[发明专利]一种基于子载波功率分配方案的物理层安全算法

说明书

本发明属于属于无线通信物理层安全技术领域，特别涉及一种基于子载波功率分配方案的物理层安全算法，适用于结合OFDM系统特点的多载波通信网络。该算法利用误比特率最优化准则的功率分配方式对子载波进行功率分配，来优化系统误比特率性能，提出了基于基于功率优化分配方式应用于本发明提供算法的经验函数功率分配方案，并求得了功率分配系数闭合解。算法仿真结果表明，合法接收者可靠译码，而窃听者误码率逼近0.5，功率优化分配算法仿真结果表明，在低信噪比条件下，误比特率性能优化10％至20％，在20dB条件下，误比特率性能提高一个数量级。

技术领域

本发明属于属于无线通信物理层安全技术领域，特别涉及一种基于子载波功率分配方案的物理层安全算法，适用于结合OFDM系统特点的多载波通信网络，对增强5G网络的信息安全性能有积极的作用。

背景技术

随着信息技术的发展，5G已经成为国内外移动通信领域关注的焦点。OFDM技术由于其频谱利用率高、抗多径衰落能力强等技术优势，已成为LTE和LTE-Advanced系统中的物理层关键技术之一，亦将在5G系统中得到更加广泛的应用。由于无线信道传输的广播性和开放性、用户分布的不确定性以及网络结构的复杂性，使得5G移动通信系统中的数据安全传输问题面临更加严峻的挑战。研究结合OFDM技术特点的物理层安全方案对增强5G网络的信息安全性能有积极的作用。与OFDM调制方式相结合的物理层安全算法近年来引起众多学者的广泛关注。OFDM系统由于其多载波独特性，各子载波信道会经过不同的衰落，使得各子载波传输能力不同，而无线信道特征的差异性恰是物理层安全能够实施的本质，因此考虑OFDM系统下的物理层安全技术是很有必要的。

在考虑物理层安全方案可以实现的前提下，合理的使用不同的调制方式和灵活的分配发送功率，可以更加安全地传递信息数据。而且由于无线信道的频率选择性和时变性，更加需要对信道状况进行实时监测，从而更有效地利用频率资源。传统的OFDM系统根据所需传输速率的要求可在不同的模式间切换，但是在每个子信道上采用的却是相同的调制方式(例如IEEE802.11a和DVB-T)，这样有利于系统的实现，降低了编解码的复杂度，但系统的频率资源没有得到充分的利用。对于所有的子载波都是用固定调制方案的OFDM系统来说，其总体错误概率主要有经历衰落最严重信道上的子载波决定。因此在频率选择性的衰落信道中，随着平均信噪比的增加，OFDM系统的总体错误概率下降是十分缓慢的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种基于子载波功率分配方案的物理层安全算法，该算法利用误比特率最优化准则的功率分配方式对子载波进行功率分配，来优化系统误比特率性能，提出了基于基于功率优化分配方式应用于本发明提供算法的经验函数功率分配方案，并求得了功率分配系数闭合解。算法仿真结果表明，算法仿真结果表明，合法接收者可靠译码，而窃听者误码率逼近0.5，功率优化分配算法仿真结果表明，在低信噪比条件下，误比特率性能优化10％至20％，在20dB条件下，误比特率性能提高一个数量级。

本发明的技术方案是：

一种基于子载波功率分配方案的物理层安全算法，适用于结合OFDM系统特点的多载波通信网络，包括如下步骤：

S1.首先把OFDM系统总误比特率P_ber表示成K个子载波上发射功率{p_k，k＝1,2,...,K}的函数，对于MPSK或者MQAM调制方式，第k个子载波的误比特率p_ber可以表示成该信道信噪比的函数p_ber＝f(γ_k),k＝1,2,…,K，而第k个子载波上的信噪比可表示为该信道分配功率的函数γ_k＝α_kp_k，总误比特率可以由给定信道状态信息α_k的各信道的误比特率的算术平均值得到：