一种非正交FDM系统物理层安全传输方法

本发明属于无线通信，具体涉及一种非正交fdm系统物理层安全传输方法。

背景技术：

1、随着5g通信网络与物联网技术的结合，用户通信需求量和网络接入设备数量激增，网络中高效集成智能应用为云计算技术和资源分配带来挑战。尽管其具有处理物联网集群所产生海量数据的强大能力，但数据传输的通信链路受到带宽的限制，需要优化信息交互的资源管理和使用，以更小成本、更大频谱利用率来满足物联网服务的服务质量要求；此外，由于海量个人终端被加载到物联网云端，同时带来了隐私与安全风险。攀升的通信需求与有限的频率资源促使了更高通量通信技术的研究与发展。针对频谱资源受限的问题，在物理层信号形式、网络架构和信息处理方式等方面，已经提出了相应的一些方法。

2、对于传统的通信系统，单载波或正交频分复用技术等，都满足正交准则的要求。然而面向更高需求的系统吞吐量要求，正交系统采用更高阶的调制方式，或进行波形设计来提升频谱效率；前者对器件非线性干扰的敏感性变强、对器件的要求更高，后者在信号带宽内，并不能达到节约带宽和增加传输速率的目的。为了进一步提升系统吞吐量，非正交传输系统应运而生，并突破正交系统的谱效限制。由于其非正交性，信号在传输过程中存在符号间干扰，在接收端需要采用计算复杂度较高的检测算法或重构算法，以保证系统正常工作。此外，为了防止信息泄露，传输安全性也是一个值得研究的问题。可以通过物理层信号设计与数据处理方法相结合的形式，一方面满足更高通量、更高谱效的要求，同时实现更灵活、更安全的信号传输。

3、传统正交频分复用(ofdm)信号属于正交信号，也是典型的频带有限信号，即信号信息集中在频域的一部分。为了进一步提升ofdm系统的吞吐量，非正交fdm信号如压缩ofdm信号(c-ofdm)、高谱效fdm(sefdm)信号都基于ofdm系统架构对其进行非正交化，由于信号处理过程不同，在接收端分别采用带限信号重构、非线性检测的方式保证系统的正常工作。综上，虽然非正交fdm系统在提升ofdm系统的吞吐量方面具备一定的优势，但是其在物理层传输的安全性保障方面仍然有待进一步提高，物理层传输的安全性能较差。

技术实现思路

1、本发明的目的是在保证非正交fdm系统的高吞吐量的前提下，解决非正交fdm系统物理层传输的安全性能差的问题，而提出了一种非正交fdm系统物理层安全传输方法。

2、本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：

3、基于本发明的一个方面，一种非正交fdm系统物理层安全传输方法，所述方法具体包括以下步骤：

4、在发送端

5、步骤一、信源经过映射得到信号x，信号x再依次经过ofdm调制和串并转换，得到ofdm信号的符号sori，sori＝[s0,...,sn-1]t，其中，s0是sori中的第1个元素，sn-1是sori中的第n个元素，n是sori的长度，上角标t代表转置；

6、步骤二、生成“发送图样阵列”ψ，并生成发送图样指针‘flag’；

7、步骤三、根据步骤二中生成的ψ对sori进行时域截取，得到时域截取结果；时域截取的过程利用矩阵形式表示为：

8、s＝ψ·sori

9、步骤四、将若干个符号s合成数据流，再将发送图样指针‘flag’加入数据流得到待发送信号，将待发送信号发射至信道；

10、在接收端

11、步骤五、对接收信号进行下变频和同步后得到时域信号；再从时域信号中提取出‘flag’，对提取‘flag’后剩余的数据信号执行步骤六；

12、步骤六、对数据信号进行γ倍过采样，得到m0个长度为m的时域符号rm,ori，m＝1,2,…,m0，代表γnc×1阶向量集合；

13、步骤七、对于时域符号rm,ori，根据步骤五中提取出的‘flag’信息获得rm,ori的“发送图样阵列”ψ，再根据ψ对rm,ori进行补零得到信号r，r1,r2,…,rγn是信号r中的第1个,第2个,...第γn个元素，代表γn×1阶向量集合；

14、将信号r输入外推器，输出信号再对输出信号进行时域γ倍下采样，并对下采样结果进行离散傅里叶变换，变换结果再依次经过检测器和并串转换，最终得到译码信息；

15、同理，对步骤六中获得的每个时域符号进行处理。

16、基于本发明的另一个方面，一种非正交fdm系统物理层安全传输方法，所述方法在发送端的工作过程为：

17、步骤一、信源经过映射得到信号x，信号x再依次经过ofdm调制和串并转换，得到ofdm信号的符号sori，sori＝[s0,…,sn-1]t，其中，s0是sori中的第1个元素，sn-1是sori中的第n个元素，n是sori的长度，上角标t代表转置；

18、步骤二、生成“发送图样阵列”ψ，并生成发送图样指针‘flag’；

19、步骤三、根据步骤二中生成的ψ对sori进行时域截取，得到时域截取结果；时域截取的过程利用矩阵形式表示为：

20、s＝ψ·sori

21、步骤四、将若干个符号s合成数据流，再将发送图样指针‘flag’加入数据流得到待发送信号，将待发送信号发射至信道。

22、本发明的有益效果是：

23、本发明在保证非正交fdm系统的高系统吞吐量的前提下，基于随机图样原则、图样集原则或最小峰均比原则对发送图样阵列进行设计，来提升系统物理层传输的安全性，与现有的非正交fdm系统相比，采用本发明方法可以大大提升系统物理层传输的安全性能。

技术特征：

1.一种非正交fdm系统物理层安全传输方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种非正交fdm系统物理层安全传输方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：

3.根据权利要求1所述的一种非正交fdm系统物理层安全传输方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：

4.根据权利要求1所述的一种非正交fdm系统物理层安全传输方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：

5.根据权利要求2、3或4所述的一种非正交fdm系统物理层安全传输方法，其特征在于，所述将信号r输入外推器，输出信号其具体过程为：

6.根据权利要求5所述的一种非正交fdm系统物理层安全传输方法，其特征在于，所述外推信号为：

7.一种非正交fdm系统物理层安全传输方法，其特征在于，所述方法在发送端的工作过程为：

8.根据权利要求7所述的一种非正交fdm系统物理层安全传输方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：

9.根据权利要求7所述的一种非正交fdm系统物理层安全传输方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：

10.根据权利要求7所述的一种非正交fdm系统物理层安全传输方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：

技术总结
一种非正交FDM系统物理层安全传输方法，它属于无线通信技术领域。本发明解决了非正交FDM系统物理层传输的安全性能差的问题。本发明在保证非正交FDM系统的高系统吞吐量的前提下，基于随机图样原则、图样集原则或最小峰均比原则对发送图样阵列进行设计，在接收端基于发送图样阵列进行译码，以提升非正交FDM系统物理层传输的安全性能。本发明方法可以应用于非正交FDM系统物理层的安全传输。

技术研发人员：沙学军,张宇思,李勇,房宵杰,殷雪琦
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13