一种用于OFDM系统特征抑制的方法与流程

本发明属于通信技术领域，涉及一种用于ofdm系统特征抑制的方法。

背景技术：

ofdm系统中常用的循环前缀既给系统带来了无可比拟的优势，也不可避免地暴露了系统的参数性能。具体而言，循环前缀由于其稳定存在的周期性，使得cp-ofdm的时域特征如有效符号长度与循环前缀长度等信息暴露出来。此外，除了循环前缀带来的特征，ofdm信号还具有其它的高阶累积量特征，会暴露ofdm系统的子载波数以及每个子载波所在的频率位置。这两种特征使得系统易受攻击。

为了消除明显的时域周期特性，现有算法主要从两个方面着手。其一即是通过消除前后的相关性，但由于循环前缀的先天特性使然，消除相关性意味着不采用循环前缀，这样的算法往往带来了接收机复杂度与性能的双重妥协。其二则是隐藏ofdm符号的循环前缀周期性特征。主要有选择区域随机后移法跟符号长度随机化法。

此两种方法均有其各自的优劣点，选择区域后移法由于其将后一符号的部分数据拷贝至前一符号之中，实际上引入了载波间的干扰，使得前一符号的部分载波失去了正交性，进而会影响到系统的通信性能；符号长度随机化法的缺点虽然不表现在系统性能之上，而主要是在资源的利用上，但是其并未从本质上根除循环前缀带来的循环平稳特征，使得算法有效性较差。

技术实现要素：

本发明所要解决的是：在ofdm系统中，循环前缀与符号末端的强相关性暴露了系统参数，存在安全漏洞，导致系统易受攻击的问题。

本发明的技术方案是：一种用于ofdm系统特征抑制的方法，所述ofdm系统特征至少包括有效符号长度、循环前缀长度、子载波数以及每个子载波所在的频率位置中的一种，其特征在于，包括：

在发射机端：对发送信号进行ifft后，在获得的正交子载波前后各加一个冗余载波，然后插入循环前缀，输出ofdm信号，所述冗余载波在接收机端是已知的；

在接收机端：将接收到的ofdm信号进行去循环前缀和fft后，对获得的频域符号进行去冗余载波处理，具体为根据冗余载波的长度，去掉频域符号前后相对应的长度部分。

本发明总的技术方案，相对于传统的ofdm系统信号收发过程，本发明在已有的正交子载波前后各加一个冗余载波，使生成的ofdm时域符号的长度也相应地发生变化，改变了循环前缀的周期性，从而隐藏了其暴露出来的循环平稳特征，解决了传统ofdm系统特征所导致的一系列问题。

进一步的，所述在正交子载波前后各加一个冗余载波的具体方法为：

在一定的数值范围内随机取值构成冗余载波，并将之插入到正交子载波前后。

上述方案的目的，是在保持有效子载波的前提下，把前后冗余子载波数在一定的数值范围内随机取值并将之插入到系统中，从而获得符号长度随机化的ofdm符号串。

更进一步的，所述的一定的数值范围内为[0，100]的数值范围内。

上述方案是补充的一个具体方案，目的是使得本发明方案中的冗余载波具体化，便于理解和实现。

本发明的有益效果为，有效数据长度的随机变化，符号率也相应变化，则其循环自相关函数的周期性峰值将不复存在，无法被提取出有用参数信息，因此本发明对二阶循环平稳特征有显著抑制作用；此外，本发明中随机改变了ofdm系统的子载波数，使得从频域上看系统的子载波位置也在变化，互相叠加之后会使得峰值区分度大幅下降，在频域上也表现出较好隐藏效果。

附图说明

图1为ofdm发射机子载波示意图(4个子载波)；

图2为ofdm增加冗余子载波方式示意图；

图3为有效子载波前后插入冗余子载波示意图。

图4为加入冗余子载波后的ofdm信号循环自相关函数；

图5为加入冗余子载波后的ofdm信号子载波特征；

图6为系统的传输性能仿真曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：

实施例

本实施例以一条ofdm系统的收发链路为例子来讲述ofdm系统特征抑制的过程。ofdm系统是用一系列互相正交的载波来传输信号的系统，载波间的正交性保证了系统不会产生载波间干扰，其发射机部分原理框图示意如图1，x[k]为频域符号，fk为正交子载波，示意图中为4子载波ofdm系统。在此基础上添加冗余子载波，如图2所示，其中的a与b可以为任意合理数值，则生成的ofdm时域符号的长度也会相应地变化，对应符号率是变化的，使得其循环自相关函数的周期性峰值不再出现。

本实施例具体实施过程如下：

仿真的ofdm系统共有2048个子载波，并采用qpsk调制。仿真环境设定为五径瑞利信道与awgn信道，最大多普勒频移为50hz。分别在发射机和接收机进行相应的加冗余载波、去符号操作，并对加入算法后的相关参数进行仿真。

发射机端：在通过快速傅里叶变换实现的现代ofdm系统中，保持有效子载波的前提下，前后冗余子载波数在[0,100]的数值范围内随机取值并将之插入到系统中。冗余子载波采用固定位置插入方式，如图3所示。那么我们将得到符号长度ts随机化的ofdm符号串。

对改变后的符号串计算循环自相关函数，如图4所示，可明显看出，加入算法之后ofdm系统信号仅剩α＝0处信号自相关峰值，而循环前缀带来的能暴露信号参数的峰值已经全部消失，说明cp-ofdm信号的时域循环平稳特征已经被彻底抑制。另外，本发明中随机改变了ofdm系统的子载波数，使得从频域上看系统的子载波位置也在变化，互相叠加之后会使得峰值区分度大幅下降，如图5所示。

接收机：在准确获知发送端随机序列信息的情况下，只需将fft输出结果(频域符号)前后相应长度部分去掉即可获得原本的信息。

系统的传输性能仿真曲线如图6所示。

显然，本领域的技术人员应该明白，本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。另外，本实施例仅以ofdm通信链路来讲诉，但发明思路不仅限ofdm系统中。类似的随机改变系统发送符号长度的思路还可以应用到只有单一载波的sc-fde系统中，可以有效抑制sc-fde系统的二阶循环平稳特征，实现复杂度合理，且基本不影响系统的传输性能。

技术特征：

技术总结
本发明属于通信技术领域，涉及一种用于OFDM系统特征抑制的方法。OFDM系统中常用的循环前缀既给系统带来了无可比拟的优势，也不可避免地暴露了系统的参数性能，成为安全漏洞，极易受到恶意攻击。本发明通过对每个OFDM符号加入随机数目的冗余子载波，使得符号长度随机变化，改变了循环前缀的周期性，从而隐藏了其暴露出来的循环平稳特征。另外，由于子载波数目的随机变化，也使得子载波之间的间隔大小同样表现出随机变化的特性，这对于频域特征如子载波数和子载波间隔的高阶累积量盲估计也起到了保护作用。同时，本发明可将该算法思想应用到特征类似的SC‑FDE系统中。仿真结果表明，该算法几乎不影响系统的传输性能。

技术研发人员：林楷佳;金芳利;刘皓
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2017.06.13
技术公布日：2017.09.15