专利名称：一种正交频分复用系统中时域人造噪声的设计方法和系统的制作方法
技术领域：
本申请涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种正交频分复用系统中时域人造噪声的设计方法和系统。
背景技术：
新一代无线通信系统要求网络能够为移动用户提供高速、可靠的传输条件的同时还要求无线传输具有安全性。通信安全的目的是保证发送方的信息能够安全到达接收方而不被非法第三方窃听。(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM) ^—禾中$ 线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，而OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输，这样，尽管总的信道是非平坦的，即具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，并且在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。OFDM技术的最大优点是能对抗频率选择性衰落或窄带干扰。在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，于是他们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。在OFDM等技术保证系统的有效性的同时，如何提高系统的安全性能是一个很现实而有意义的问题。无线信道的开放性也使得信息安全问题变得越来越突出。传统的有线通信通常使用数据加密等方法来保障通信安全，尽管这些方法在无线通信中仍然可行，但它们都没有完全弥补由无线信道的开放性所造成的安全漏洞。为了提高物理层安全通信的安全容量，Goel在2008年提出可以在发送端同时发送信息和噪声，也就是在发送信息的同时发送人造噪声来干扰非法的接收者。这种方法能够有效地抑制窃听者接收到的信噪比，使得系统的安全容量大大增强。但是，人造噪声的加入会对系统的定时要求大大提高，如果合法接收者的定时产生偏差，噪声就会污染信号，使合法接收者不能准确接收到信号。总之，本领域技术人员需要迫切解决的一个技术问题就是如何能够在OFDM系统加入人造噪声提高系统安全性的同时保障系统的定时鲁棒性，使合法接收者的信道产生定时偏差时也能够准确接收到信号。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是提供一种正交频分复用系统中时域人造噪声的设计方法和系统，能够在OFDM系统加入人造噪声提高系统安全性的同时保障系统的定时鲁棒性，使合法接收者的信道产生定时偏差时也能够准确接收到信号。为了解决上述问题，本申请公开了一种正交频分复用系统中时域人造噪声的设计方法，包括获取系统的子载波个数N、循环前缀的长度N。P和系统的最大延时t，其中，N、N。P和t为自然数；依据所述子载波个数N和循环前缀的长度Ncp生成发送端的发送信息；确定加入发送信息中的噪声；将所述发送信息与所述噪声相加，生成混合信号；对所述混合信号进行串并变换，将变换后的信号发送出去。优选的，所述依据子载波个数N和循环前缀的长度Ncp生成发送端的发送信息，包括以下子步骤将发送端产生的信息流中每N个符号确定为一个信息块；对每个信息块进行傅里叶反变换；将变换后的信息块加入长度为N。P的循环前缀，生成发送端的发送信息。优选的，所述确定加入发送信息中的噪声，包括以下子步骤依据合法接收端的无线信道矩阵和去循环前缀矩阵获取等价信道；将所述等价信道进行奇异值分解，确定其右零空间矩阵；依据高斯随机分布计算长度为N。P_t的随机数；将所述右零空间矩阵和所述随机数相乘，确定加入发送信息中的噪声。优选的，所述高斯随机分布的均值为0，自相关矩阵为(^d G…-軌一、,其中，Qd为共轭对称矩阵。优选的，所述等价信道的大小为(N+t) X (N+N。p)，所述右零空间矩阵的大小为 (N+Ncp) X (Ncp-t)。另一方面，本申请还公开了一种正交频分复用系统中时域人造噪声的设计系统， 其特征在于，包括获取模块，用于获取系统的子载波个数N、循环前缀的长度N。P和系统的最大延时 t，其中，N、NCP和t为自然数；生成模块，用于依据所述子载波个数N和循环前缀的长度Ncp生成发送端的发送信息；确定模块，用于确定加入发送信息中的噪声；相加模块，用于将所述发送信息与所述噪声相加，生成混合信号；发送模块，用于对所述混合信号进行串并变换，将变换后的信号发送出去。