CN110312255A - 基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法，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，各个认证标签叠加在相应的用户信息上，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，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，基于检验统计量和假设检验条件检测概率，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。

Description

基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法
技术领域
本公开涉及一种基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法。
背景技术
非正交多址(NOMA，Non-Orthogonal Multiple Access)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(ATSC 3.0)。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。
发明内容
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叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法。
为此，本公开第一方面提供了一种基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法，是包括基站和两个用户端的基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法，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，各个所述认证标签叠加在相应的所述用户信息上，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，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，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，基于反馈信号当无线信道下的多个用户端的检测概率均大于检测概率上限时，首先优化第一认证标签的第一功率分配因子和第二认证标签的第二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，所述第一最佳认证标签功率分配因子和所述第二最佳认证标签功率分配因子分别满足基于所述第一最佳认证标签功率分配因子和所述第二最佳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第一最佳认证标签功率分配因子、所述第二最佳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第一最佳认证标签功率分配因子、所述第二最佳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，当所述第一最佳认证标签功率分配因子、所述第二最佳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，并重复所述第一最佳认证标签功率分配因子、所述第二最佳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，L表示第一载体信号的信息块的长度，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，α1表示第一认证标签的功率分配因子，α2表示第二认证标签的功率分配因子，r0表示通信速率的下限。
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，各个认证标签叠加在相应的用户信息上，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、残差信号和检验统计量，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，基于反馈信号依次优化第一认证标签的功率分配因子、第二认证标签的功率分配因子、第二用户信息的功率分配因子和第一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参数优化方法中，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，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，各个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，αk表示第k个认证标签的功率分配因子，βk表示第k个用户信息的功率分配因子。由此，能够具体获得第二载体信号。
在本公开第一方面所涉及的参数优化方法中，可选地，各个所述认证标签相互独立，所述认证标签由哈希函数、相应的用户信息和密钥生成。由此，使得各个用户端的接收器能够通过相应的认证标签验证基站的发送器。
在本公开第一方面所涉及的参数优化方法中，可选地，基于所述认证标签的功率分配因子和/或所述用户端的用户信息的功率分配因子，所述串谋用户端计算认证标签与干扰加噪声比。由此，能够获得认证标签与干扰加噪声比，便于后续获得模棱两可值。
在本公开第一方面所涉及的参数优化方法中，可选地，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。由此，能够获得模棱两可值以检测系统的安全性。
在本公开第一方面所涉及的参数优化方法中，可选地，各个所述用户端进行判决排出需要消除的干扰用户端的顺序，基于所述顺序消除相应的干扰用户端的用户信息获得相应的目标用户信息。
在本公开第一方面所涉及的参数优化方法中，可选地，所述多个用户端是两个用户端。由此，能够获得用户端为两个时的参数优化方法。
