[发明专利]基于物理层认证的URLLC系统的性能评估方法及系统

权利要求书

1.一种基于物理层认证的URLLC系统的性能评估方法，是包括发射端和接收端的基于物理层认证基于URLLC系统的性能评估方法，其特征在于，

包括：

所述发射端向所述接收端发射帧，所述帧包括导频信号、认证信号和信息信号，所述认证信号叠加在所述信息信号上形成标签信号，所述信息信号由初始信号进行信道编码和调制获得，基于所述信息信号、哈希函数和密钥获得所述认证信号；

所述接收端基于所述帧计算帧差错概率，基于所述帧差错概率获得数据传输的解码概率，所述接收端基于所述帧和假设检验条件获得虚警概率，计算所述虚警概率的期望进而获得平均虚警概率，基于Neyman–Pearson(内曼-皮尔逊)理论，设置所述平均虚警概率等于虚警概率的上限，获得最优阈值，基于所述最优阈值获得检测概率，基于所述检测概率获得平均检测概率；并且

当所述解码概率和所述平均检测概率满足系统要求时，所述帧通过认证，所述接收端基于所述解码概率和所述平均检测概率获得吞吐量，以评估URLLC系统的性能，

其中，基于可实现吞吐量、帧长度和信息比特数可以获得帧差错概率，所述帧差错概率满足所述解码概率满足p_Data＝1-ε(k_d,n,γ)，其中，ε表示所述帧差错概率，k_d表示所述初始信号的信息位长度，n表示所述帧的帧长度，γ表示信噪比，C(γ)表示香农容量，V(γ)表示信道分散系数，n_d表示所述标签信号的信号长度，p_Data表示所述解码概率，当p_Data≥1-ε_R时，所述解码概率满足系统要求，其中，ε_R表示可靠解码的阈值，基于内曼-皮尔逊理论，满足P_FA≤ε_PFA，P_FA表示虚警概率，ε_PFA表示虚警概率的上限，表示平均虚警概率，设置平均虚警概率等于虚警概率的上限，即获得最优阈值，基于最优阈值，假设接收端接收的帧中的衰落系数为常数，基于接收的帧获得检测概率，在零均值复高斯信道条件下，通过期望算子对检测概率进行运算获得平均检测概率所述平均检测概率满足其中，θ^*表示所述最优阈值，且满足表示所述认证信号的功率分配因子，γ_h表示信道信噪比，当时，所述平均检测概率满足系统要求，ε_S表示安全认证的阈值，所述吞吐量满足其中，表示吞吐量。

2.根据权利要求1所述的性能评估方法，其特征在于：

所述帧是短帧结构，所述帧的帧长度n等于所述导频信号的信号长度n_p和所述标签信号的信号长度n_d，即n＝n_p+n_d。

3.根据权利要求1所述的性能评估方法，其特征在于：

所述信息信号的信号长度等于所述认证信号的信号长度等于所述标签信号的信号长度n_d。

4.根据权利要求1所述的性能评估方法，其特征在于：

所述信息信号的功率分配因子与所述认证信号的功率分配因子之和满足

5.一种基于物理层认证的URLLC系统的性能评估系统，是包括发射装置和接收装置的基于物理层认证的URLLC系统的性能评估系统，其特征在于，

包括：

所述发射装置，其用于向所述接收装置发射帧，所述帧包括导频信号和标签信号，所述标签信号包括认证信号和信息信号，所述认证信号叠加在所述信息信号上形成标签信号，所述信息信号由初始信号进行信道编码和调制获得，基于所述信息信号、哈希函数和密钥获得所述认证信号；以及

所述接收装置，其用于基于所述帧计算帧差错概率，基于所述帧差错概率获得数据传输的解码概率，所述接收装置基于所述帧和假设检验条件获得虚警概率，计算所述虚警概率的期望进而获得平均虚警概率，基于Neyman–Pearson(内曼-皮尔逊)理论，设置所述平均虚警概率等于虚警概率的上限，获得最优阈值，基于所述最优阈值获得检测概率，基于所述检测概率获得平均检测概率，当所述解码概率和所述平均检测概率满足系统要求时，所述帧通过认证，所述接收装置基于所述解码概率和所述平均检测概率获得吞吐量，以评估URLLC系统的性能，

其中，基于可实现吞吐量、帧长度和信息比特数可以获得帧差错概率，所述帧差错概率满足所述解码概率满足p_Data＝1-ε(k_d,n,γ)，其中，ε表示所述帧差错概率，k_d表示所述初始信号的信息位长度，n表示所述帧的帧长度，γ表示信噪比，C(γ)表示香农容量，V(γ)表示信道分散系数，n_d表示所述标签信号的信号长度，p_Data表示所述解码概率，当p_Data≥1-ε_R时，所述解码概率满足系统要求，其中，ε_R表示可靠解码的阈值，基于内曼-皮尔逊理论，满足P_FA≤ε_PFA，P_FA表示虚警概率，ε_PFA表示虚警概率的上限，表示平均虚警概率，设置平均虚警概率等于虚警概率的上限，即获得最优阈值，基于最优阈值，假设接收端接收的帧中的衰落系数为常数，基于接收的帧获得检测概率，在零均值复高斯信道条件下，通过期望算子对检测概率进行运算获得平均检测概率所述平均检测概率满足其中，θ^*表示所述最优阈值，且满足表示所述认证信号的功率分配因子，γ_h表示信道信噪比，当时，所述平均检测概率满足系统要求，ε_S表示安全认证的阈值，所述吞吐量满足其中，表示吞吐量。