本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于ofdm系統(tǒng)特征抑制的方法。

背景技術(shù)：

ofdm系統(tǒng)中常用的循環(huán)前綴既給系統(tǒng)帶來了無可比擬的優(yōu)勢，也不可避免地暴露了系統(tǒng)的參數(shù)性能。具體而言，循環(huán)前綴由于其穩(wěn)定存在的周期性，使得cp-ofdm的時域特征如有效符號長度與循環(huán)前綴長度等信息暴露出來。此外，除了循環(huán)前綴帶來的特征，ofdm信號還具有其它的高階累積量特征，會暴露ofdm系統(tǒng)的子載波數(shù)以及每個子載波所在的頻率位置。這兩種特征使得系統(tǒng)易受攻擊。

為了消除明顯的時域周期特性，現(xiàn)有算法主要從兩個方面著手。其一即是通過消除前后的相關(guān)性，但由于循環(huán)前綴的先天特性使然，消除相關(guān)性意味著不采用循環(huán)前綴，這樣的算法往往帶來了接收機復(fù)雜度與性能的雙重妥協(xié)。其二則是隱藏ofdm符號的循環(huán)前綴周期性特征。主要有選擇區(qū)域隨機后移法跟符號長度隨機化法。

此兩種方法均有其各自的優(yōu)劣點，選擇區(qū)域后移法由于其將后一符號的部分?jǐn)?shù)據(jù)拷貝至前一符號之中，實際上引入了載波間的干擾，使得前一符號的部分載波失去了正交性，進而會影響到系統(tǒng)的通信性能；符號長度隨機化法的缺點雖然不表現(xiàn)在系統(tǒng)性能之上，而主要是在資源的利用上，但是其并未從本質(zhì)上根除循環(huán)前綴帶來的循環(huán)平穩(wěn)特征，使得算法有效性較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的是：在ofdm系統(tǒng)中，循環(huán)前綴與符號末端的強相關(guān)性暴露了系統(tǒng)參數(shù)，存在安全漏洞，導(dǎo)致系統(tǒng)易受攻擊的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種用于ofdm系統(tǒng)特征抑制的方法，所述ofdm系統(tǒng)特征至少包括有效符號長度、循環(huán)前綴長度、子載波數(shù)以及每個子載波所在的頻率位置中的一種，其特征在于，包括：

在發(fā)射機端：對發(fā)送信號進行ifft后，在獲得的正交子載波前后各加一個冗余載波，然后插入循環(huán)前綴，輸出ofdm信號，所述冗余載波在接收機端是已知的；

在接收機端：將接收到的ofdm信號進行去循環(huán)前綴和fft后，對獲得的頻域符號進行去冗余載波處理，具體為根據(jù)冗余載波的長度，去掉頻域符號前后相對應(yīng)的長度部分。

本發(fā)明總的技術(shù)方案，相對于傳統(tǒng)的ofdm系統(tǒng)信號收發(fā)過程，本發(fā)明在已有的正交子載波前后各加一個冗余載波，使生成的ofdm時域符號的長度也相應(yīng)地發(fā)生變化，改變了循環(huán)前綴的周期性，從而隱藏了其暴露出來的循環(huán)平穩(wěn)特征，解決了傳統(tǒng)ofdm系統(tǒng)特征所導(dǎo)致的一系列問題。

進一步的，所述在正交子載波前后各加一個冗余載波的具體方法為：

在一定的數(shù)值范圍內(nèi)隨機取值構(gòu)成冗余載波，并將之插入到正交子載波前后。

上述方案的目的，是在保持有效子載波的前提下，把前后冗余子載波數(shù)在一定的數(shù)值范圍內(nèi)隨機取值并將之插入到系統(tǒng)中，從而獲得符號長度隨機化的ofdm符號串。

更進一步的，所述的一定的數(shù)值范圍內(nèi)為[0，100]的數(shù)值范圍內(nèi)。

上述方案是補充的一個具體方案，目的是使得本發(fā)明方案中的冗余載波具體化，便于理解和實現(xiàn)。

本發(fā)明的有益效果為，有效數(shù)據(jù)長度的隨機變化，符號率也相應(yīng)變化，則其循環(huán)自相關(guān)函數(shù)的周期性峰值將不復(fù)存在，無法被提取出有用參數(shù)信息，因此本發(fā)明對二階循環(huán)平穩(wěn)特征有顯著抑制作用；此外，本發(fā)明中隨機改變了ofdm系統(tǒng)的子載波數(shù)，使得從頻域上看系統(tǒng)的子載波位置也在變化，互相疊加之后會使得峰值區(qū)分度大幅下降，在頻域上也表現(xiàn)出較好隱藏效果。