本公开第二方面提供了一种基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化装置，是包括发射装置和多个用户装置的基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化装置，其特征在于，包括：发射装置，其用于发射第一载体信号，所述第一载体信号包括多个认证标签和多个用户信息，各个所述认证标签叠加在相应的所述用户信息上，所述第一载体信号经过无线衰落信道得到第二载体信号；以及多个用户装置，多个所述用户装置分别接收所述第二载体信号，各个所述用户装置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，基于所述信道估计和所述目标用户信息，所述用户装置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，基于所述信道估计，各个所述用户装置获得信干噪比进而获得中断概率，各个所述用户装置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，基于所述最优阈值获得检测概率，其中，若多个所述用户装置中存在串谋用户装置时，所述串谋用户装置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，所述发射装置接收所述多个用户装置发射的反馈信号，基于反馈信号当无线信道下的多个用户装置的检测概率均大于检测概率上限时，首先优化第一认证标签的第一功率分配因子和第二认证标签的第二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，所述第一最佳认证标签功率分配因子和所述第二最佳认证标签功率分配因子分别满足基于所述第一最佳认证标签功率分配因子和所述第二最佳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第一最佳认证标签功率分配因子、所述第二最佳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第一最佳认证标签功率分配因子、所述第二最佳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，当所述第一最佳认证标签功率分配因子、所述第二最佳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，发射装置取消所述第一载体信号的传输或者调节传输功率PT，并重复所述第一最佳认证标签功率分配因子、所述第二最佳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，L表示第一载体信号的信息块的长度，表示第一用户装置接收的瞬时信道信噪比，表示第二用户装置接收的瞬时信道信噪比，α1表示第一认证标签的功率分配因子，α2表示第二认证标签的功率分配因子，r0表示通信速率的下限。
在本公开中，发射装置发射包括多个认证标签和多个用户信息的第一载体信号，各个认证标签叠加在相应的用户信息上，第一载体信号经过无线衰落信道得到第二载体信号；多个用户装置分别接收第二载体信号，各个用户装置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、残差信号和检验统计量，基于信道估计，各个用户装置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。各个用户装置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，若多个用户装置中存在串谋用户装置时，串谋用户装置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，发射装置接收多个用户装置发射的反馈信号，基于反馈信号依次优化第一认证标签的功率分配因子、第二认证标签的功率分配因子、第二用户信息的功率分配因子和第一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装置造成的安全风险。
在本公开第二方面所涉及的参数优化装置中，可选地，所述多个用户装置是两个用户装置。由此，能够获得用户装置为两个时的参数优化装置。
本公开涉及的基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法能够提高系统安全性，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，能够避免上层认证方法带来兼容性问题。
附图说明
图1是示出了本公开的示例所涉及的基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法的系统模型示意图。
图2是示出了本公开的示例所涉及的基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法的流程示意图。
图3是示出了本公开的示例所涉及的基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法的第一载体信号的结构示意图。
图4a是示出了本公开的示例所涉及的参数优化方法的载体信号为第一标记信号的条件下的两个用户端的中断概率随用户端接收的瞬时信道信噪比变化的波形图。
图4b是示出了本公开的示例所涉及的参数优化方法的载体信号为第二标记信号的条件下的两个用户端的中断概率随用户端接收的瞬时信道信噪比变化的波形图。
图4c是示出了本公开的示例所涉及的参数优化方法的载体信号为第一标记信号的条件下的两个用户端的认证准确性随用户端接收的瞬时信道信噪比变化的波形图。
图4d是示出了本公开的示例所涉及的参数优化方法的载体信号为第二标记信号的条件下的两个用户端的认证准确性随用户端接收的瞬时信道信噪比变化的波形图。
图5a是示出了本公开的示例所涉及的参数优化方法的两个用户端的模棱两可值随用户端接收的瞬时信道信噪比变化的波形图。
图5b是示出了本公开的示例所涉及的参数优化方法的两个用户端的整体模棱两可值随用户端接收的瞬时信道信噪比变化的波形图。
图6是示了出本公开的示例所涉及的基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化装置的框图。
具体实施方式
