基于物理层认证的URLLC系统的性能评估方法及系统技术方案

本公开描述一种基于物理层认证的URLLC系统的性能评估方法，其包括：发射端向接收端发射帧，帧包括导频信号、认证信号和信息信号，认证信号叠加在信息信号上，信息信号由初始信号进行信道编码和调制获得，基于信息信号、哈希函数和密钥获得认证信号；接收端基于帧计算帧差错概率，进而计算数据传输的解码概率，接收端基于帧和假设检验条件获得虚警概率，进而获得平均虚警概率，基于内曼‑皮尔逊理论，设置平均虚警概率等于虚警概率的上限，获得最优阈值，基于最优阈值获得检测概率，基于检测概率获得平均检测概率；当解码概率和平均检测概率满足系统要求时，帧通过认证，接收端基于解码概率和平均检测概率获得吞吐量，以评估URLLC系统的性能。

【技术实现步骤摘要】
基于物理层认证的URLLC系统的性能评估方法及系统
本公开涉及URLLC通信
，具体地涉及一种基于物理层认证的URLLC系统的性能评估方法及系统。
技术介绍
现有的大多数无线网络通常专注于以人为中心的通信、延迟容忍内容和可靠性水平从而无法提供超高可靠性和低延迟。另外在诸如增强和虚拟现实、工业控制、自动驾驶或飞行、机器人和触觉互联网的领域中设想了无线通信的新用途，例如第五代(5G)无线接入。作为回应，预计新版本的移动蜂窝网络将支持具有严格延迟要求和可靠性的超可靠低延迟通信(UltraReliableLowLatencyCommunications，URLLC)场景。在现有的URLLC领域中，其安全性通常通过上层的传统密码技术来实现，然而，对于安全的URLLC的实现通常考虑两个问题。其一是效率问题，这是由于在验证发射机之前，不可避免地要在上层和物理层(PHY)中完成各种耗时的任务。其二是兼容性问题，这是由于不同制造商生产的无线设备各不相同，并且因为在上层缺乏对不同数字语言和通信过程的理解，阻碍了URLLC的大规模连接。然而，在PHY层的各种无线设备的机制是相似的。
技术实现思路
本公开是为了解决上述现有问题而完成的，其目的在于提供一种能够在异构共存环境中快速进行认证的基于物理层认证的URLLC系统的性能评估方法及系统。为此，本公开第一方面提供了一种基于物理层认证的URLLC系统的性能评估方法，是包括发射端和接收端的基于物理层认证基于URLLC系统的性能评估方法，其特征在于，包括：所述发射端向所述接收端发射帧，所述帧包括导频信号、认证信号和信息信号，所述认证信号叠加在所述信息信号上，所述信息信号由初始信号进行信道编码和调制获得，基于所述信息信号、哈希函数和密钥获得所述认证信号；所述接收端基于所述帧计算帧差错概率，基于所述帧差错概率获得数据传输的解码概率，所述接收端基于所述帧和假设检验条件获得虚警概率，计算所述虚警概率的期望进而获得平均虚警概率，基于Neyman–Pearson(内曼-皮尔逊)理论，设置所述平均虚警概率等于虚警概率的上限，获得最优阈值，基于所述最优阈值获得检测概率，基于所述检测概率获得平均检测概率；并且当所述解码概率和所述平均检测概率满足系统要求时，所述帧通过认证，所述接收端基于所述解码概率和所述平均检测概率获得吞吐量，以评估URLLC系统的性能。在本公开中，发射端向接收端发射具有导频信号、认证信号和信息信号的帧，认证信号叠加在信息信号上，信息信号由初始信号进行信道编码和调制获得，基于信息信号、哈希函数和密钥获得认证信号；接收端基于帧计算帧差错概率，进而获得数据传输的解码概率；接收端基于帧和假设检验条件获得虚警概率，计算虚警概率的期望进而获得平均虚警概率，基于Neyman–Pearson(内曼-皮尔逊)理论，当平均虚警概率小于或等于虚警概率的上限时，获得最优阈值，基于最优阈值获得检测概率，进而获得平均检测概率；并且当解码概率和平均检测概率满足系统要求时，帧通过认证，接收端基于解码概率和平均检测概率获得吞吐量，以评估URLLC系统的性能。