一种基于软件无线电的人工噪声MIMO-OFDM系统的实现方法

本发明属于无线电广播通信系统的物理层安全领域；具体涉及一种基于软件无线电的人工噪声辅助的mimo-ofdm系统的验证平台的实现方法。

背景技术：

1、无线通信网络具有组网灵活、接入便捷等特点，已在各个领域得到广泛应用。然而无线信道的广播特性和开放性也为信息的安全传输带来挑战。不同于传统基于秘钥的加密机制，物理层安全以信息论为基础，利用无线信道的衰落等特性进一步增强了通信系统的安全性能，为解决无线通信的安全问题提供了新的途径。

2、软件无线电平台将硬件与软件结合，使用户终端和无线网络具备可重配能力。软件无线电平台尽可能减少模拟环节，将数字化的信号处理尽可能靠近天线端，通过软件编程实现数字信号处理，实现无线电台的各种功能，真正实现可重配置、可扩展、便于升级、低成本，且通用性强，能快速搭建各类无线通信系统，从而给研发者带来更方便的算法验证。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于软件无线电的人工噪声辅助的mimo-ofdm系统的验证平台的实现方法，人工噪声技术有效增大了合法接收机和非法接收机之间的噪声水平差距，极易建立合法接收机的优势信道，从而保证了通信的安全性；验证了增加收发天线数能有效改善人工噪声系统性能。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种基于软件无线电的人工噪声mimo-ofdm系统的实现方法，所述验证平台包括基站alice、合法接收机bob、非法接收机eve；基站alice的天线数量为na，合法接收机bob的天线数量为nb，非法接收机的天线数量为ne；所述实现方法具体过程为：

4、步骤1、基站alice向合法接收机bob发送导频信号；

5、步骤2、导频信号经过无线信道被合法接收机bob接收，合法接收机bob估计下行信道状态信息，并将信道估计信息反馈给基站alice；

6、步骤3、根据合法接收机bob反馈给基站alice的信道估计信息，基站alice设计预编码矩阵和零空间编码矩阵，并分别对数字调制后的保密数据和随机噪声进行编码，得到基站alice发射保密信号；基站alice在保密信号前插入预编码后的导频以便接收端进行等效信道估计；基站alice对发射信号进行ofdm调制，并添加同步序列后广播出去；

7、步骤4、信号经过无线信道分别被合法接收机bob和非法接收机eve接收；根据接收信号中的同步序列，合法接收机bob和非法接收机eve对接收信号进行定时同步并消除频偏，确定保密信号位置后进行ofdm解调，并分离出导频信号和保密信号；根据分离得到的导频信号，合法接收机bob和非法接收机eve分别进行等效信道估计，并根据等效信道估计结果进行信道均衡；根据信道均衡后的信号，合法接收机bob和非法接收机eve利用最大似然检测和数字解调得到保密数据，通过对比本地存储的原始保密二进制信息数据分别得到各自的误比特率；

8、步骤5、调整人工噪声信号的功率分配因子φ、基站alice的发射天线数na、合法接收机bob的接收天线数nb以及非法接收机eve的接收天线数ne等参数，对所述方法进行多次测试，并计算误比特率平均值作为结果；绘制出不同的基站发射天线数和接收端接收天线数情况下，合法接收机和非法接收机的误比特率随人工噪声功率分配因子的变化曲线，验证收发天线数以及功率分配因子对人工噪声辅助的mimo-ofdm系统的影响。

9、本发明的有益效果为：

10、1、本发明验证了人工噪声应用于实际通信系统中能够在保证合法接收机正常通信的基础上明显恶化非法接收机的通信性能。

11、2、本发明验证了在实际人工噪声通信系统中，增加收发天线数目可以明显改善系统的安全性能。

12、3、本发明利用软件无线电平台搭建了人工噪声辅助的mimo-ofdm系统的验证平台，填补了人工噪声方案原型机验证平台的空白，为物理层安全保密通信方案的实现提供了有价值的参考方法。

技术特征：

1.一种基于软件无线电的人工噪声mimo-ofdm系统的实现方法，其特征在于：所述验证平台包括基站alice、合法接收机bob、非法接收机eve；基站alice的天线数量为na，合法接收机bob的天线数量为nb，非法接收机的天线数量为ne；具体实现过程为：

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤2中导频信号经过无线信道被合法接收机bob接收，合法接收机bob估计下行信道状态信息，并将信道估计信息反馈给基站alice；具体过程为：

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤4中信号经过无线信道分别被合法接收机bob和非法接收机eve接收；根据接收信号中的同步序列，合法接收机bob和非法接收机eve对接收信号进行定时同步并消除频偏，确定保密信号位置后进行ofdm解调，并分离出导频信号和保密信号；根据分离得到的导频信号，合法接收机bob和非法接收机eve分别进行等效信道估计，并根据等效信道估计结果进行信道均衡；根据信道均衡后的信号，合法接收机bob和非法接收机eve利用最大似然检测和数字解调得到保密数据，通过对比本地存储的原始保密二进制信息数据分别得到各自的误比特率；具体过程为：

技术总结
本发明公开了一种基于软件无线电的人工噪声MIMO‑OFDM系统的实现方法。过程为：一、基站发送导频；二、合法接收机估计下行信道状态信息并反馈给基站；三、基站利用反馈得到的下行信道状态信息设计预编码矩阵和零空间编码矩阵，并分别对保密数据和随机噪声数据进行编码以及功率分配，经过OFDM调制后一起发射出去；四、合法接收机和非法接收机接收到信号后进行OFDM解调，利用最大似然检测法估计保密信息。本发明验证了人工噪声技术应用在实际的通信系统中可以在保证合法接收机正常通信的基础上，明显恶化非法接收机的通信性能，提高了通信系统的安全性。本发明用于无线电广播通信系统的物理层安全领域。

技术研发人员：宋欢欢,刘雍煌,文红,郁子阳,李闻,王赵阳
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15