优选的，所述生成模块包括以下子模块确定子模块，用于将发送端产生的信息流中每N个符号确定为一个信息块；变换子模块，用于对每个信息块进行傅里叶反变换；生成子模块，用于将变换后的信息块加入长度为N。P的循环前缀，生成发送端的发 i^fn 息 ο优选的，所述确定模块包括以下子模块获取子模块，用于依据合法接收端的无线信道矩阵和去循环前缀矩阵获取等价信道；分解子模块，用于将所述等价信道进行奇异值分解，确定其右零空间矩阵；计算子模块，用于依据高斯随机分布计算长度为N。P_t的随机数；相乘子模块，用于将所述右零空间矩阵和所述随机数相乘，确定加入发送信息中
5的噪声。优选的，所述高斯随机分布的均值为0，自相关矩阵为(^d G…-軌一、,其中，Qd为共轭对称矩阵。优选的，所述等价信道的大小为(N+t) X (N+N。p)，所述右零空间矩阵的大小为 (N+Ncp) X (Ncp-t)。与现有技术相比，本申请包括以下优点首先，本申请提出的正交频分复用系统中时域人造噪声的设计方法在OFDM发射端的时域部分插入高斯分布的人造噪声，此人造噪声与某包含合法接收者信道的空间垂直，人造噪声在不干扰合法接收者的情况下，能够有效地降低其他不合法接收者的接收信噪比，提高系统的安全性。其次，本申请人造噪声的设计与OFDM系统定时鲁棒性能有关，利用OFDM系统中时间自由度，在OFDM系统的时域加入具有定时鲁棒性的人造噪声，实现系统安全性提高的同时保证定时的鲁棒性。这样，人造噪声不仅对合法用户信道没有影响，同时也对由于定时偏差引起的“偏差的合法用户信道”也没有影响，实现定时鲁棒性。即当系统定时误差不大于某个限定值，譬如t个采样误差时，依旧能够进行安全可靠的通信。
图1是本申请一种正交频分复用系统中时域人造噪声的设计方法实施例的流程图；图2是本申请一种正交频分复用系统中时域人造噪声的设计方法中信息发送部分示意图；图3是本申请一种正交频分复用系统中时域人造噪声的设计方法中人造噪声发送部分示意图；图4是本申请一种正交频分复用系统中时域人造噪声的设计方法中接收端示意图；图5是本申请一种正交频分复用系统中时域人造噪声的设计系统实施例的流程图。
具体实施例方式为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本申请作进一步详细的说明。本申请的核心构思之一在于，在OFDM发射端的时域部分插入高斯分布的人造噪声，此人造噪声与某包含合法接收者信道的空间垂直，人造噪声在不干扰合法接收者的情况下，能够有效地降低其他不合法接收者的接收信噪比，提高系统的安全性。同时，本申请人造噪声的设计与OFDM系统定时鲁棒性能有关，利用OFDM系统中时间自由度，在OFDM系统的时域加入具有定时鲁棒性的人造噪声，实现系统安全性提高的同时保证定时的鲁棒性。这样，人造噪声不仅对合法用户信道没有影响，同时也对由于定时偏差引起的“偏差的合法用户信道”也没有影响，实现定时鲁棒性。即当系统定时误差不大于某个限定值，譬如 t个采样误差时，依旧能够进行安全可靠的通信。
参照图1，示出了本申请一种正交频分复用系统中时域人造噪声的设计方法实施例的流程图，该方法包括步骤S101，获取系统的子载波个数N、循环前缀的长度N。P和系统的最大延时t，其中，N、NCP和t为自然数；步骤S102，依据所述子载波个数N和循环前缀的长度Ncp生成发送端的发送信息；所述依据子载波个数N和循环前缀的长度Ncp生成发送端的发送信息，包括以下子步骤步骤S1021，将发送端产生的信息流中每N个符号确定为一个信息块，其中，N为子载波个数；步骤S1022，对每个信息块进行傅里叶反变换(IFFT)；步骤S1023，将变换后的信息块加入长度为N。P的循环前缀，生成发送端的发送信息；具体的，将进行傅里叶反变换后得到的信息块中最后N。P个符号复制到此信息块之前，形成含有N+N。p个符号的信息块。参照图2，示出了本申请一种正交频分复用系统中时域人造噪声的设计方法中信息发送部分示意图。图中Xl、&.....xN即为一个包含N个符号的信息块，将其进行傅里叶反变换后得
到包含符号UpU2.....Un的信息块，将该信息块中最后N。P个符号(即UN_N。P+1. . . UN)复制到
此信息块之前，如图2所示，得到包含图中N+N。pf符号的信息块，此信息块即为发送端的发 i^fn 息 ο步骤S103，确定加入发送信息中的噪声；所述确定加入发送信息中的噪声，包括以下子步骤步骤S1031，依据合法接收端的无线信道矩阵和去循环前缀矩阵获取等价信道；具体的，依照合法接收端大小为(N+N。p) X (N+Ncp)的无线信道矩阵H和大小为 (N+t) X (N+Ncp)的去循环前缀矩阵Rep得到大小为(N+t) X (N+Ncp)的等价信道RepH,其中，RCP = [0
