通过联合轨迹与功率控制保障无人机通信安全

无人机（UAV）通信因其低成本、高机动性和按需部署等诸多优势，预计将在即将到来的第五代（5G）无线网络中广泛应用。然而，空对地无线信道的广播与视距（LoS）特性带来了一个新的挑战，即如何实现与地面上目标节点的安全无人机通信。本文旨在应用物理层安全技术应对此挑战。我们考虑无人机与地面节点之间的下行与上行无人机通信，即分别为无人机对地（U2G）与地对无人机（G2U）通信，且地面存在一个潜在的窃听者。与现有仅涉及固定或准静态位置地面节点的无线物理层安全文献不同，我们利用无人机的高机动性，通过其轨迹设计主动为合法链路与窃听链路分别建立有利与恶化信道。我们提出了新的问题，通过在给定飞行周期内联合优化无人机的轨迹与合法发射机的发射功率，分别最大化 U2G 与 G2U 传输的平均保密速率。尽管所提问题为非凸，我们应用块坐标下降与连续凸优化方法提出了高效迭代算法求解。具体而言，以交替方式在另一变量固定时分别优化发射功率与无人机轨迹，直至算法收敛。仿真结果表明，与无功率控制和/或轨迹优化的其他基准方案相比，所提算法可提升 U2G 与 G2U 通信的保密速率。