[发明专利]通信系统物理层性能优化方法、装置、设备及存储介质

说明书

本发明公开了一种电力线载波通信系统物理层安全性能优化方法及装置，其中，方法包括：基于预设电力线载波通信系统、结合全双工技术、非完美信道和位置干扰源增强算法的鲁棒性、人工噪声，以安全速率为优化目标，生成优化问题；求解所述优化问题，生成私密信息波束成形向量和人工噪声向量；采用所述私密信息波束成形向量和所述人工噪声向量优化所述电力载波通信系统的物理层安全性能。从而有效增强了电力线通信系统的物理层安全。

技术领域

本发明涉及电力系统优化技术领域，尤其涉及一种电力线载波通信系统物理层安全性能优化方法及装置。

背景技术

随着电力技术的不断发展，电力线载波通信已经成为智能用电系统中最为有效的通信方式，随着电力线通信的普及，以及人们对信息安全的意识越来越强，其通信安全问题成为电力通信领域面临的一个重大挑战。除此之外，电力系统中可能存在很多的恶意窃听用户，它们对电网的数据安全是一个巨大的威胁。物理层安全利用信道的唯一性来对数据进行加密解密，作为对上层安全的一种保护，可以有效阻止窃听用户窃取机密信息，物理层安全能够有效提高系统的保密性。因此，对电力线通信物理层安全进行研究显得尤为重要。

电力线通信中实现物理层安全的性能可以通过先进的通信技术来提高，如多输入多输出技术提高保密率，全双工技术提高频谱效率。G.Prasad提出利用接收机兼干扰器以最大限度地提高安全速率，其中安全速率是通过多输入多输出电力线通信系统中接收机节点的带内全双工干扰手段实现的。T.A.Papadopoulos提出在电力线通信系统中引入多输入多输出正交频分复用技术，与单输入单输出系统相比能够有效提高安全速率。

然而，上述研究内容并没有考虑到电力线通信系统应该考虑的许多影响因素，如未知干扰、信道估计误差和恶意窃听者，尤其是多跳和全双工的残余自干扰。

发明内容

本发明提供了一种电力线载波通信系统物理层安全性能优化方法及装置，用于解决现有技术在如未知干扰、信道估计误差和恶意窃听者，尤其是多跳和全双工的残余自干扰等干扰因素下物理层安全性能较低的技术问题。

本发明提供的一种电力线载波通信系统物理层安全性能优化方法，包括：

基于预设电力线载波通信系统、结合全双工技术、非完美信道和位置干扰源增强算法的鲁棒性、人工噪声，以安全速率为优化目标，生成优化问题；

求解所述优化问题，生成私密信息波束成形向量和人工噪声向量；

采用所述私密信息波束成形向量和所述人工噪声向量优化所述电力载波通信系统的物理层安全性能。

可选地，还包括：

对所述私密信息波束成形向量进行验证；

所述采用所述私密信息波束成形向量和所述人工噪声向量优化所述电力载波通信系统的物理层安全性能的步骤，包括：

当验证通过时，采用通过验证的所述私密信息波束成形向量和所述人工噪声向量优化所述电力载波通信系统的物理层安全性能。

可选地，所述对所述私密信息波束成形向量进行验证的步骤，包括：

通过MATLAB仿真计算在不同信噪比、不同频率、不同收发通道数以及不同估计误差情况下的验证安全速率；

基于所述验证安全速率，对所述私密信息波束成形向量进行验证。

可选地，所述求解所述优化问题，生成私密信息波束成形向量和人工噪声向量的步骤，包括：

采用凸优化原理将所述优化问题转换为多个优化子问题；

采用基于块梯度下降的分布式迭代算法求解多个所述优化子问题，生成私密信息波束成形向量和人工噪声向量。

本发明还提供了一种电力线载波通信系统物理层安全性能优化装置，包括：