[发明专利]基于NOMA的环境背向散射通信系统的物理层认证方法

权利要求书

1.基于NOMA的环境背向散射通信系统的物理层认证方法，设定基于NOMA的环境背向散射AmBC通信网络中包括一个基站S，一个背向散射设备BD，两个NOMA用户：近端用户D_n和远端用户D_f以及一个窃听用户E；假设所有设备及用户均为半双工模式且所有节点均配置单天线，其特征在于，包括用户共享认证标签的物理层认证PLA-SAT、用户使用独立认证标签的物理层认证PLA-SIT和用户按时分复用使用认证标签的物理层认证PLA-TDM三种方案：

A1，在PLA-SAT方案下，S发送到BD及NOMA用户的信号为普通信号或带标签的信号那么远端用户D_f接收到的信号分为两部分：

和

其中，P_T为基站的发射功率，和α均为功率分配系数且满足s₁、s₂为传输信号且满足s₁＝[s_1,1,s_1,2,…,s_1,L]，s₂＝[s_2,1,s_2,2,…,s_2,L]；L为符号块的数量；t为标签信号，满足t＝[t₁,t₂,…,t_L]且E(|s₁|²)＝E(|s₂|²)＝E(|t|²)＝L；h_SB、和分别是基站到BD，BD到D_f，基站到D_f之间的信道增益；其中：k＝{SD_f,SD_n,SE,S→BD→D_f,S→BD→D_n,S→BD→E}；β为反射系数，c(t)为BD自己的消息且E{|c(t)|²}＝1；表示的分别是从基站到D_f，从基站到BD再到D_f之间的噪声；它们均为加性复高斯白噪声n_k＝[n_k,1,n_k,2,…,n_k,L]，且满足

A2，用户D_f处的残差信号为：

通过假设进行阈值检验：

残差信号中不存在t

残差信号中存在t

对于NOMA用户来说，当是真的，但接受了假设这种情况为虚假警报，用P_FA表示虚警概率；根据Neyman-Pearson准则，在虚警概率为固定值的情况下要使得检测概率最大；通过对残差信号和认证标签进行匹配滤波，得到远端用户的检验统计量：所以，(3)式中分为两种情况：

当条件下为当条件下为

如果忽略块衰落信道的估计误差，即那么D_f在假设和下的检验统计量分别为：

A3，分析在PLA-SAT方案下D_f的鲁棒性：根据式(4)和(5)可以计算出

其中r＝P_T/σ²，所以在PLA-SAT方案下的P_FA为：

其中，为用户D_f的阈值；然后，给出了D_f在最优阈值下的P_FA：

其中，通过设置ε_PFA为P_FA的上界，去计算最优阈值

当x≤y时，

当xy时，满足

A4,根据A3中的最优阈值，对于一个固定信道，D_f的检测概率PD为所以对于一个零均值复高斯信道来说，D_f的PD为

经过计算，D_f的PD分为两种情况：

当x≤y时：

当xy时：

其中：

A5，近端用户D_n接收到的信号分为两部分：

和

其中分别为基站到D_n、BD到D_n之间的信道增益；表示的分别是从基站到D_n，从基站到BD再到D_n之间的噪声；

A6，根据A5可知，用户D_n处的残差信号为：

使用与D_f相同的计算方法，可得到D_n在假设和下的检验统计量为：

A7，所以PLA-SAT方案下D_n的PD为：

当x≤y时：

当xy时：

其中：最优阈值分为两种情况：

当x≤y时，

当xy时，满足

A8，窃听用户E接收到的信号：

其中，h_SE、h_BE分别表示基站到窃听用户、BD到窃听用户之间的信道增益；n_SE、n_S→BD→E表示的分别是从基站到E，从基站到BD再到E之间的噪声；

A9，当用户E窃听远端用户D_f时，

当用户E窃听远端用户D_n时：

A10，根据A9，PLA-SAT方案下用户E窃听D_f的PD为：

当x≤y时：

当xy时：

其中：最优阈值分为以下几种情况：

当x≤y且时，

当x≤y且时，

当xy且时，满足

x＞y且时，满足

A11，PLA-SAT方案下用户E窃听D_n的PD为：

当x≤y时：

当xy时：

其中：最优阈值分为以下几种情况：

当x≤y且时，

当x≤y且时，

当x＞y且时，满足

当x＞y且时，满足

B1,在PLA-SIT方案下，带标签的信号为其中，和α₁、α₂均为功率分配系数且t₁、t₂均为标签信号；t₁＝[t_1,1，t_1,2,…,t_1,L]，t₂＝[t_2,1，t_2，2，…，t_2，L]且E(|t₁|²)＝E(|t₂|²)＝L；用户D_f处的残差信号为：

B2，用户D_n处的残差信号为：

所以，H₀条件下：

H₁条件下：

H₀条件下：

H₁条件下：

B3，计算了PLA-SIT下用户D_f的PD为：

当x≤y时：

当xy时：

其中：在PLA-SIT方案下，最优阈值分为下面两种情况：

当x≤y时，

当xy时，满足

B4，在PLA-SIT方案下，用户D_n的PD为：

当x≤y时：

当xy时：

其中：在PLA-SIT方案下，最优阈值分为下面两种情况：

当x≤y时，

当x＞y时，满足

C1，在PLA-TDM方案下，带标签的信号为其中，和α₃均为功率分配系数且t₃为标签信号；t₃＝[t₁；t₂]，t₁＝[t_1，1，t_1，2，…，t_1，L]，t₂＝[t_2，1，t_2，2，…，t_2，L]且E(|t₁|²)＝L₁，E(|t₂|²)＝L₂，L＝L₁+L₂；

C2，使用与PLA-SAT和PLA-SIT方案下相同的方法，可以得到：

H₀条件下：

H₁条件下：

H₀条件下：

H₁条件下：

C3，基于C2，PLA-TDM方案下用户D_f的PD为：

当x≤y时：

当xy时：

其中：在PLA-TDM方案下，最优阈值分为下面两种情况：

当x≤y时，

当xy时，满足

C4，PLA-TDM方案下用户D_n的PD为：

当x≤y时：

当xy时：

其中：在PLA-TDM方案下，最优阈值分为下面两种情况：

当x≤y时，

当xy时，满足