[发明专利]单载波频域均衡系统中实现物理层安全传输的预编码方法

摘要

本发明公开了一种单载波频域均衡系统中实现物理层安全传输的预编码方法包括：发射端利用合法接收端的反馈信号估计合法信道的时域冲击响应；发射端计算时域冲击响应的频域等价信道矩阵；发射端利用频域等价信道矩阵计算发送信号的频域预编码矩阵；发射端对发送信号进行频域预编码，并转换成时域信号；发射端在时域信号前面添加循环前缀，将信号发送至合法接收端；合法接收端先将时域接收信号转换成频域信号，再对其进行频域均衡；利用离散反傅里叶变换，合法接收端将均衡后的频域信号再转换成时域信号，然后对其进行判决得到发射端发送的信息。本发明提出的预编码方法可实现单载波频域均衡系统的物理层安全传输且具有较高的实用价值。

主权项

1.一种单载波频域均衡系统中实现物理层安全传输的预编码方法，其特征在于，所述单载波频域均衡系统中实现物理层安全传输的预编码方法，发射端根据合法信道的信道状态信息对发送信号进行预编码使得合法接收端正确解调信号，而窃听端即使接收到发射端的信号也无法正确解调，在物理层实现发射端与合法接收端的安全传输；所述单载波频域均衡系统中实现物理层安全传输的预编码方法具体包括以下步骤：步骤一，利用衰落信道的互易性，发射端利用合法接收端的反馈信号估计合法信道的时域冲击响应，即h＝[h(0),h(1),…,h(D‑1)]^T以及信道的总功率其中D为信道冲击响应的长度；步骤二，利用离散傅里叶变换，发射端计算h的频域等价信道矩阵，即Λ＝UHHeqU＝diag{λ0,λ1,…,λN‑1}，其中，Heq是h等效的托普利茨矩阵形式，U为DFT矩阵，()H表示矩阵的共轭转置，diag{}表示对角矩阵；步骤三：利用步骤一得到的P_tot和步骤二得到的Λ，发射端计算发送信号的频域预编码矩阵C＝diag{c₀,c₁,…,c_N‑1}，其中，且λ_k(0≤k≤N‑1)为Λ主对角线上的元；步骤四，利用步骤三得到的预编码矩阵C，发射端对发送信号进行频域预编码，并将编码后的信号再次转换成时域信号，即其中，U为DFT矩阵，x为发射端的时域发送信息；步骤五，发射端对步骤四的时域信号前面添加循环前缀得到然后通过合法信道将发送至合法接收端，其中CP的长度不少于步骤一中信道时域冲击响应的长度D；步骤六，根据最小均方误差准则，合法接收端将时域接收信号转换成频域信号，然后再进行频域均衡，即其中，为合法接收端去除CP后的时域接收信号，U为DFT矩阵，W＝[ρΩ^HΩ+I]^‑1Ω^H为频域均衡矩阵，其中，Ω＝CΛ，ρ是接收信号的平均信噪比，合法接收端利用接收信号中的导频信号并通过步骤一到步骤三所述的方法来估计C和Λ；步骤七，利用离散反傅里叶变换，合法接收端将步骤六得到的频域信号转换成时域信号，即然后对其进行判决得到发射端发送的信息，其中，U为DFT矩阵；所述步骤四中，发射端对发送信号进行频域预编码，按如下步骤进行：第一步，利用DFT，发射端将时域发送信息x＝[x(0),x(1),…,x(N‑1)]^T转换成频域发送信号，即得到其中，U为DFT矩阵；第二步，利用步骤三的频域预编码矩阵C，发射端对上一步得到的频域信号进行频域预编码，即得到第三步，利用离IDFT，发射端再将上一步得到的频域信号转换成时域信号，即得到其中，U为DFT矩阵；所述步骤六中，合法接收端对接收信号进行频域均衡，按如下步骤进行：第一步，合法接收端去除接收信号中长度为Γ的CP，得到时域信号第二步，利用DFT，合法接收端将上一步得到的时域信号转换成频域信号，即其中，U为DFT矩阵；第三步，合法接收端对上一步得到的频域信号进行频域均衡，即其中，W＝[ρΩ^HΩ+I]^‑1Ω^H为频域均衡矩阵且Ω＝CΛ，ρ是接收信号的平均信噪比。