【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信，具体地，是一种在基于速率分割多址接入(rate-splitting multiple access,rsma)技术的无人机通信系统中最大化最小安全速率的资源分配方法。
技术介绍
1、随着无线通信的快速发展，人们对无人机通信越来越感兴趣，无人机也被视为6g网络研发中的重要推动力量。在空中安全检查、智慧农业和空中交付等新应用的出现与推动下，无人机的部署预计将继续在未来塑造更多的突破性服务。无人机作为空中基站，可以提供无处不在的连接性和高频谱效率，与传统地面通信相比，无人机通信的优势在于，一方面，空对地信道有很大的概率被视距链路所主导，这将有助于建立高数据速率和可靠的传输；另一方面，无人机的移动性是可控的，可以利用它来提高通信的性能。特别是在一些农村地区和灾区，以及在密集地区部署时，无人机基站将成为传统蜂窝网络的干扰源或体验干扰源。幸运的是，这样的问题可以通过无人机单独提供的额外自由度来解决，即无人机三维位置设计和对地面用户的高概率视线链路。然而，这些额外的自由度不足以为不断增多的地面用户提供最佳体验。在这样的情况下，下行链路多址技术可以在不增加资源的前提下实现数据速率要求，并且在低延迟和可靠连接方面发挥出重要作用。
2、近年，rsma已被确定为一种高度可靠和频谱高效的多址方案，相较于已广泛应用的非正交多址(non-orthogonal multiple access,noma)和空分多址(space divisionmultiple access,sdma)，rsma不仅具有更高的频谱效率，而且更
3、物理层安全(physical layer security,pls)利用无线信道固有的随机性，从信息论的角度表现出了性能优势。在安全通信中，虽然多用户干扰通过将有用信号与干扰混合在一起阻碍窃听者窃听机密数据，但它也为合法用户解码其期望的数据增加了困难。从这个意义上来说，将rsma纳入pls中有望通过更好的干扰管理来增强通信机密性，在基于rsma的安全通信中，公共流不仅可以为合法用户传输有用的数据，而且还可以作为干扰来阻碍窃听者的窃听意图。
4、目前，针对基于rsma通信系统中的物理层安全方面的资源分配问题，已经进行了许多研究。h.fu，s.feng，w.tang等人在文献“robust secure beamforming design fortwo-user downlink miso rate-splitting systems(双用户下行链路多输入单输出速率分割系统的鲁棒安全波束形成设计)”in ieee transactions on wirelesscommunications,vol.19,no.12,pp.8351-8365,dec.2020.中针对基于rsma两用户安全通信，提出了一种鲁棒波束形成设计以提高通信系统的安全速率。y.lu，k.xiong，p.fan等人在文献“worst-case energy efficiency in secure swipt networks with rate-splitting id and power-splitting eh receivers(具有速率分割id和功率分割eh接收器的安全swipt网络中的最坏情况能源效率)”in ieee transactions on wirelesscommunications,vol.21,no.3,pp.1870-1885,march 2022.中，通过提出一种鲁棒波束形成设计，最大限度地提高了最坏情况下的安全能效。夏慧云，韩帅，李成等人在文献“人工噪声在速率分拆多址保密通信中的作用[j]”.信号处理,2023,39(07):1214-1221.中考虑了用户公平性，研究了在rsma多输入单输出安全通信中人工噪声对提升系统保密速率性能的作用以及不同方案下公共流和私有流的功率分配情况。
5、然而，上述工作均只考虑了存在单个窃听者的情况，通过查阅文献可知，针对多个窃听者的基于rsma的反窃听设计方面的研究是极少的。对我们来说，同时阻碍来自多个窃听者的攻击无疑更具挑战性，因为它们可以通过合谋的方式增强其窃听能力。此外，大多数研究者在研究rsma通信系统的物理层安全问题时往往忽略了其在无人机通信中的应用场景。由此，将具备多种性能优势的rsma、无人机通信以及物理层安全三者结合，即在基于rsma的无人机通信系统中研究物理层安全问题给人以一定的想象空间。确定的是，这是一个值得更多探索的课题。
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种下行rsma无人机通信系统中最大化最小安全速率的资源分配方法。本专利技术的技术方案如下：