以下，参考附图，详细地说明本公开的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。需要说明的是，本公开中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，例如所包括或所具有的一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可以包括或具有没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本公开提供了基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法。基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法可以简称为参数优化方法。在本公开中的参数优化方法能够提高系统安全性。
本公开涉及的参数优化方法是包括基站和多个用户端的基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法。也即，NOMA系统可以在相同的时隙，频带和空间方向上为多个用户服务。其中，基站(例如接入点)可以是指接入网中在空中接口上通过一个或多个扇区与无线终端通信的设备。基站可用于将收到的空中帧与IP帧进行相互转换，作为无线终端与接入网的其余部分之间的路由器，其中，接入网的其余部分可包括网际协议(IP)网络。基站还可以协调对空中接口的属性管理。例如，基站可以是GSM或CDMA中的基站(BTS，Base Transceiver Station)，也可以是WCDMA中的基站(NodeB)，还可以是LTE中的演进型基站(NodeB或eNB或e-NodeB，evolutional Node B)。用户端可以包括但不限于用户设备。用户设备可以包括但不限于智能手机、笔记本电脑、个人计算机(Personal Computer，PC)、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、移动互联网设备(Mobile InternetDevice，MID)、穿戴设备(如智能手表、智能手环、智能眼镜)等各类电子设备，其中，该用户设备的操作系统可包括但不限于Android操作系统、IOS操作系统、Symbian(塞班)操作系统、Black Berry(黑莓)操作系统、Windows Phone8操作系统等等。
在一些示例中，用户端的数量可以是两个。图1是示出了本公开的示例所涉及的基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法的系统模型示意图。图1所示的为具有双用户端的下行链路(Down Link，DL)的NOMA系统。基站(BS)在同一信道资源块处同时服务于两个单天线用户端。如图1所示，NOMA系统中可以包括一个基站和两个用户端。第一用户端与基站的距离是d1。第二用户端与基站的距离是d2。距离d1与距离d2满足d1＞d2。
图2是示出了本公开的示例所涉及的基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法的流程示意图。图3是示出了本公开的示例所涉及的基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法的第一载体信号的结构示意图。
在一些示例中，如图2所示，基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法包括基站发射第一载体信号，第一载体信号包括多个认证标签和多个用户信息，各个认证标签叠加在相应的用户信息上，第一载体信号经过无线衰落信道得到第二载体信号(步骤S100)。在步骤S100中，认证标签是物理层认证标签。第一载体信号可以包括多个认证标签和多个用户信息。认证标签是物理层认证标签。各个认证标签相互独立，认证标签由哈希函数、相应的用户信息和密钥生成。具体而言认证标签t可以通过单向的、抗碰撞的哈希函数g(·)，使用相应的用户信息和密钥k生成。由此，使得各个用户端的接收器能够通过相应的认证标签验证基站的发送器。用户信息的数量与用户端(后续具体描述)的数量一致。每个用户信息可以携带相应的用户端所需信息。另外，用户信息与认证标签在统计上是不相关的。
在一些示例中，第一载体信号x满足：其中，sk表示第k个用户端的用户信息，βk表示第k个用户端的用户信息的功率分配因子，k取自然数，αk表示第k个用户端的认证标签的功率分配因子，tk表示第k个用户端的认证标签。当任意的αk满足αk＝0，k取自然数时，第一载体信号不含认证标签。此时第一载体信号为正常信号。
在一些示例中，在如图1所示的NOMA系统中，用户端为两个时，第一载体信号的组成可以如图3所示。如图3所示，第一载体信号可以包括第一认证标签、第二认证标签、第一用户信息和第二用户信息。第一认证标签t1与第二认证标签t2相互独立。第一认证标签叠加在第一用户信息上。第二认证标签叠加在第二用户信息上。叠加了第一认证标签后的第一用户信息叠加在叠加了第二认证标签后的第二用户信息上。第一认证标签t1的信号长度、第二认证标签t2的信号长度、第一用户信息s1的用户信息长度和第二用户信息s2的用户信息长度均相等。各个认证标签的信号长度或各个用户信息的用户信息长度可以用L表示。假设第一载体信号x满足：其中，β1表示第一用户端的用户信息的功率分配因子，β2表示第二用户端的用户信息的功率分配因子，α1表示第一认证标签的功率分配因子，α2表示第二认证标签的功率分配因子。各个功率分配因子满足β1+β2+α1+α2≤1。载体信号x可以以信号块的形式进行发送。每个信号块xL中包括相应的第一用户信息s1,l、第二用户信息s2,l、第一认证标签t1,l和第二认证标签t2,l。可以假设第一认证标签可以由哈希函数、第一用户信息和第一密钥k1生成，第二认证标签可以由哈希函数、第二用户信息和第二密钥k2生成。由此，能够获得不同用户端独立的认证标签。在这种情况下，两个用户端的接收器可以通过相应的认证标签来验证基站的发送器(也称为发射机)。第一认证标签满足t1＝g(s1,k1)。第二认证标签t2＝g(s2,k2)。
在一些示例中，基站发送给每个用户端的第一载体信号独立于发送给其他用户端的第一载体信号。在一些示例中，第一载体信号x可以以信号块的形式发送至无线信道中。信号块(即“帧”)的长度用L表示。载体信号x可以表示为x＝[x1,...,xL]。其中，每个信号块xL中包括相应的第一用户信息s1,l和第二用户信息s2,l。可以假设
在一些示例中，基站可以通过自动功率控制实现对功率的控制。例如，可以将基站的收发台接收的射频信号依次输入具有滤波功能的滤波器和变频器，进而获得中频信号，再将此中频信号输入到基站的自动功率控制模块中对功率进行控制。其中，自动功率控制模块包括A/D转换器、去直流单元、功率估计单元和功率反馈调整单元。
