离散输入窃听 OFDM 系统的功率分配与时域人工噪声设计

从高斯信道输入的信息论视角出发，正交频分复用（OFDM）窃听信道的最优功率分配已在一些前期工作中得到研究。然而，这些结果不足以指导实际系统设计。原因之一在于，当前的实际无线系统为维持适度的峰值发射功率和接收机复杂度，部署的是离散信道输入（如正交幅度调制 (QAM) 信号），而非高斯信道输入。本文研究了具有离散信道输入的 OFDM 窃听信道的功率分配与人工噪声设计。我们首先证明了离散信道输入的保密率函数关于发射功率是非凹的。为解决相应的非凸保密率最大化问题，我们开发了一种低复杂度的功率分配算法，其产生的对偶间隙以 $O(1/\sqrt{N})$ 的量级递减，其中 $N$ 为 OFDM 的子载波数量。随后，我们证明了独立的频域人工噪声无法提升单天线窃听信道的保密率。为此，我们提出了一种新颖的时域人工噪声设计方案，该方案利用 OFDM 系统循环前缀提供的时域自由度来干扰窃听者，即使发射端仅配备单天线也能提升保密率。数值结果展示了所提设计方案的性能。