طرح کاهش توام PAPR و رمزنگاری لایه فیزیکی مبتنی بر کدهای قطبی
چکیده
امنیت و کدگذاری کانال از جمله مسائل مهم در سیستم های مخابراتی هستند. نسل پنجم شبکه های مخابراتی موبایل، نیازمند تکنولوژی های بالاتر برای کدگذاری و رمزنگاری هستند. در سال های اخیر، کد های قطبی به عنوان یکی از شیوه های کدگذاری مفید و موثر، توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. همچنین نسبت حداکثر توان به متوسط توان (PAPR) یکی از مشکلات موجود در سیستم های دسترسی چندگانه با استفاده تقسیم بندی متعامد فرکانس است که بر روی عملکرد سیستم های OFDM به طور موثر، اثر می گذارد. در این مقاله، یک رویکرد برای کاهش توام PAPR و رمزنگاری لایه فیزیکی پیشنهاد شده است که تلاش می کند تا مسئله PAPR را حل کرده و به طور همزمان به سطح بالایی از امنیت در سیستم انتقال دست یابد. در این رویکرد از تکنولوژی تولید کلید در کانال های مخابراتی برای دستیابی به یک مقدار اولیه برای دنباله های آشوبی، بهره می بریم. سپس از دنباله های آشوبی برای رمزنگاری اطلاعات و کاهش همزمان PAPR استفاده می شود. همچنین از بهترین بیت های اطلاعاتی کد های قطبی برای نگهداری شماره سریال کد های آشوبی استفاده می شود. نتایج شبیه سازی و آنالیز های تئوری نشان می دهد که طرح پیشنهادی علاوه بر اینکه در لایه فیزیکی به یک امنیت بالا می رسد، همچنین باعث می شود که بدون افزایش دوره عکس العمل و پیچیدگی ، نسبت PAPRدر سیستم OFDMکاهش می یابد.
I. مقدمه
با توجه به رشد سریع تکنولوژی مخابرات بیسیم، نسل پنجم (5G) به یکی از کانون های تحقیقاتی در مخابرات بیسیم تبدیل شده است. 5G نیازهای تجاری متنوعی از کار، زندگی و سرگرمی را برآورده می کند علاوه بر این ، 5G برای تأمین نیازهای متنوع تجاری در همه چیز مانند صنایع، مراقبت های پزشکی و حمل و نقل و تمام حوزه های صنعت نفوذ خواهد کرد .تکنولوژی های اصلی مخابرات موبایل نسل پنج، به طور عمده در تکنولوژی انتقال بسیار کارآمد بیسیم و تکنولوژی شبکه بیسم با تراکم بالا، گنجانده شده است ]1[. تکنولوژی کدگذاری کانال با عملکرد و بهره وری بالا، یکی از زمینه های تحقیقاتی مهم در نسل پنج است. در سال 1948، شانون تئوری ریاضیاتی مخابرات را پیشنهاد داد ]2[. در سال 1962 گالاگر کد های بررسی توازن با تراکم پایین (LDPC) را پیشنهاد داد ]3[. سی برور و همکاران، کد های انقلابی توربو را پیشنهاد دادند. با این حال، نه کد های توربو و نه کد های LDPC از لحاظ تئوری نتوانستند ثابت کنند که به حد شانون در ظرفیت برسند. پروفسور آریکان ابتدا کد های قطبی را پیشنهاد داد و به دقت ثابت کرد که کد های قطبی می توانند در کانال های بدون حافظه و گسسته باینری، به ظرفیت کانال برسد. در سال 2016 رویکرد کد های قطبی به عنوان راه حل نهایی برای عرصه باند وسیع موبایل (eMBB) از کانال نترل نسل پنج بود و توانست با موفقیت به پروتکل چارچوب مخابراتی پایه نسل پنج وارد شود ]6[. در سال 2018 نسخه ای از سیستم نسل5 که استاندارد 3GPP را برآورده می کند و از کدهای قطبی پشتیبانی می کند، به طور رسمی منتشر شد.