附圖說明

圖1為ofdm發(fā)射機子載波示意圖(4個子載波)；

圖2為ofdm增加冗余子載波方式示意圖；

圖3為有效子載波前后插入冗余子載波示意圖。

圖4為加入冗余子載波后的ofdm信號循環(huán)自相關(guān)函數(shù)；

圖5為加入冗余子載波后的ofdm信號子載波特征；

圖6為系統(tǒng)的傳輸性能仿真曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

實施例

本實施例以一條ofdm系統(tǒng)的收發(fā)鏈路為例子來講述ofdm系統(tǒng)特征抑制的過程。ofdm系統(tǒng)是用一系列互相正交的載波來傳輸信號的系統(tǒng)，載波間的正交性保證了系統(tǒng)不會產(chǎn)生載波間干擾，其發(fā)射機部分原理框圖示意如圖1，x[k]為頻域符號，fk為正交子載波，示意圖中為4子載波ofdm系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上添加冗余子載波，如圖2所示，其中的a與b可以為任意合理數(shù)值，則生成的ofdm時域符號的長度也會相應(yīng)地變化，對應(yīng)符號率是變化的，使得其循環(huán)自相關(guān)函數(shù)的周期性峰值不再出現(xiàn)。

本實施例具體實施過程如下：

仿真的ofdm系統(tǒng)共有2048個子載波，并采用qpsk調(diào)制。仿真環(huán)境設(shè)定為五徑瑞利信道與awgn信道，最大多普勒頻移為50hz。分別在發(fā)射機和接收機進行相應(yīng)的加冗余載波、去符號操作，并對加入算法后的相關(guān)參數(shù)進行仿真。

發(fā)射機端：在通過快速傅里葉變換實現(xiàn)的現(xiàn)代ofdm系統(tǒng)中，保持有效子載波的前提下，前后冗余子載波數(shù)在[0,100]的數(shù)值范圍內(nèi)隨機取值并將之插入到系統(tǒng)中。冗余子載波采用固定位置插入方式，如圖3所示。那么我們將得到符號長度ts隨機化的ofdm符號串。

對改變后的符號串計算循環(huán)自相關(guān)函數(shù)，如圖4所示，可明顯看出，加入算法之后ofdm系統(tǒng)信號僅剩α＝0處信號自相關(guān)峰值，而循環(huán)前綴帶來的能暴露信號參數(shù)的峰值已經(jīng)全部消失，說明cp-ofdm信號的時域循環(huán)平穩(wěn)特征已經(jīng)被徹底抑制。另外，本發(fā)明中隨機改變了ofdm系統(tǒng)的子載波數(shù)，使得從頻域上看系統(tǒng)的子載波位置也在變化，互相疊加之后會使得峰值區(qū)分度大幅下降，如圖5所示。

接收機：在準(zhǔn)確獲知發(fā)送端隨機序列信息的情況下，只需將fft輸出結(jié)果(頻域符號)前后相應(yīng)長度部分去掉即可獲得原本的信息。

系統(tǒng)的傳輸性能仿真曲線如圖6所示。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，本發(fā)明的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現(xiàn)，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現(xiàn)，從而可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。另外，本實施例僅以ofdm通信鏈路來講訴，但發(fā)明思路不僅限ofdm系統(tǒng)中。類似的隨機改變系統(tǒng)發(fā)送符號長度的思路還可以應(yīng)用到只有單一載波的sc-fde系統(tǒng)中，可以有效抑制sc-fde系統(tǒng)的二階循環(huán)平穩(wěn)特征，實現(xiàn)復(fù)雜度合理，且基本不影響系統(tǒng)的傳輸性能。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于OFDM系統(tǒng)特征抑制的方法。OFDM系統(tǒng)中常用的循環(huán)前綴既給系統(tǒng)帶來了無可比擬的優(yōu)勢，也不可避免地暴露了系統(tǒng)的參數(shù)性能，成為安全漏洞，極易受到惡意攻擊。本發(fā)明通過對每個OFDM符號加入隨機數(shù)目的冗余子載波，使得符號長度隨機變化，改變了循環(huán)前綴的周期性，從而隱藏了其暴露出來的循環(huán)平穩(wěn)特征。另外，由于子載波數(shù)目的隨機變化，也使得子載波之間的間隔大小同樣表現(xiàn)出隨機變化的特性，這對于頻域特征如子載波數(shù)和子載波間隔的高階累積量盲估計也起到了保護作用。同時，本發(fā)明可將該算法思想應(yīng)用到特征類似的SC?FDE系統(tǒng)中。仿真結(jié)果表明，該算法幾乎不影響系統(tǒng)的傳輸性能。

技術(shù)研發(fā)人員：林楷佳;金芳利;劉皓
受保護的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.13
技術(shù)公布日：2017.09.15