北理工在无人机通信方面取得研究新成果

日前，北京理工大学信息与电子学院匡镜明教授团队在5G/后5G无线传输技术研究方面取得重要进展，其研究成果以“Secure UAV Communication Networks over 5G”为题发表在通信领域国际顶级期刊《IEEE Wireless Communications》（影响因子11）。

为海量终端设备提供巨连接是5G和后5G系统研究的关键技术之一。面对意外或应急情况(例如抢险救灾)，由于其复杂多变的地理环境和通信环境，部署地面通信基础设施极具挑战性。为了解决这一问题，利用无人机(UAV)作为空中通信平台构建智能异构网络是一项富有应用前景的技术。与地面固定基站相比，无人机具有部署灵活、移动性可控以及支持高速率传输的优点。该研究团队提出了一种无人机辅助异构网络的体系结构，旨在构建一个具有更高灵活性和弹性的网络，可作为现有蜂窝网络的一种扩展，为热点地区覆盖增强或应急部署提供高效灵活的通信保障。

无人机搭载的无线通信网络是一个动态的分层网络，其传输的数据易受未授权用户的窃听，因此安全传输是一个重要课题。该研究团队引入了三种典型的无人机网络窃听场景如图2所示。（1）在无人机辅助基站覆盖场景中，通过部署无人机平台充当移动的空中基站，并辅以现有的网络架构进行无线信息传输，可以实现无线网络覆盖区域的快速移动；（2）无人机可作为空中移动中继为远距离用户或用户群之间提供无线连接；（3）无人机可作为空中用户与地面用户共存，支持物联网的应用，特别是航空货运服务（如亚马逊Prime Air和谷歌Wing项目）。

物理层安全技术作为一种基于信息论的抵御窃听者的安全保障手段，利用无线传输介质的内在随机性和合法信道与窃听信道的差异性，为保障信息安全传输提供了一种全新的思路。该研究团队将物理层安全技术应用到无人机通信网络中：（1）针对无人机基站悬停式随机异构网络安全性能受限以及续航能力受搭载电源限制等问题，建立了一种安全能效联合分析框架；（2）针对无人机移动中继系统中的空-地链路在传输数据信息过程中可能会受到恶意窃听者的截获，设计了一种两跳放大转发无人机中继网络安全传输策略。