2、一种下行rsma无人机通信系统中最大化最小安全速率的资源分配方法，其实现包括以下几个步骤：
3、步骤一：建立下行rsma无人机通信系统模型，无人机作为空中基站与地面k个合法用户进行保密通信，同时存在j个窃听者试图窃听通信过程，并采用最大比率合并(maximalratio combining,mrc)的方式进行合谋。
4、步骤二：综合考虑通信可靠性与用户公平性，构造下行rsma无人机通信系统中的最大化最小安全速率优化问题，该问题最初为一个非凸优化问题。
5、步骤三：制定可行性检查问题，进行可行性分析。
6、步骤四：引入辅助变量t,ω，ρ及相关约束，将构造的max-min优化问题转换为目标函数为凹函数的等价max优化问题。
7、步骤五：固定预编码矩阵p与公共速率分配向量c，得到无人机位置优化子问题，并将其转换为等价的凸优化问题。
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1.一种下行RSMA无人机通信系统中最大化最小安全速率的资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的下行RSMA无人机通信系统中最大化最小安全速率的资源分配方法，其特征在于，所述步骤一：建立下行RSMA无人机通信系统模型，具体包括：所述基于RSMA的下行无人机通信系统，由一个无人机基站、K个地面合法用户和J个地面窃听者组成；配备了Nt根发射天线的无人机作为空中基站，向随机位于边长为D的正方形地理区域中的K个单天线合法用户发送机密消息W1,...,WK，每个消息Wk都是为用户k准备的，并对非法用户保密；同时，地面上存在J个单天线共谋窃听者试图窃听通信过程，并将采用最大比合并的方式进行合谋；合法用户集合与窃听者集合分别记为与
3.根据权利要求1所述的下行RSMA无人机通信系统中最大化最小安全速率的资源分配方法，其特征在于，所述步骤二中构造的最大化最小安全速率优化问题为：
4.根据权利要求3所述的下行RSMA无人机系统中的最大化最小安全速率资源分配方法，其特征在于，所述步骤三中进行可行性分析的具体步骤为：
5.根据权
6.根据权利要求5所述的下行RSMA无人机通信系统中最大化最小安全速率的资源分配方法，其特征在于，所述步骤五中得到无人机位置优化子问题，并将其转换为等价的凸优化问题的方法为：
7.根据权利要求6所述的下行RSMA无人机通信系统中最大化最小安全速率的资源分配方法，其特征在于，所述步骤六中得到联合预编码与公共速率分配优化子问题，并将其转换为等价的凸优化问题的方法为：
8.根据权利要求7所述的下行RSMA无人机通信系统中最大化最小安全速率的资源分配方法，其特征在于，所述步骤七中基于块坐标下降法提出的交替迭代优化算法为：
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8任一项所述下行RSMA无人机通信系统中最大化最小安全速率的资源分配方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述下行RSMA无人机通信系统中最大化最小安全速率的资源分配方法。
...【技术特征摘要】
1.一种下行rsma无人机通信系统中最大化最小安全速率的资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的下行rsma无人机通信系统中最大化最小安全速率的资源分配方法，其特征在于，所述步骤一：建立下行rsma无人机通信系统模型，具体包括：所述基于rsma的下行无人机通信系统，由一个无人机基站、k个地面合法用户和j个地面窃听者组成；配备了nt根发射天线的无人机作为空中基站，向随机位于边长为d的正方形地理区域中的k个单天线合法用户发送机密消息w1,...,wk，每个消息wk都是为用户k准备的，并对非法用户保密；同时，地面上存在j个单天线共谋窃听者试图窃听通信过程，并将采用最大比合并的方式进行合谋；合法用户集合与窃听者集合分别记为与
3.根据权利要求1所述的下行rsma无人机通信系统中最大化最小安全速率的资源分配方法，其特征在于，所述步骤二中构造的最大化最小安全速率优化问题为：
4.根据权利要求3所述的下行rsma无人机系统中的最大化最小安全速率资源分配方法，其特征在于，所述步骤三中进行可行性分析的具体步骤为：
5.根据权利要求4所述的下行rsma无人机通信系统中最大化最小安全速率的资源分配方法，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：万晓榆，安树超，王正强，樊自甫，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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