[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

权利要求书

1.一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，其特征在于，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：

S2.在发送端信道质量模值平方较大的前K/2个子信道对应的前K/2个子载波携带的比特符号未改变，而后K/2个子信道对应的后K/2个子载波的比特符号为其原始符号与对应的前K/2个子载波上符号的异或运算，在接收端解码时，前K/2个子载波的误比特率未改变g_ber(β_kp_k)＝f(β_kp_k),1≤k≤K/2，而后K/2个子载波的误比特率一一对应地受到前K/2个子载波的误比特率的影响，设定接收端的误比特率函数为g(β_kp_k)，则有：g_ber(β_kp_k)＝f(β_kp_k)(1-f(β_k-K/2p_k-K/2))+(1-f(β_kp_k))f(β_k-K/2p_k-K/2),K/2+1≤k≤K；

S3.为了减小迭代计算，忽略f(β_kp_k)f(β_k+K/2p_k+K/2)对系统总误比特率的影响，得到系统的总误比特率函数

S4.在式设定的总发射功率限制的约束下，引入Lagrange函数及Lagrange乘子λ求极值，并带入BPSK调制方式下子载波对应的信道误比特率函数近似表达式，解出该功率分配方案的λ和功率分配系数向量{p_k}闭合解，有：

S5.如在求解的过程中出现子载波功率p_k为负值的情况，按迭代运算方法进行求解。

2.根据权利要求1所述，其特征在于，所述的OFDM系统中，输入数据经过串并变换后分成K路并行的子数据，第k路子信道上的发射功率用p_k来表示，之后经IFFT变换、并串变换将子数据流通过各个正交的子载波发送出去形成OFDM发射信号。

3.根据权利要求1所述，其特征在于，所述的步骤S4中Lagrange函数为：λ为Lagrange乘法因子，对式中p_k求偏导并设为0，得到基于子载波功率分配方案的物理层安全算法的方程组：

4.根据权利要求1所述，其特征在于，所述的步骤S5中，迭代运算求得功率分配系数的方法步骤如下：

一、初始化，确定信噪比SNR，得到能量归一化情况下的总发射功率设定迭代次数i，设定步长μ(0)＝μ₀；

二、生成初始功率分配数值，满足限制条件下生成一组{p_k(0)}，并计算λ(0)，其中是总发射功率平均分配到每个子载波上时，每个子载波的平均发射功率，系统中子载波个数为K，因此为总发射功率，为减小迭代运算，对应着{β_k}按大小分配{p_k(0)}；

三、步长逼近，更新该子载波功率系数{p_k}，λ(i)：

四、负值功率处理，若{p_k(i+1)}中出现负值，则将其置为并在迭代运算中始终保持该子载波功率分配系数p_k为式中不再计算更新该子载波功率系数{p_k}，更新μ(i+1)，并返回步骤三迭代运算。