增强OFDM系统安全性能的时间反转滤波、功率分配与人工噪声设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种增强OFDM系统安全性能的时间反转滤波、功率分配与人工噪声设计方法。针对存在窃听者的OFDM传输系统，采用时间反转预滤波增大合法信道与窃听信道特性的差异，并以系统保密速率最大化为目标对发送端子载波功率分配和人工噪声的协方差矩阵进行联合优化。功率分配问题通过寻找满足Karush

【技术实现步骤摘要】
增强OFDM系统安全性能的时间反转滤波、功率分配与人工噪声设计方法


[0001]本专利技术涉及信息通信领域，具体是一种增强OFDM系统安全性能的时间反转滤波、功率分配与人工噪声设计方法。

技术介绍

[0002]信息传输的安全是通信领域研究的重点问题之一。由于传输媒介的开放性、无线信道的广播特性、以及网络结构的不稳定性等，无线通信系统很容易受到攻击，信息传输的可靠性和安全性面临着重大的挑战。物理层安全是一种不依赖于上层加密的防窃听技术，而是利用无线信道的随机性和多样性，通过采用信号处理、编码等技术在物理层上实现信息的安全传输。保密容量是基于信息论安全的评价物理层安全性能的指标，是在保证合法接收端可靠接收、而窃听者不能获取保密信息的条件下保密信息的最高传输速率。目前实现物理层安全的主要方法是通过多天线、波束赋形、人工噪声(Artificial Noise,AN)和其他信号处理技术，增大主信道和窃听信道的质量差异，从而获得、提高保密容量，再通过安全信道编码，在合法接收端能可靠接收信息的同时防止窃听，实现信息的保密传输。现有很多增强物理层安全性能的方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.增强OFDM系统安全性能的时间反转滤波、功率分配与人工噪声设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)构建通信系统模型，根据构建的系统模型得到系统可达保密速率；(2)以可达保密速率最大化为优化目标，构造在发送功率约束条件下功率分配和人工噪声协方差矩阵的联合优化数学模型；(3)将步骤(2)中的数学模型转化成一个两层优化问题，第一层优化问题确定最优功率分配因子，第二层优化问题为功率分配因子给定下子载波功率分配和人工噪声协方差矩阵的迭代优化；(4)通过迭代获得最优功率分配因子、所有子载波的功率分配以及人工噪声协方差矩阵。2.根据权利要求1所述增强OFDM系统安全性能的时间反转滤波、功率分配与人工噪声设计方法，其特征在于：所述通信系统模型在常规OFDM安全通信系统的基础上，发送端发送的信号先叠加时域零空间人工噪声，经过TR预滤波器后进入多径信道，所述TR预滤波器为常规匹配预滤波器。3.根据权利要求1或2所述增强OFDM系统安全性能的时间反转滤波、功率分配与人工噪声设计方法，其特征在于：所述步骤(1)包括对合法接收端和窃听端的可达保密速率进行建模，具体如下：合法端和窃听端的接收信号表示为：y
B
＝FR
cp
H0(T
cp
F
H
P
1/2
s+a)+w＝HP
1/2
s+FR
cp
H0a+wy
E
＝FR
cp
G0(T
cp
F
H
P
1/2
s+a)+v＝GP
1/2
s+FR
cp
G0a+v其中，s＝[s1,s2,
…
,s
N
]
T
是零均值、单位方差的信息符号矢量，F为傅里叶变换矩阵，P＝diag(P1,P2,
…
,P
N
)是子信道功率对角矩阵，T
cp
和R
cp
分别为插入和去除CP矩阵，w和v分别为合法端和窃听者端的信道加性噪声矢量，a为人工噪声矢量，将人工噪声设计成a＝Qz，其中z是一个高斯随机向量，服从其中，∑
z
为z的对角协方差矩阵，Q为半酉矩阵，其列向量张成R
cp
H0的零空间，满足R
cp
H0Q＝0，将发送端IFFT到接收端FFT间的发送、接收处理过程和多径信道看成等价的频域并行信道，即令H＝FR
cp
H0T
cp
F
H
＝diag(H1,H2,
…
,H
N
)，G＝FR
cp
G0T
cp
F
H
＝diag(G1,G2,
…
,G
N
)，H0和G0分别为等效合法信道和等效窃听信道对应的Toeplitz信道矩阵，分别表示为：
其中L为信道多径数目，g[l]、h
B
[l]、h
E
[l]分别表示TR预滤波器的脉冲响应，发送端到合法接收端和窃听端...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷维嘉，毕文佳，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：