由此，能够在异构共存环境中快速进行认证。本公开第一方面所涉及的性能评估方法中，可选地，所述帧是短帧结构，所述帧的帧长度n等于所述导频信号的信号长度np和所述标签信号的信号长度nd，即n＝np+nd。由此，能够基于导频信号的信号长度和标签信号的信号长度获得帧的帧长度。本公开第一方面所涉及的性能评估方法中，可选地，所述认证信号叠加在所述信息信号上形成标签信号，所述信息信号的信号长度等于所述认证信号的信号长度等于所述标签信号的信号长度nd。由此，能够根据认证信号和信息信号获得标签信号。本公开第一方面所涉及的性能评估方法中，可选地，所述信息信号的功率分配因子与所述认证信号的功率分配因子之和满足由此，能够满足后续认证的条件。本公开第一方面所涉及的性能评估方法中，可选地，所述帧差错概率满足其中，kd表示所述初始信号的信息位长度，n表示所述帧的帧长度，γ表示所述信噪比，C(γ)表示香农容量，V(γ)表示信道分散系数，nd表示所述标签信号的信号长度。由此，能够获得帧差错概率。本公开第一方面所涉及的性能评估方法中，可选地，所述解码概率pData满足pData＝1-ε(kd,n,γ)，当pData≥1-εR时，所述解码概率满足系统要求，其中，εR表示可靠解码的阈值。由此，能够获得解码概率。本公开第一方面所涉及的性能评估方法中，可选地，所述平均检测概率满足其中，θ*表示所述最优阈值，nd表示所述标签信号的信号长度，表示所述认证信号的功率分配因子，γh表示信道信噪比，当时，所述平均检测概率满足系统要求，εS表示安全认证的阈值。由此，能够获得平均检测概率。本公开第一方面所涉及的性能评估方法中，可选地，所述吞吐量满足其中，表示所述平均检测概率，pData表示所述解码概率，kd表示所述初始信号的信息位长度，n表示所述帧的帧长度。由此，能够获得吞吐量。本公开第二方面提供了一种基于物理层认证的URLLC系统的性能评估系统，是包括发射装置和接收装置的基于物理层认证的URLLC系统的性能评估系统，其特征在于，包括：所述发射装置，其用于向所述接收装置发射帧，所述帧包括导频信号和标签信号，所述标签信号包括认证信号和信息信号，所述认证信号叠加在所述信息信号上，所述信息信号由初始信号进行信道编码和调制获得，基于所述信息信号、哈希函数和密钥获得所述认证信号；以及所述接收装置，其用于基于所述帧计算帧差错概率，基于所述帧差错概率获得数据传输的解码概率，所述接收装置基于所述帧和假设检验条件获得虚警概率，计算所述虚警概率的期望进而获得平均虚警概率，基于Neyman–Pearson(内曼-皮尔逊)理论，设置所述平均虚警概率等于虚警概率的上限，获得最优阈值，基于所述最优阈值获得检测概率，基于所述检测概率获得平均检测概率，当所述解码概率和所述平均检测概率满足系统要求时，所述帧通过认证，所述接收装置基于所述解码概率和所述平均检测概率获得吞吐量，以评估URLLC系统的性能。由此，能够在异构共存环境中快速进行认证。本公开第二方面所涉及的性能评估系统中，可选地，所述吞吐量满足其中，表示所述平均检测概率，pData表示所述解码概率，kd表示所述初始信号的信息位长度，n表示所述帧的帧长度。由此，能够获得吞吐量。附图说明图1是示出了本公开的示例所涉及的基于物理层认证的URLLC系统的性能评估方法的流程示意图。图2是示出了本公开的示例所涉及的基于物理层认证的URLLC系统的性能评估方法的发射端发射的帧的结构示意图。图3是示出了本公开的示例所涉及的性能评估方法在不同的安全认证的阈值条件下的吞吐量随信道信噪比的变化的波形图。