WiMAX物理层安全性能及CE-OFDMPAPR降低技术解析

# WiMAX物理层安全性能及CE - OFDM PAPR降低技术解析 ## 1 WiMAX物理层安全性能分析 ### 1.1 仿真参数 在对WiMAX系统进行仿真时，需要设定一系列物理层参数，具体如下表所示： | 参数 | 仿真标准值 | | --- | --- | | 信道带宽 | 20 MHz | | 载波数量 | 200 | | CP比率 | 1/4 | | OFDM符号持续时间 | 102 µs | | FFT点数 | 256 | | 采样因子n | 28/25 | | 信噪比 | 20 db | ### 1.2 干扰类型判定及性能评估参数 为了评估系统在干扰下的性能，有多个QOS（服务质量）参数可供使用。以下是一些关键公式和参数说明： - **干扰类型判定公式**： \[ \frac{B_J}{B_{VS}} \] 其中，$B_J$ 为干扰器带宽，$B_{VS}$ 为受害系统带宽。若该比值小于0.2，则认为是点（窄带）干扰；若大于1，则为 barrage（宽带）干扰。 - **分组错误率（PER）计算公式**： \[ PER = \frac{错误分组数}{发送分组数} \] - **信噪比（SNR）计算公式**： \[ SNR = \frac{信号功率}{噪声功率} \] 这里的噪声功率即为干扰信号功率。 ### 1.3 干扰器设计 在OPNET Modular中设计干扰器，其发射节点模型包含多个模块： - **tx_gen处理器模块**：计算天线指向目标所需的信息，即纬度、经度和高度坐标。它通过内核程序将子网中节点的位置（由x和y位置属性描述）转换为天线所需的全局坐标。 - **radio_tx无线电发射模块**：以1024位/秒的速率向天线发送数据包，并使用其100%的信道带宽。对于每个到达的候选数据包，无线电接收模块会参考多个属性，以确定数据包的平均误码率（BER）是否低于指定阈值。若BER足够低，数据包将被发送到接收器并销毁。 - **ant_tx天线模块**：通过引用其模式属性来模拟物理天线的定向增益。天线使用两种不同的模式：各向同性模式（在所有方向上具有均匀增益）和定向模式。软件中还提供了天线模式编辑器，可用于设计天线模式以有效利用功率。 ### 1.4 仿真结果 通过软件仿真生成结果，以QOS参数衡量IEEE 802.16系统的性能： - **无干扰情况**：吞吐量达到最大（97%），分组错误率最低。例如，在视频会议应用的一分钟仿真中，表现良好。 - **有干扰情况**：系统吞吐量下降，分组错误率上升。不同调制方案和PER值所需的干扰功率如下表所示： | PER | QPSK 1/2 | QPSK 3/4 | 16 QAM 3/4 | 64 QAM 2/3 | 64 QAM 3/4 | | --- | --- | --- | --- | --- | --- | | 5% | -35.8 | -40.1 | -43.8 | -42 | -43.3 | | 30% | -34.8 | -39 | -42.7 | -40.6 | -41.9 | | 60% | -33.8 | -38.5 | -41.9 | -39.8 | -41.2 | 从结果可以看出，对于特定的调制方案，随着PER值的升高，所需的干扰功率也会增加。干扰功率增加时，PER上升，吞吐量下降，信噪比也会降低。 ### 1.5 干扰降低技术及问题 #### 1.5.1 波束成形 该技术用于提高天线的方向性，适用于使用扇形模式而非全向天线的基站。例如，若基站天线有三个扇区，当干扰天线位于一个扇区时，另外两个扇区受干扰的影响较小。但该技术难以实现，因为减小天线主瓣较为复杂。 #### 1.5.2 抗干扰架构 在一个小区中使用多个基站，所有用户站（包括服务该小区的基站）以网状拓扑连接。例如，当一个基站因干扰失效时，由该基站服务的所有用户站会自动连接到另一个基站。然而，这种架构存在调度问题，因为需要使用分布式调度，而分布式调度非常复杂，设计难度大。 #### 1.5.3 OFDM - CDMA 将OFDM和CDMA相结合，利用CDMA的抗干扰能力来降低干扰影响。这是一种较新的技术，具有实现的可能性。 ## 2 CE - OFDM PAPR降低技术 ### 2.1 OFDM技术概述 正交频分复用（OFDM）是一种多载波调制技术，具有多个可重叠的