在一些示例中，自动功率控制模块的自动功率控制过程包括：将中频信号经过A/D转换器获得数字信号，该数字信号经过可变点数的去直流单元得到零均值的数字中频信号，该数字中频信号再经过点数可变的功率估计单元得到信号的功率估计，该功率估计值经过功率反馈调整单元得到新的增益系数值，新增益系数应用于下一时间段内的限幅调整过程，最终使数字中频信号的输出维持在稳定功率附近。
在一些示例中，基站可以通过上述的自动功率控制把接收到的信号加以稳定再发送出去，由此，能够有效地减少或避免通信信号在无线传输中的损失，保证用户的通信质量。
在步骤S100中，第一载体信号经过无线衰落信道得到第二载体信号。无线衰落信道可以为块衰落信道。信道在一个信号块上是恒定的，并且从一个信号块到另一个信号块随机且独立地改变。用户端的信道通过hk表示，其中，k取自然数。第k个用户端的信道hk被建模为具有方差的两个独立的零均值复数高斯随机变量，即其中，载体信号的波长λ＝c/fc。其中，c＝3×108m/s和fc是载体信号的载波频率。信道路径损耗指数αd满足αd≥2。dk表示基站和第k个用户端之间的距离。由图1可知，d1＞d2。因此，在图1所示的NOMA系统下，信道被分类为0＜|h1|2≤|h2|2和
在一些示例中，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端的用户信息的功率分配因子的和小于或等于1，即∑βk+∑αk≤1，αk表示第k个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。由此，能够具体获得第二载体信号。
在一些示例中，在图1所示的NOMA系统中，当用户端为两个时，第二载体信号yk可以满足：其中，β1+β2+α1+α2≤1，k＝1,2，PT表示传输功率，hk表示第k个用户端的信道，nk表示第k个复杂的高斯白噪声，βk表示第k个用户端的用户信息的功率分配因子，sk表示第k个用户端的用户信息，αk表示第k个认证标签的功率分配因子，tk表示第k个认证标签。由此，能够具体获得第二载体信号。其中，第k个复杂的高斯白噪声满足nk＝[nk,1,...nk,L]且每个用户端Uk接收的瞬时信道信噪比满足每个用户端Uk接收的平均接收信噪比γk满足
在一些示例中，如图2所示，基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法包括多个用户端分别接收第二载体信号，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，基于信道估计和目标用户信息获得残差信号且基于残差信号和目标认证标签获得检验统计量(步骤S200)。
在步骤S200中，多个用户端可以分别接收第二载体信号。各个用户端进行解码获得相应的目标用户信息。各个用户端进行判决排出需要消除的干扰用户端的顺序，基于顺序消除相应的干扰用户端的用户信息获得相应的目标用户信息。由此，能够较好地提高频谱效率。例如图1所示的NOMA系统中，第一用户端可以接收第二载体信号y1并进行解码获得第一目标用户信息第二用户端可以接收第二载体信号y2并进行解码消除第一目标用户信息进而获得第二目标用户信息具体而言，由于和β1≥β2＞0，第二用户端解码出第一目标用户信息并进行连续干扰消除(即第二用户端删除第一用户信息s1)。在进行连续干扰消除后，第二用户端解码出第二目标用户信息
在一些示例中，第二载体信号包括导频信号，各个用户端Uk基于第二载体信号yk中的导频信号获得信道估计。由此，能够获得信道估计 表示第k个用户端的信道估计，即表示第一用户端的信道估计，表示第二用户端的信道估计。
在一些示例中，各个用户端可以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。基于基站获得认证标签的方式，基于各个用户端可以从第二载体信号yk中解码获得相应的目标用户信息每个用户端Uk可以基于密钥k和目标用户信息并利用哈希函数生成目标认证标签。由于认证标签的功率分配因子通常被设置为较低的值，且哈希函数对输入错误是健壮的，所以即使目标用户信息被错误恢复，也可以正确生成目标认证标签。由此，使得各个用户端的接收器能够通过相应的目标认证标签验证基站的发送器(也称为发射机)。例如在如图2所示的系统中，第一用户端基于第一目标用户信息、第一密钥和哈希函数获得第一目标认证标签。第二用户端基于第二目标用户信息、第二密钥和哈希函数获得第二目标认证标签。
在步骤S200中，在一些示例中，基于信道估计和目标用户信息，用户端获得残差信号且基于残差信号和目标认证标签获得检验统计量。例如在如图2所示的系统中，基于信道估计和目标用户信息，第一用户端获得第一残差信号且基于第一残差信号和目标认证标签获得第一检验统计量，第二用户端获得第二残差信号且基于第二残差信号和目标认证标签获得第二检验统计量。下面具体描述第一残差信号、第一检验统计量、第二残差信号和第二检验统计量的获得。
在一些示例中，基于信道估计和目标用户信息，第一用户端U1可以获得第一残差信号。第一残差信号r1可以满足：基于信道估计和目标用户信息，第二用户端U2可以获得第二残差信号。第二残差信号r2可以满足：其中，PT表示传输功率。由此，能够获得第一残差信号和第二残差信号。
在一些示例中，将残差信号和目标认证标签进行匹配滤波获得检验统计量。由此，能够获得检验统计量，以便后续虚警概率的获得。例如，在如图2所示的系统中，第一用户端U1可以基于第一残差信号和目标认证标签获得第一检验统计量。第二用户端U2可以基于第二残差信号和目标认证标签获得第二检验统计量。具体而言，第一用户端U1可以将第一残差信号r1和目标认证标签进行匹配滤波获得第一检验统计量δ1且第二用户端U2将第二残差信号r2和目标认证标签进行匹配滤波获得第二检验统计量δ2且由此，能够利用匹配滤波的方式获得第一检验统计量或第二检验统计量。其中，τ1表示第一初始检验统计量。τ2表示第二初始检验统计量。
在一些示例中，无线衰落信道可以为块衰落信道。第k个用户端的信道估计满足hk表示第k个用户端的信道。当载体信号为标记信号时，第一初始检验统计量满足第二初始检验统计量满足当载体信号为正常信号时，第一初始检验统计量满足第二初始检验统计量满足基于每个用户端Uk的真实性可以由每个信号块的参数决定。参数满足其中，θk是测试阈值。测试阈值θk的最优值可以由虚警概率的上限值确定。另外，表示假设检验条件的第一条件。表示假设检验条件的第二条件。第一条件是指每个用户端的残差信号中不存在目标认证标签。第二条件是指每个用户端的残差信号中存在目标认证标签。
