基于时分复用认证标签的非正交多址认证系统的优化方法技术方案

本公开提供一种基于时分复用认证标签的非正交多址认证系统的优化方法，其包括：基站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，对目标认证标签进行零填充获得目标混合认证标签，第一载体信号经过无线衰落信道得到第二载体信号；多个用户端分别接收并基于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检验统计量和检测概率，基于信道估计多个用户端获得相应的信干噪比进而获得中断概率，串谋用户端计算认证标签与干扰加噪声比和恢复密钥的模棱两可值；基站接收并基于多个用户端发射的反馈信号优化认证标签的功率分配因子和各个用户信息的功率分配因子。

【技术实现步骤摘要】
基于时分复用认证标签的非正交多址认证系统的优化方法
本公开涉及一种基于时分复用认证标签的非正交多址认证系统的优化方法。
技术介绍
非正交多址(NOMA，Non-OrthogonalMultipleAccess)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(ATSC3.0)。NOMA技术具有卓越的性能，与传统的正交多址(OMA)技术(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，以及串谋用户造成的安全风险。
技术实现思路
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串谋用户端造成的安全风险的基于时分复用认证标签的非正交多址认证系统的优化方法。为此，本公开第一方面提供一种基于时分复用认证标签的非正交多址认证系统的优化方法，是包括基站和多个用户端的基于时分复用认证标签的非正交多址认证系统的优化方法，其特征在于，包括：所述基站发射第一载体信号，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；多个用户端分别接收所述第二载体信号，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获得残差信号且基于所述残差信号和所述目标认证标签获得检验统计量，其中，对所述目标认证标签进行零填充获得目标混合认证标签，所述目标混合认证标签的信号长度等于相应的用户信息的用户信息长度；基于所述信道估计，各个所述用户端获得信干噪比进而获得中断概率，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)理论获得最优阈值且基于所述最优阈值获得检测概率；若多个所述用户端中存在串谋用户端时，所述串谋用户端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；并且所述基站接收所述多个用户端发射的反馈信号，基于反馈信号获得所述混合认证标签中的第一认证标签的第一最佳信号长度和第二认证标签的第二最佳信号长度，所述第一最佳信号长度满足所述第二最佳信号长度满足基于所述第一最佳信号长度或第二最佳信号长度优化混合认证标签的功率分配因子获得所述混合认证标签的最佳混合认证标签功率分配因子，所述最佳混合认证标签功率分配因子满足由于与成正比，进而基于所述第一最佳信号长度、所述第二最佳信号长度和所述最佳混合认证标签功率分配因子获得所述第一认证标签的第一最佳认证标签功率分配因子和所述第二认证标签的第二最佳认证标签功率分配因子，基于所述最佳混合认证标签功率分配因子优化第二用户信息的功率分配因子获得第二用户信息的第二最佳用户信息功率分配因子，所述第二最佳用户信息功率分配因子满足基于所述最佳混合认证标签功率分配因子和所述第二最佳用户信息功率分配因子优化第一用户信息的功率分配因子获得第一用户信息的第一最佳用户信息功率分配因子，所述第一最佳用户信息功率分配因子满足当所述最佳混合认证标签功率分配因子、第一最佳用户信息功率分配因子和第二最佳用户信息功率分配因子的总值小于或等于一时，即完成优化，当所述最佳混合认证标签功率分配因子、所述第一最佳用户信息功率分配因子和所述第二最佳用户信息功率分配因子的总值大于一时，基站取消所述第一载体信号的传输或者调节传输功率PT，并重复所述最佳混合认证标签功率分配因子、所述第一最佳用户信息功率分配因子和所述第二最佳用户信息功率分配因子的优化过程，直到其中，εPD表示检测概率上限，εPFA表示虚警概率的上限，L1为第一认证标签的信号长度，L2为第二认证标签的信号长度，表示第一用户端接收的瞬时信道信噪比，表示第二用户端接收的瞬时信道信噪比，α3表示混合认证标签的功率分配因子，r0表示通信速率的下限，表示所述第一最佳认证标签功率分配因子，表示所述第二最佳认证标签功率分配因子。在本公开中，基站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，混合认证标签与各个用户信息相互叠加，混合认证标签的信号长度等于各个用户信息的信号长度，第一载体信号经过无线衰落信道得到第二载体信号；多个用户端分别接收第二载体信号，各个用户端基于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、目标混合认证标签、残差信号和检验统计量，其中，对目标认证标签进行零填充获得目标混合认证标签，目标混合认证标签的信号长度等于相应的用户信息的用户信息长度，基于信道估计，各个用户端获得信干噪比进而获得中断概率，由此，能够检测非正交多址认证系统的隐蔽性。各个用户端基于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，获得最优阈值进而获得检测概率，由此，能够检测非正交多址认证系统的鲁棒性。其中，若多个用户端中存在串谋用户端时，串谋用户端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，基站接收多个用户端发射的反馈信号，基于反馈信号优化混合认证标签的功率分配因子和各个用户信息的功率分配因子，由此，能够提高系统公平性，且能够实现最大化系统的最小公平性，以及能够提高系统认证公平性并降低串谋用户端造成的安全风险。在本公开第一方面所涉及的优化方法中，可选地，所述混合认证标签的信号长度等于多个所述认证标签的信号长度之和，各个所述认证标签相互独立，所述认证标签由哈希函数、相应的所述用户信息和相应的密钥生成。由此，使得各个用户端的接收器能够通过相应的混合认证标签验证基站的发送器。在本公开第一方面所涉及的优化方法中，可选地，所述第二载体信号yk满足其中，k取正整数，hk表示第k个用户端的信道，PT表示传输功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时分复用认证标签的非正交多址认证系统的优化方法，是包括基站和多个用户端的基于时分复用认证标签的非正交多址认证系统的优化方法，其特征在于，包括：所述基站发射第一载体信号，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；多个用户端分别接收所述第二载体信号，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获得残差信号且基于所述残差信号和所述目标认证标签获得检验统计量，其中，对所述目标认证标签进行零填充获得目标混合认证标签，所述目标混合认证标签的信号长度等于相应的用户信息的用户信息长度；基于所述信道估计，各个所述用户端获得信干噪比进而获得中断概率，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)理论获得最优阈值且基于所述最优阈值获得检测概率；若多个所述用户端中存在串谋用户端时，所述串谋用户端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；并且所述基站接收所述多个用户端发射的反馈信号，基于反馈信号获得所述混合认证标签中的第一认证标签的第一最佳信号长度和第二认证标签的第二最佳信号长度，所述第一最佳信号长度满足...