(N+t)x(N-t) J (N+t)-
权利要求
1.一种正交频分复用系统中时域人造噪声的设计方法，其特征在于，包括获取系统的子载波个数N、循环前缀的长度N。P和系统的最大延时t，其中，Nja^n t为自然数；依据所述子载波个数N和循环前缀的长度Ncp生成发送端的发送信息；确定加入发送信息中的噪声；将所述发送信息与所述噪声相加，生成混合信号；对所述混合信号进行串并变换，将变换后的信号发送出去。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据子载波个数N和循环前缀的长度 Ncp生成发送端的发送信息，包括以下子步骤将发送端产生的信息流中每N个符号确定为一个信息块； 对每个信息块进行傅里叶反变换；将变换后的信息块加入长度为N。P的循环前缀，生成发送端的发送信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定加入发送信息中的噪声，包括以下子步骤依据合法接收端的无线信道矩阵和去循环前缀矩阵获取等价信道； 将所述等价信道进行奇异值分解，确定其右零空间矩阵； 依据高斯随机分布计算长度为N。P-t的随机数； 将所述右零空间矩阵和所述随机数相乘，确定加入发送信息中的噪声。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述高斯随机分布的均值为0，自相关矩阵为Qd G,其中，Qd为共轭对称矩阵。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述等价信道的大小为(N+t)X (N+N。p)， 所述右零空间矩阵的大小为(N+N。p) X (Ncp-t)。
6.一种正交频分复用系统中时域人造噪声的设计系统，其特征在于，包括获取模块，用于获取系统的子载波个数N、循环前缀的长度N。P和系统的最大延时t，其中，N、NCP和t为自然数；生成模块，用于依据所述子载波个数N和循环前缀的长度N。P生成发送端的发送信息； 确定模块，用于确定加入发送信息中的噪声； 相加模块，用于将所述发送信息与所述噪声相加，生成混合信号； 发送模块，用于对所述混合信号进行串并变换，将变换后的信号发送出去。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述生成模块包括以下子模块 确定子模块，用于将发送端产生的信息流中每N个符号确定为一个信息块； 变换子模块，用于对每个信息块进行傅里叶反变换；生成子模块，用于将变换后的信息块加入长度为N。P的循环前缀，生成发送端的发送信肩、ο
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述确定模块包括以下子模块 获取子模块，用于依据合法接收端的无线信道矩阵和去循环前缀矩阵获取等价信道； 分解子模块，用于将所述等价信道进行奇异值分解，确定其右零空间矩阵；计算子模块，用于依据高斯随机分布计算长度为N。P-t的随机数； 相乘子模块，用于将所述右零空间矩阵和所述随机数相乘，确定加入发送信息中的噪
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述高斯随机分布的均值为0，自相关矩阵为Qd G,其中，Qd为共轭对称矩阵。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述等价信道的大小为(N+t)X (N+Ncp), 所述右零空间矩阵的大小为(N+N。p) X (Ncp-t)。
全文摘要
本申请提供了一种正交频分复用系统中时域人造噪声的设计方法和系统，其中所述方法包括获取系统的子载波个数N、循环前缀的长度NCP和系统的最大延时t，其中，N、NCP和t为自然数；依据所述子载波个数N和循环前缀的长度NCP生成发送端的发送信息；确定加入发送信息中的噪声；将所述发送信息与所述噪声相加，生成混合信号；对所述混合信号进行串并变换，将变换后的信号发送出去。
文档编号H04L27/26GK102571673SQ20121001908
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者杨海斌, 王京, 秦浩浩, 许希斌, 赵明, 陈翔 申请人:清华大学