在一些示例中，如图2所示，基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法包括基于信道估计，各个用户端获得信干噪比进而获得中断概率，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)理论获得最优阈值且基于最优阈值获得检测概率(步骤S300)。在步骤S300中，基于信道估计，各个用户端可以获得信干噪比进而获得中断概率。例如在如图2所示的系统中，基于信道估计，第一用户端获得第一信干噪比进而获得第一中断概率，且第二用户端获得第二信干噪比和第三信干噪比进而获得第二中断概率。下面具体描述第一信干噪比、第一中断概率、第二信干噪比、第三信干噪比和第二中断概率的获得。
在一些示例中，无线衰落信道可以为块衰落信道，第k个用户端的信道估计满足hk表示第k个用户端的信道，第一信干噪比λS2,1满足第二信干噪比λS2,2,1满足第三信干噪比λS2,2,2满足其中，hk表示第k个用户端的信道，k＝1,2，PT表示传输功率，表示高斯白噪声的方差。由此，能够获得块衰落信道下的第一信干噪比、第二信干噪比和第三信干噪比。
在一些示例中，各个用户端基于信干噪比获得通信速率，基于通信速率获得中断概率。由此，能够获得中断概率以检测系统的隐蔽性。例如，在如图1所示的系统中，第一用户端基于第一信干噪比λS2,1获得第一通信速率RS2,1进而获得第一中断概率。第二用户端基于第二信干噪比λS2,2,1和第三信干噪比λS2,2,2获得第二通信速率RS2,2,1和第三通信速率RS2,2,2，进而获得第二中断概率。由此，能够检测物理层认证的隐蔽性。
在一些示例中，当载体信号是标记信号时，当信干噪比低于通信速率的下限r0时，通信会发生中断。如果将认证标签视为噪声，则第一通信速率RS2,1可以满足RS2,1＝log2(1+λS2,1)。第二通信速率RS2,2,1可以满足RS2,2,1＝log2(1+λS2,2,1)。第三通信速率RS2,2,2可以满足RS2,2,2＝log2(1+λS2,2,2)。其中，λS2,1表示第一信干噪比，λS2,2,1表示第二信干噪比，λS2,2,2表示第三信干噪比。由此，能够获得各个用户端的通信速率，便于分析载体信号传输时的中断情况。
在一些示例中，当第一用户端U1无法解码第一用户信息，或第二用户端U2无法解码第二用户信息时，载体信号传输中断。第一用户端计算的第一中断概率PS2,1满足第二用户端计算的第二中断概率PS2,2满足其中，RS1,1表示第一通信速率，RS1,2,1表示第二通信速率，RS1,2,2表示第三通信速率，r0表示通信速率的下限。当ξS2,1＞ξS2,2时，第二中断概率PS2,2的取值不同于第二中断概率PS2,2在ξS2,1≤ξS2,2条件下的取值。其中，由此，能够获得各个用户端的中断概率。在这种情况下，便于检测物理层认证的隐蔽性。在一些示例中，物理层的隐蔽认证可以与上层的其他安全技术一起使用，以获得更安全的系统。
在步骤S300中，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。例如在如图2所示的系统中，第一用户端基于第一检验统计量和假设检验条件获得第一虚警概率。第二用户端基于第二检验统计量和假设检验条件获得第二虚警概率。下面具体描述第一虚警概率和第二虚警概率的获得。
在一些示例中，由于获得 和还可以获得和第一用户端基于第一检验统计量和假设检验条件获得第一虚警概率PFA1。在一些示例中，基于Neyman–Pearson理论，第一虚警概率PFA1满足PFA1≤εPFA，其中，εPFA表示虚警概率的上限。具体而言，基于Neyman–Pearson理论，优化假设检验条件，也即在满足PFA1≤εPFA情况下，最大化第一检测概率。当PFA1≤εPFA时，设置第一虚警概率等于虚警概率的上限εPFA，获得第一最优阈值第一最优阈值满足第一检测概率PD,S2,1可以在具有第一最优阈值的零均值复数高斯信道获得。第一检测概率PD,S2,1可以满足：类比第一检测概率PD,S2,1的获得过程，获得第二最优阈值第二最优阈值满足基于第二最优阈值计算第二检测概率PD,S2,2，第二检测概率PD,S2,2可以满足：其中，表示第一最优阈值，表示第二最优阈值，L表示信号块中的用户信息的用户信息长度，α1表示第一认证标签的功率分配因子，α2表示第二认证标签的功率分配因子，γ1表示第一用户端的平均接收信噪比，γ2表示第二用户端的平均接收信噪比。由此，能够检测物理层认证的鲁棒性。且能够判断物理层认证的准确性(可以简称“认证准确性”或“认证准确度”)。
在一些示例中，如图2所示，基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法包括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(步骤S400)。其中，串谋用户是首先被非法用户攻破的用户。被攻破后的串谋用户能够攻击其他的用户。
在步骤S400中，基于认证标签的功率分配因子或用户端的用户信息的功率分配因子，串谋用户端计算认证标签与干扰加噪声比。由此，能够获得认证标签与干扰加噪声比，便于后续获得模棱两可值。串谋用户端基于错误率获得目标熵，基于目标熵获得模棱两可值。由此，能够获得模棱两可值以检测系统的安全性。例如在如图1所示的系统中，当第一用户端或第二用户端为串谋用户端时，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，基于模棱两可值、第一中断概率、第二中断概率、第一检测概率和第二检测概率检测系统性能。下面描述当第一用户端或第二用户端为串谋用户端时，串谋用户端获得的模棱两可值。
在一些示例中，第一用户端U1是尝试发现第二用户端U2的认证标签的串谋用户端。第一用户端U1可以估计信道响应h1，第一用户端U1从接收的第二载体信号中删除用户信息和认证标签获得第一目标残差信号。第l个信息块的第一目标残差信号rS2,1,l满足第一用户端U1计算第一认证标签与干扰加噪声比。第一认证标签与干扰加噪声比ηS2,1满足其中，α2表示第二认证标签的功率分配因子，β2表示第二用户端的用户信息的功率分配因子，γ1表示第一用户端接收的平均接收信噪比。第一用户端U1可以通过第一目标残差信号确认载体信号。确认时的第一错误概率满足基于错误概率获得第一熵。第一熵满足由于第一熵是二进制数，且认证标签的信号长度是L。因此，攻击端可能检测到2L种认证标签中的一种。此时基于第一熵获得第一模棱两可值。第一模棱两可值ψS2,1满足其中，t2,l表示每个信号块中的第二认证标签，rS2,1,l表示第l个信息块的第一目标残差信号。
