注。在无线通信中，无人机可以作为基站或者中继节点灵活部署于郊区和农村，能有效扩大通信信号的覆盖范围。显然，将noma技术应用于无人机通信，可以将noma技术和无人机通信的优点相结合，进一步提高无人机通信网络的性能。
2、虽然使用noma技术的无人机通信网络有多种优点，然而，无线电信号的广播特性使得无人机通信容易遭受窃听攻击。与传统的密码学技术不同，物理层安全技术利用信号、无线信道的物理特性，来有效对抗无线网络的窃听攻击。所以，人工噪声技术是一种非常有用的对抗窃听攻击的技术。然而，当无人机noma网络中的用户不可信时，如果使用人工噪声来削弱窃听者，那么人工噪声就会同时影响不可信用户接收自身的消息，如果人工噪声减弱，那么不可信用户窃听能力就会增强，因而，使用人工噪声技术来对抗无人机noma网络中的不可信用户时面临一个两难的境况。
技术实现思路
1、发明目的：本发明的目的在于提供一种无人机noma网络中基于人工噪声的安全通信方法。本发明设计的基于人工噪声和中继协作策略的安全通信方案，在实现地面基站与可信近用户安全通信的前提下，几乎不影响不可信远用户高效的接收自身消息，即几乎不影响不可信远用户的通信可靠性。在保证无人机noma网络可信用户安全通信的前提下，几乎不影响不可信用户解码自己的消息。
2、技术方案：本发明的一种无人机noma网络中基于人工噪声的安全通信方法，应用于无人机为中继节点、存在不可信用户的协作noma通信系统，所述系统包括一个地面基站、一架装备多根天线的无人机、一个装备两根天线的可信近用户和一个单天线的不可信远用户，该安全通信方法包括如下步骤：
3、步骤1、在第一时隙，作为信源的基站采用noma机制把信号叠加并发送，无人机中继节点选择一根天线发送人工噪声信号，可信近用户也同时发送另一人工噪声信号；
4、步骤2、无人机和noma用户根据接收信号计算信干噪比；
5、步骤3、若无人机中继节点解码信源信号失败，则直接判定通信中断，跳到步骤5；若无人机中继节点解码信源信号成功，在第二时隙，无人机中继节点将其第一时隙的人工噪声和解码所得近用户信号异或相加，再采用noma机制将信号叠加并发给noma用户；
6、步骤4、noma用户根据接收到的信号计算得信干噪比和信噪比；
7、步骤5、可信近用户和不可信远用户根据所得信干噪比和信噪比分别计算相应的中断概率和窃听概率。
8、进一步的，步骤1具体为：作为信源的基站采用noma机制，将信号x1和x2线性叠加得再将x发送，同时无人机中继节点选择一根天线发送人工噪声信号xj，可信近用户也同时发送另一人工噪声信号xj1干扰不可信远用户。
9、进一步的，步骤2具体为：第一时隙无人机中继节点解码信号x2和x1的信干噪比分别为：
10、
11、其中，ψ为无人机的n根天线集合，为经天线选择后剩余n-1根天线构成的集合，表示信源到中天线的瞬时信道状态信息构成的列向量，为基于零空间技术的预编码向量，为向量转置符；ps为信源信号发射功率，为无人机任一接收天线处的噪声功率，γrr为无人机节点的残留自干扰；noma用户解码各自信号时需要获得无人机中继节点发送的人工噪声信号xj，可信近用户和不可信远用户解码人工噪声信号xj的信干噪比分别为：
12、
13、其中，和分别为无人机的第i根天线到近用户和远用户的瞬时信道状态信息，为近用户到远用户的瞬时信道状态信息，为近用户处的残留自干扰信号；pr1为无人机第一时隙发送人工噪声信号的功率，和分别为近用户和远用户的噪声功率。
14、进一步的，第一时隙无人机中继节点解码信号x1和x2的信干噪比计算过程、以及noma用户解码人工噪声信号xj的信干噪比计算过程为：
15、首先作为中继节点的无人机从n根天线集合ψ中选择一根天线发送人工噪声信号xj，天线选择规则为：
16、
17、剩余的n-1根天线构成的集合为用来接收信源发送的信号，可信近用户同时发送人工噪声信号xj1干扰不可信远用户；从而无人机接收信号为：
18、
19、其中，表示无人机中继节点处各接收信号天线的加性高斯白噪声构成的列向量，为基于零空间技术的预编码向量，用来消除无人机中继节点处的人工噪声信号xj1，满足由此，计算得到信干噪比和因为信干噪比和最大化等价于的最大化，可得限制条件下的优化问题：
20、
21、可信近用户和不可信远用户接收信号分别为：
22、
23、其中，和分别表示可信近用户和不可信远用户处的加性高斯白噪声；因为安全通信方案基于中继协作策略和异或运算实现的，最终noma用户需要借助人工噪声信号xj获得信源消息，从而需要计算xj的信干噪比；根据noma用户接收的信号，可得解码xj的信干噪比为和
