无人机通信安全中的三维波束成形技术

王长龙，袁全盛，胡永江

(陆军工程大学石家庄校区，石家庄 050003)

0 引 言

近年来，无人机因其机动性能好、制造费用低等特点，在民用和军事领域受到了极大的关注[1-2]。然而，无人机所传输的数据具有私密性、敏感性的特点，容易成为窃听的目标；另一方面，在无人机通信系统中的信道是无线通信信道，具有广播特性，因此无人机通信面临着巨大的安全挑战。结合无人机通信的具体特点，利用无线信道的物理层特性实现安全通信的物理层安全技术，可以为无人机通信提供安全保障[3-4]。

目前，大部分物理层安全技术的研究均假设合法发送者可知合法信道和窃听信道的理想信道状态信息(Channel State Information，CSI)[5-6]。一般来说，合法发送者获取CSI的途径有两个：信道互易和反馈。信道互易的原理是假定在相同的时间、频率、空间内信道收发系数是一致的，但是在无人机通信中上行链路和下行链路的参数往往是不同的，需要通过校准等技术使得信道互易有效。利用反馈技术获取CSI准确性较高，但会带来反馈开销。因此，在无人机通信模型中，获取地面节点CSI的过程会耗费一定时间，导致合法发送者获取CSI存在延迟。延迟CSI会对无人机通信中的物理层安全性能造成影响。

作为一种信号处理技术，波束成形可以显著提高通信系统的物理层安全性能，已成为物理层安全研究的一个重要方面。现有的物理层安全波束成形技术主要是二维波束成形[7-9]，即在水平方向上进行波束成形设计，而忽略了垂直方向上的波束成形设计。……