在一些示例中，第二用户端U2是尝试发现第一用户端U1的认证标签的串谋用户端。类比上述第一用户端为串谋用户端时的情况，第二用户端U2可以获得第二目标残差信号。第l个信息块的第二目标残差信号rS2,2,l满足第二认证标签与干扰加噪声比ηS2,2满足ηS2,2＝α1γ2，其中，α1表示第一认证标签的功率分配因子，γ2表示第二用户端接收的平均接收信噪比。确认时的第二错误概率满足第二熵满足第二模棱两可值ψS2,2满足其中，t1,l表示每个信号块中的第一认证标签，L表示信号块中的用户信息的用户信息长度，rS2,2,l表示第l个信息块的第二目标残差信号。由此，能够获得第一用户端或第二用户端为串谋用户端时的模棱两可值。
在一些示例中，如图2所示，基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法包括基站接收多个用户端发射的反馈信号，基于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(步骤S500)。例如，在如图1所示的系统中，基站接收第一用户端和第二用户端发射的反馈信号，基于反馈信号获得瞬时信道状态信息进而优化认证标签的功率分配因子、第一用户信息的功率分配因子和第二用户信息的功率分配因子，以实现最大化系统的最小公平性。
在步骤S500中，基站可以连续获得信道反馈。信道反馈可以通过多个用户端分别发射的反馈信号获得。基于反馈信号基站可以获得瞬时信道状态信息(CSI)。信道状态信息可以是指通信链路的信道属性。信道状态信息可以包括信道衰减因子、信号散射状态、环境衰弱因子等。基于瞬时信道状态信息基站可以优化认证标签的功率分配因子、各个用户信息的功率分配因子。在步骤S500中，优化步骤可以包括：基于反馈信号当无线信道下的多个用户端的检测概率均大于检测概率上限时，首先优化每个认证标签的功率分配因子获得每个认证标签的最佳认证标签功率分配因子；基于每个认证标签最佳认证标签功率分配因子优化各个用户信息的功率分配因子(对各个用户端与基站的距离进行排序，按照排序从距离最小的用户端的用户信息的功率分配因子开始进行优化)，以获得每个对应用户信息的最佳用户信息功率分配因子；当认证标签最佳功率分配因子、最佳用户信息功率分配因子的总值小于或等于一时，完成优化，当认证标签最佳功率分配因子、最佳用户信息功率分配因子的总值大于一时，基站取消信号(第一载体信号)的传输或者调节传输功率PT，然后重复步骤S500，直到总值小于或等于一。由此，能够实现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的优化。
以下结合图1所示的系统，分析两个用户端时的优化步骤。
具体而言，当无线信道下的两个用户端的检测概率均大于检测概率上限时，首先优化第一认证标签的第一功率分配因子和第二认证标签的第二功率分配因子获得第一认证标签的第一最佳认证标签功率分配因子和第二认证标签的第二最佳认证标签功率分配因子。其中，检测概率上限为εPD。第一认证标签的第一最佳认证标签功率分配因子和第二认证标签的第二最佳认证标签功率分配因子分别满足在一些示例中，和时基站为两个用户端提供的认证准确度比较低。
基于第一最佳认证标签功率分配因子和第二最佳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，第二最佳用户信息功率分配因子满足基于第一最佳认证标签功率分配因子、第二最佳认证标签功率分配因子和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，第一最佳用户信息功率分配因子满足其中，εPD表示检测概率上限，εPFA表示虚警概率的上限，L表示第一载体信号的信息块的长度，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，α1表示第一认证标签的功率分配因子，α2表示第二认证标签的功率分配因子，r0表示通信速率的下限。因此，将获得的第一最佳认证标签功率分配因子和第二最佳认证标签功率分配因子带入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式中，可以获得具体的第一用户信息的第一最佳用户信息功率分配因子和第二用户信息的第二最佳用户信息功率分配因子。
当第一最佳认证标签功率分配因子、第二最佳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。当第一最佳认证标签功率分配因子、第二最佳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大于一时，基站可以取消信号(第一载体信号)传输或者调节传输功率PT，然后重复优化步骤，直到由此，能够实现认证精度方面的公平性。
下面结合图4a、图4b、图4c、图4d、图5a和图5b，分析图1所示的NOMA系统下的系统性能。图4a是示出了本公开的示例所涉及的参数优化方法的载体信号为第一标记信号的条件下的两个用户端的中断概率随用户端接收的瞬时信道信噪比变化的波形图。图4b是示出了本公开的示例所涉及的参数优化方法的载体信号为第二标记信号的条件下的两个用户端的中断概率随用户端接收的瞬时信道信噪比变化的波形图。图4c是示出了本公开的示例所涉及的参数优化方法的载体信号为第一标记信号的条件下的两个用户端的认证准确性随用户端接收的瞬时信道信噪比变化的波形图。图4d是示出了本公开的示例所涉及的参数优化方法的载体信号为第二标记信号的条件下的两个用户端的认证准确性随用户端接收的瞬时信道信噪比变化的波形图。
图4a、图4b、图4c和图4d的波形图都是在条件εPD＝0.9下获得的。第一标记信号是仅包括一个共享认证标签的载体信号，第二标记信号是包括第一认证标签和第二认证标签的载体信号。其中，波形A1和波形A2是第一用户端的第一中断概率的波形。波形B1和波形B2是第二用户端的第二中断概率的波形。如图4a和图4b所示，随着用户端接收的瞬时信道信噪比的增加，中断概率(第一中断概率或第二中断概率)减小。波形C1和波形C2是第一用户端的第一认证准确性的波形。波形D1和波形D2是第二用户端接收的第二认证准确性的波形。如图4c和图4d所示，随着用户端接收的瞬时信道信噪比的增加，认证准确性(第一认证准确性和第二认证准确性)增加。
图5a是示出了本公开的示例所涉及的参数优化方法的两个用户端的模棱两可值随用户端接收的瞬时信道信噪比变化的波形图。图5b是示出了本公开的示例所涉及的参数优化方法的两个用户端的整体模棱两可值随用户端接收的瞬时信道信噪比变化的波形图。
图5a和图5b的波形图都是在L＝64且第二载体信号是第二标记信号的条件下获得的。如图5a所示，波形E是第一用户端的第一模棱两可值的波形图。波形F是第二用户端的第二模棱两可值的波形图。波形G是第一用户端的第一整体模棱两可值的波形图。波形H是第二用户端的第二整体模棱两可值的波形图。如图5a所示，随着用户端接收的瞬时信道信噪比的增加，第一用户端的第一模棱两可值不变，第二用户端的第二模棱两可值减小。如图5b所示，随着用户端接收的瞬时信道信噪比的增加，第一用户端的第一整体模棱两可值不变，第二用户端的第二整体模棱两可值减小。