V. نتیجه‌گیری
در این مقاله، کاهش PAPR در سیستم OFDM با رمزنگاری مبتنی بر مشخصه کدگذاری کدهای قطبی، ترکیب شده است. بر اساس ویژگی‌هایی که کانال‌های بیسیم دارند، برای رمزنگاری از دنباله‌های آشوبی استفاده شد. با الهام از ایده‌ی SLM، دنباله‌های آشوبی برای کاهش PAPR به کار رفت و مدل سیستم نیز ساده شد. همچنین اطلاعات جانبی مربوط به شاخص شماره سریال توسط کانالی که دارای بیشترین ظرفیت و کدگذاری قطبی بود، انتقال داده شد که این امر باعث بهبود عملکرد BER شد. بنابراین طرح پیشنهادی می‌تواند PAPR را به طور موثر از سیستم OFDM کاهش داده و رمزنگاری را در فرآیند کدگذاری محقق کند که امنیت و قابلیت اطمینان سیستم را افزایش می‌دهد.
Abstract
Channel coding and security are important in a communication system. The 5th generation (5G) mobile communication networks call for higher requirements of new coding technologies and encryption technologies. As an efficient coding method, polar codes have attracted more attention in recent years. Besides, the peak-to-average-power ratio (PAPR) is a major problem of the orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) system, which will significantly affect the performance of the OFDM system. In this paper, joint physical-layer encryption and PAPR reduction scheme is proposed, aiming to solve the PAPR problem and achieve high security of the transmission system. In this scheme, we utilize the key generation technology of wireless channels to get the initial value of chaotic sequences. Then, the chaotic sequences can be used to encrypt the information and reduce PAPR simultaneously. Moreover, we use the best information bits of polar codes to store the serial number index of chaotic sequences. The theoretic analysis and simulation results show that the proposed scheme can not only achieve high security in the physical layer but also reduce PAPR in the OFDM system without increasing system complexity and latency.
I. INTRODUCTION
With the rapid development of wireless communication technology, 5G has become a research hotspot in the field of wireless communication. 5G will meet diverse business needs of work, life and entertainment. In addition, 5G will penetrate into all fields of industry to effectively meet the diversified business needs and realize the interconnection of all things such as industries, medical cares and transportations. The key technologies of 5G mobile communication are mainly embodied in ultra-efficient wireless transmission technology and high-density wireless network technology [1]. Channel coding technology with high performance and efficiency is also an important research direction of 5G. In 1948, Shannon proposed the mathematical theory of communication [2]. In 1962, Gallager proposed low-density parity-check (LDPC) codes [3]. In 1992, C. Berrou et al. of France proposed the revolutionary Turbo codes [4]. However, neither the Turbo code nor the LDPC had been theoretically proved to be able to reach the Shannon channel capacity. Professor Arikan first proposed the concept of polar codes, which rigorously proved that polar codes can reach the channel capacity in binary discrete memoryless channels (B.DMCs) [5]. In 2016, polar codes scheme became the final solution for enhanced mobile broadband (eMBB) scene of the 5G control channel, and successfully entered the 5G basic communication framework protocol [6]. In 2018, the 5G system that meets the 3GPP standard and supports polar codes was officially released.
V. CONCLUSION
In this paper, the reduction of PAPR in OFDM system is combined well with the encryption using the coding characteristic of polar codes. Based on the characteristics of wireless channels, chaotic sequences are provided for encryption. Inspired by the idea of SLM, chaotic sequences are utilized for PAPR reduction and the system model is simplified. Moreover, side information containing the bits of serial number indices is conveyed by the largest channel capacity of polar code, leading to the improvement of BER performance. Therefore, the proposed scheme can both effectively reduce the PAPR of the OFDM system and realize encryption in the coding process, which enhances the security and reliability of the system.
چکیده
I) مقدمه
II) مقدمات
A) انتخاب بیت های اطلاعاتی کد های قطبی
B) تولید کلید مبتنی بر ویژگی های کانال بیسیم
C) تولید سلسله مراتب
D) نسبت حداکثر توان به مقدار متوسط توان در سیستم های OFDM و تکنیک SLM:
III) مدل سیستم و رویکرد طراحی
IV) نتایج شبیه سازی
V) نتیجه‌گیری
ABSTRACT
II. PRELIMINARIES
A. THE SELECTION OF POLAR CODES INFORMATION BITS
B. KEY GENERATION BASED ON WIRELESS CHANNEL CHARACTERISTICS
C. THE GENERATION OF CHAOTIC SEQUENCES
D. THE PAPR OF OFDM SYSTEMS AND SLM TECHNIQUE
III. THE SYSTEM MODEL AND SCHEME DESIGN
IV. SIMULATION RESULTS
V. CONCLUSION
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه