【摘 要】
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随着社会的发展,人们对移动通信的要求越来越高,快捷、可靠、高速的无线接入已成为现代移动通信技术的主要研究方向之一。无人机因其高机动性、低成本、可按需部署等优点,可以为多种实际场景提供可靠且有成本效益的无线通信解决方案。随着6G研发的正式开展,智能反射表面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)作为一种全新的革命性技术悄然出现,其通过对入射信号进行智能反射,以重构无线
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随着社会的发展,人们对移动通信的要求越来越高,快捷、可靠、高速的无线接入已成为现代移动通信技术的主要研究方向之一。无人机因其高机动性、低成本、可按需部署等优点,可以为多种实际场景提供可靠且有成本效益的无线通信解决方案。随着6G研发的正式开展,智能反射表面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)作为一种全新的革命性技术悄然出现,其通过对入射信号进行智能反射,以重构无线传播环境。因而IRS辅助的无人机通信系统可期进一步提高无人机通信质量。由于无线信道的广播特性所带来的安全问题的存在,为IRS辅助的无人机通信提供安全保障是眼下急需攻克的难题。传统加密技术需要进行复杂的加解密操作,这将给无人机带来额外的能量损耗。考虑到无人机自身电池能量有限,充分利用无线信道物理特性来保证通信安全的物理层安全技术已成为无人机安全通信的首选方案。基于此,本文旨在用物理层安全技术提高IRS辅助的无人机通信系统安全性能。主要包括以下两点:(1)IRS辅助的协作多点接收无人机通信系统。在该通信系统中,无人机作为空中基站向多个地面用户发送的信号可通过IRS反射到地面用户。考虑到地面用户之间的公平性,建立了以最大化所有地面用户最小平均安全速率为目标的混合整数非凸优化问题。通过块坐标下降技术将其划分为IRS被动波束赋形优化、地面用户调度优化、无人机发射功率和飞行轨迹优化四个子问题。采用连续凸近似技术近似求解无人机发射功率和飞行轨迹优化两个非凸子问题。最后以迭代求解四个子问题的方式求得该优化问题的一个局部最优解。仿真数值结果表明,相较于基准方案,所提出的联合优化算法能够获得更佳的安全性能。(2)IRS辅助的全双工无人机协作干扰通信系统。该场景地面用户向无人机发送信息信号,无人机在接收信息信号的同时向窃听者发送干扰信号。无论是地面用户发送的信息信号还是无人机发送的干扰信号,IRS均为其搭建了一条额外的反射路径。通过联合优化IRS被动波束赋形、信源发射功率、无人机干扰功率和飞行轨迹以最大化系统平均安全速率。由于该优化问题是非凸的,难以直接求解,因而采用块坐标下降和连续凸近似技术将其近似为凸优化问题求解。仿真结果表明,联合优化算法能够显著提高系统安全性能。
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