本公开涉及的基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法，通过物理层认证安全认证基站的发送器，由此能够避免上层认证方法带来兼容性问题。另外，本公开的参数优化方法可以提高系统安全性和公平性，且能够整体分析系统的隐蔽性，鲁棒性和安全性。
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，各个认证标签叠加在相应的用户信息上，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、残差信号和检验统计量，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。
本公开涉及一种基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化装置。基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化装置可以简称为参数优化装置。参数优化装置是包括发射装置和多个用户装置的基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化装置。在本公开中，参数优化装置中的发射装置可以类比上述参数优化方法中的基站，用户装置可以类比上述参数优化方法中的用户端。
图6是示了出本公开的示例所涉及的基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化装置的框图。如图6所示，基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化装置1包括发射装置10和用户装置20。用户装置20的数量是k个。每个用户装置20可以表述为用户装置k或用户装置Uk。k是大于1的正整数。发射装置10和多个用户装置20通过无线信道进行通信。在一些示例中，发射装置10可以是基站。用户装置20可以包括但不限于用户设备。
在一些示例中，发射装置10可以用于发射第一载体信号，第一载体信号包括多个认证标签和多个用户信息，各个认证标签叠加在相应的用户信息上，第一载体信号经过无线衰落信道得到第二载体信号。各个认证标签相互独立。认证标签由哈希函数、相应的用户信息和密钥生成。具体可以参见上述参数优化方法中的步骤S100。
在一些示例中，多个用户装置20可以分别接收第二载体信号，各个用户装置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，基于信道估计和目标用户信息。用户装置20可以获得残差信号且基于残差信号和目标认证标签获得检验统计量。基于信道估计，各个用户装置20获得信干噪比进而获得中断概率。各个用户装置20可以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，基于最优阈值获得检测概率。其中，多个用户装置20可以是两个用户装置20。若多个用户装置20中存在串谋用户装置时，串谋用户装置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。其中，串谋用户装置是首先被非法用户装置攻破的用户装置20。被攻破后的串谋用户装置能够攻击其他的用户装置20。可以参见上述参数优化方法中的步骤S200至步骤S400。
在一些示例中，发射装置10可以接收多个用户装置20发射的反馈信号，基于反馈信号当无线信道下的多个用户装置的检测概率均大于检测概率上限时，首先优化第一认证标签的第一功率分配因子和第二认证标签的第二功率分配因子获得第一认证标签的第一最佳认证标签功率分配因子和第二认证标签的第二最佳认证标签功率分配因子，第一最佳认证标签功率分配因子和第二最佳认证标签功率分配因子分别满足
基于第一最佳认证标签功率分配因子和第二最佳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。第二最佳用户信息功率分配因子满足基于第一最佳认证标签功率分配因子、第二最佳认证标签功率分配因子和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。第一最佳用户信息功率分配因子满足当第一最佳认证标签功率分配因子、第二最佳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，当第一最佳认证标签功率分配因子、第二最佳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大于一时，发射装置10取消第一载体信号的传输或者调节传输功率PT，并重复第一最佳认证标签功率分配因子、第二最佳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。L表示第一载体信号的信息块的长度。表示第一用户装置接收的瞬时信道信噪比。表示第二用户装置接收的瞬时信道信噪比。α1表示第一认证标签的功率分配因子，α2表示第二认证标签的功率分配因子。r0表示通信速率的下限。可以参见上述参数优化方法中的步骤S500。
在本公开中，发射装置10发射包括多个认证标签和多个用户信息的第一载体信号，各个认证标签叠加在相应的用户信息上，第一载体信号经过无线衰落信道得到第二载体信号；多个用户装置20分别接收第二载体信号，各个用户装置20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、残差信号和检验统计量，基于信道估计，各个用户装置20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。各个用户装置20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，若多个用户装置20中存在串谋用户装置时，串谋用户装置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，发射装置10接收多个用户装置20发射的反馈信号，基于反馈信号依次第一优化认证标签的功率分配因子、第二优化认证标签的功率分配因子、第二用户信息的功率分配因子和第一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装置造成的安全风险。