图4是示出了本公开的示例所涉及的性能评估方法在不同的可靠解码的阈值条件下的吞吐量随信道信噪比的变化的波形图。图5是示出了本公开的示例所涉及的性能评估方法在不同的信道信噪比条件下的吞吐量随初始信号的信息位长度的变化的波形图。图6是示出了本公开的示例所涉及的性能评估方法在不同的信道最大使用次数条件下的吞吐量随初始信号的信息位长度的变化的波形图。图7是示出了本公开的示例所涉及的基于物理层认证的URLLC系统的性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于物理层认证的URLLC系统的性能评估方法，是包括发射端和接收端的基于物理层认证基于URLLC系统的性能评估方法，其特征在于，包括：所述发射端向所述接收端发射帧，所述帧包括导频信号、认证信号和信息信号，所述认证信号叠加在所述信息信号上，所述信息信号由初始信号进行信道编码和调制获得，基于所述信息信号、哈希函数和密钥获得所述认证信号；所述接收端基于所述帧计算帧差错概率，基于所述帧差错概率获得数据传输的解码概率，所述接收端基于所述帧和假设检验条件获得虚警概率，计算所述虚警概率的期望进而获得平均虚警概率，基于Neyman–Pearson(内曼‑皮尔逊)理论，设置所述平均虚警概率等于虚警概率的上限，获得最优阈值，基于所述最优阈值获得检测概率，基于所述检测概率获得平均检测概率；并且当所述解码概率和所述平均检测概率满足系统要求时，所述帧通过认证，所述接收端基于所述解码概率和所述平均检测概率获得吞吐量，以评估URLLC系统的性能。

【技术特征摘要】
1.一种基于物理层认证的URLLC系统的性能评估方法，是包括发射端和接收端的基于物理层认证基于URLLC系统的性能评估方法，其特征在于，包括：所述发射端向所述接收端发射帧，所述帧包括导频信号、认证信号和信息信号，所述认证信号叠加在所述信息信号上，所述信息信号由初始信号进行信道编码和调制获得，基于所述信息信号、哈希函数和密钥获得所述认证信号；所述接收端基于所述帧计算帧差错概率，基于所述帧差错概率获得数据传输的解码概率，所述接收端基于所述帧和假设检验条件获得虚警概率，计算所述虚警概率的期望进而获得平均虚警概率，基于Neyman–Pearson(内曼-皮尔逊)理论，设置所述平均虚警概率等于虚警概率的上限，获得最优阈值，基于所述最优阈值获得检测概率，基于所述检测概率获得平均检测概率；并且当所述解码概率和所述平均检测概率满足系统要求时，所述帧通过认证，所述接收端基于所述解码概率和所述平均检测概率获得吞吐量，以评估URLLC系统的性能。2.根据权利要求1所述的性能评估方法，其特征在于：所述帧是短帧结构，所述帧的帧长度n等于所述导频信号的信号长度np和所述标签信号的信号长度nd，即n＝np+nd。3.根据权利要求1所述的性能评估方法，其特征在于：所述认证信号叠加在所述信息信号上形成标签信号，所述信息信号的信号长度等于所述认证信号的信号长度等于所述标签信号的信号长度nd。4.根据权利要求1所述的性能评估方法，其特征在于：所述信息信号的功率分配因子与所述认证信号的功率分配因子之和满足5.根据权利要求1所述的性能评估方法，其特征在于：所述帧差错概率满足其中，kd表示所述初始信号的信息位长度，n表示所述帧的帧长度，γ表示所述信噪比，C(γ)表示香农容量，V(γ)表示信道分散系数，nd表示所述标签信号的信号长度。6.根据权利要求1所述的性能评估方法，其特征在于：所述解码概率pData满足pDa...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宁，张齐齐，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44