24、进一步的，步骤3具体为：若无人机中继节点解码信源信号失败，则直接判定通信中断，跳到步骤5；若无人机中继节点解码信源信号成功，第二时隙则将x1和xj进行异或相加得再采用noma机制将和x2线性叠加得最后将xr发送给noma用户。
25、进一步的，第二时隙，x2和的信干噪比和信噪比分别为：
26、
27、其中，为第二时隙无人机的第k根天线到近用户的瞬时信道状态信息，pr2为第二时隙无人机的信号发射功率；不可信远用户解码信号x2的信干噪比为：
28、
29、其中，为第二时隙无人机的第k根天线到不可信远用户的瞬时信道状态信息；不可信远用户作为窃听者，具有强窃听能力，从而其解码的信噪比为：
30、
31、进一步的，步骤4具体为：可信近用户根据接收到的信号计算得信干噪比不可信远用户根据接收到的信号计算得信噪比不可信远用户要窃听得x1，需要计算信噪比并结合信干噪比解码x1。
32、进一步的，步骤5具体为：
33、可信近用户中断概率为：
34、
35、可信近用户遭受窃听的概率为：
36、
37、其中，和分别为解码信号x1和x2的门限值，r1和r2分别为信号x1和x2的信息率门限值，是不可信用户窃听近用户信号x1的门限值，re为窃听信息率门限值；不可信远用户的中断概率为：
38、
39、本发明还公开一种计算机装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现本发明方法的步骤。
40、本发明还公开一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现本发明方法的步骤。
41、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
42、1.将noma技术和无人机通信相结合，不仅可以提升频谱资源的利用率，还可以灵活组网，提高无线通信信号的覆盖范围；
43、2.本发明提出的安全通信方案，在保证近用户物理层安全性的同时，还能基本不影响不可信的远用户接收自身的消息，即本发明在有效阻止不可信远用户获取可信近用户消息的情况下，几乎不影响不可信远用户的通信可靠性；
44、3.本发明设计的基于人工噪声和中继协作策略的安全通信方案，在实现地面基站与可信近用户安全通信的前提下，几乎不影响不可信远用户高效的接收自身消息，即几乎不影响不可信远用户的通信可靠性。在保证无人机noma网络可信用户安全通信的前提下，几乎不影响不可信用户解码自己的消息。
1.一种无人机noma网络中基于人工噪声的安全通信方法，其特征在于，应用于无人机为中继节点、存在不可信用户的协作noma通信系统，所述系统包括一个地面基站、一架装备多根天线的无人机、一个装备两根天线的可信近用户和一个单天线的不可信远用户，该安全通信方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种无人机noma网络中基于人工噪声的安全通信方法，其特征在于，步骤1具体为：作为信源的基站采用noma机制，将信号x1和x2线性叠加得再将x发送，同时无人机中继节点选择一根天线发送人工噪声信号xj，可信近用户也同时发送另一人工噪声信号xj1干扰不可信远用户。
3.根据权利要求1所述的一种无人机noma网络中基于人工噪声的安全通信方法，其特征在于，步骤2具体为：第一时隙无人机中继节点解码信号x2和x1的信干噪比分别为：
4.根据权利要求3所述的一种无人机noma网络中基于人工噪声的安全通信方法，其特征在于，第一时隙无人机中继节点解码信号x1和x2的信干噪比计算过程、以及noma用户解码人工噪声信号xj的信干噪比计算过程为：
5.根据权利要求1所述的一种无人机noma网络中基于人工噪声的安全通信方法，其特征在于，步骤3具体为：若无人机中继节点解码信源信号失败，则直接判定通信中断，跳到步骤5；若无人机中继节点解码信源信号成功，第二时隙则将x1和xj进行异或相加得再采用noma机制将和x2线性叠加得最后将xr发送给noma用户。
6.根据权利要求5所述的一种无人机noma网络中基于人工噪声的安全通信方法，其特征在于，第二时隙，x2和的信干噪比和信噪比分别为：
7.根据权利要求1所述的一种无人机noma网络中基于人工噪声的安全通信方法，其特征在于，步骤4具体为：可信近用户根据接收到的信号计算得信干噪比不可信远用户根据接收到的信号计算得信噪比不可信远用户要窃听得x1，需要计算信噪比并结合信干噪比解码x1。
8.根据权利要求1所述的一种无人机noma网络中基于人工噪声的安全通信方法，其特征在于，步骤5具体为：
9.一种计算机装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1所述方法的步骤。