【技术特征摘要】
1.一种基于时分复用认证标签的非正交多址认证系统的优化方法，是包括基站和多个用户端的基于时分复用认证标签的非正交多址认证系统的优化方法，其特征在于，包括：所述基站发射第一载体信号，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；多个用户端分别接收所述第二载体信号，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获得残差信号且基于所述残差信号和所述目标认证标签获得检验统计量，其中，对所述目标认证标签进行零填充获得目标混合认证标签，所述目标混合认证标签的信号长度等于相应的用户信息的用户信息长度；基于所述信道估计，各个所述用户端获得信干噪比进而获得中断概率，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)理论获得最优阈值且基于所述最优阈值获得检测概率；若多个所述用户端中存在串谋用户端时，所述串谋用户端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；并且所述基站接收所述多个用户端发射的反馈信号，基于反馈信号获得所述混合认证标签中的第一认证标签的第一最佳信号长度和第二认证标签的第二最佳信号长度，所述第一最佳信号长度满足所述第二最佳信号长度满足基于所述第一最佳信号长度或第二最佳信号长度优化混合认证标签的功率分配因子获得所述混合认证标签的最佳混合认证标签功率分配因子，所述最佳混合认证标签功率分配因子满足由于与成正比，进而基于所述第一最佳信号长度、所述第二最佳信号长度和所述最佳混合认证标签功率分配因子获得所述第一认证标签的第一最佳认证标签功率分配因子和所述第二认证标签的第二最佳认证标签功率分配因子，基于所述最佳混合认证标签功率分配因子优化第二用户信息的功率分配因子获得第二用户信息的第二最佳用户信息功率分配因子，所述第二最佳用户信息功率分配因子满足基于所述最佳混合认证标签功率分配因子和所述第二最佳用户信息功率分配因子优化第一用户信息的功率分配因子获得第一用户信息的第一最佳用户信息功率分配因子，所述第一最佳用户信息功率分配因子满足当所述最佳混合认证标签功率分配因子、第一最佳用户信息功率分配因子和第二最佳用户信息功率分配因子的总值小于或等于一时，即完成优化，当所述最佳混合认证标签功率分配因子、所述第一最佳用户信息功率分配因子和所述第二最佳用户信息功率分配因子的总值大于一时，基站取消所述第一载体信号的传输或者调节传输功率PT，并重复所述最佳混合认证标签功率分配因子、所述第一最佳用户信息功率分配因子和所述第二最佳用户信息功率分配因子的优化过程，直到其中，εPD表示检测概率上限，εPFA表示虚警概率的上限，L1为第一认证标签的信号长度，L2为第二认证标签的信号长度，表示第一用户端接收的瞬时信道信噪比，表示第二用户端接收的瞬时信道信噪比，α3表示混合认证标签的功率分配因子，r0表示通信速率的下限，表示所述第一最佳认证标签功率分配因子，表示所述第二最佳认证标签功率分配因子。2.如权利要求1所述的优化方法，其特征在于：所述混合认证标签的信号长度等于多个所述认证标签的信号长度之和，各个所述认证标签相互独立，所述认证标签由哈希函数、相应的所述用户信息和相应的密钥生成。3.如权利要求1所述的优化方法，其特征在于：所述第二载体信号yk满足其中，k取正整数，hk表示第k个用户端的信道，PT表示传输功率，x表示所述第一载体信号，nk表示第k个复杂的高斯白噪声，在第一载体信号x中，认证标签的功率分配因子与各个用户信息的功率分配因子的和小于或等于1，即∑βk+αk+1≤1，αk+1表示混合认证标签的功率分配因子，βk表示第k个用户端的用户信息的功率分配因子。4.如权利要求1所述的优化方法，其特征在于：所述多个用户端是两个用户端。5.如权利要求1所述的优化方法，其特征在于：所述串谋用户端基于错误率获得目标熵，基于所述目标熵获得所述模棱两可值。6.如权利要求1所述的优化方法，其特征在于：各个所述用户端进行判决排出需...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宁，罗钢，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44