Claims (9)

1.一种基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法，是包括基站和两个用户端的基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化方法，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，各个所述认证标签叠加在相应的所述用户信息上，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，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；
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，基于反馈信号当无线信道下的多个用户端的检测概率均大于检测概率上限时，首先优化第一认证标签的第一功率分配因子和第二认证标签的第二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，所述第一最佳认证标签功率分配因子和所述第二最佳认证标签功率分配因子分别满足基于所述第一最佳认证标签功率分配因子和所述第二最佳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第一最佳认证标签功率分配因子、所述第二最佳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第一最佳认证标签功率分配因子、所述第二最佳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，当所述第一最佳认证标签功率分配因子、所述第二最佳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，并重复所述第一最佳认证标签功率分配因子、所述第二最佳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，L表示第一载体信号的信息块的长度，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，α1表示第一认证标签的功率分配因子，α2表示第二认证标签的功率分配因子，r0表示通信速率的下限。
2.如权利要求1所述的参数优化方法，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，各个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，αk表示第k个认证标签的功率分配因子，βk表示第k个用户信息的功率分配因子。
3.如权利要求1所述的参数优化方法，其特征在于：
各个所述认证标签相互独立，所述认证标签由哈希函数、相应的用户信息和密钥生成。
4.如权利要求1所述的参数优化方法，其特征在于：
基于所述认证标签的功率分配因子和/或所述用户端的用户信息的功率分配因子，所述串谋用户端计算认证标签与干扰加噪声比。
5.如权利要求4所述的参数优化方法，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所述的参数优化方法，其特征在于：
各个所述用户端进行判决排出需要消除的干扰用户端的顺序，基于所述顺序消除相应的干扰用户端的用户信息获得相应的目标用户信息。
7.如权利要求1所述的参数优化方法，其特征在于：
所述多个用户端是两个用户端。
8.一种基于叠加认证标签的非正交多址认证系统的参数优化装置，其特征在于，
包括：
发射装置，其用于发射第一载体信号，所述第一载体信号包括多个认证标签和多个用户信息，各个所述认证标签叠加在相应的所述用户信息上，所述第一载体信号经过无线衰落信道得到第二载体信号；以及
多个用户装置，多个所述用户装置分别接收所述第二载体信号，各个所述用户装置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，基于所述信道估计和所述目标用户信息，所述用户装置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，基于所述信道估计，各个所述用户装置获得信干噪比进而获得中断概率，各个所述用户装置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，基于所述最优阈值获得检测概率，
其中，若多个所述用户装置中存在串谋用户装置时，所述串谋用户装置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，所述发射装置接收所述多个用户装置发射的反馈信号，基于反馈信号当无线信道下的多个用户装置的检测概率均大于检测概率上限时，首先优化第一认证标签的第一功率分配因子和第二认证标签的第二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，所述第一最佳认证标签功率分配因子和所述第二最佳认证标签功率分配因子分别满足基于所述第一最佳认证标签功率分配因子和所述第二最佳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第一最佳认证标签功率分配因子、所述第二最佳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第一最佳认证标签功率分配因子、所述第二最佳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，当所述第一最佳认证标签功率分配因子、所述第二最佳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，发射装置取消所述第一载体信号的传输或者调节传输功率PT，并重复所述第一最佳认证标签功率分配因子、所述第二最佳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，L表示第一载体信号的信息块的长度，表示第一用户装置接收的瞬时信道信噪比，表示第二用户装置接收的瞬时信道信噪比，α1表示第一认证标签的功率分配因子，α2表示第二认证标签的功率分配因子，r0表示通信速率的下限。
9.如权利要求8所述的参数优化装置，其特征在于：
所述多个用户装置是两个用户装置。
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