Criptografia de camada física para sinais OFDM

Abstract

Neste trabalho, a implementação de uma técnica de criptografia de sinais baseada em codificação espectral junto a técnica de multiplexação por divisão de frequências ortogonais (orthogonal frequency division multiplexing, OFDM) é realizada e seu desempenho analisado por meio de simulações numéricas. A técnica de criptografia é uma adaptação da técnica de codificação espectral de fase (spectral phase encoding, SPE), a qual particiona um sinal em diversas fatias espectrais, e altera algumas de suas propriedades. A adaptação feita visa alterar também a amplitude de cada fatia de forma a aumentar a robustez da criptografia como um todo. Foram implementados também dois formatos diferentes de modulação para a transmissão, o 16-QAM retangular e o 16-QAM estrela de duplo anel (dual-ring star 16-QAM, DRS-16- QAM). Após a implementação, foram feitas simulações com o objetivo de analisar o desempenho do sistema com um sinal sendo transmitido por um canal com ruído gaussiano branco aditivo (additive white gaussian noise, AWGN). Os resultados mostraram que a criptografia é robusta, com o sinal criptografado apresentando taxa de erro de bit (bit error rate, BER) de valor próximo a 0,5, o maior valor possível. Os resultados também mostraram que a utilização da técnica DRS-16-QAM é ideal para este tipo de sistema, pois possui um compromisso satisfatório entre a BER e a variação da relação sinal-ruído (signal-to-noise ratio, SNR) do canal, quando comparado com a modulação 16-QAM retangular.

In this work, the implementation of a spectral-based signal encryption technique along with the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) technique is performed and its performance is analyzed using numerical simulations. The cryptography technique is an adaptation of the spectral phase encoding (SPE) technique, which partitions a signal into several spectral slices, and changes some of its properties. The adaptation made also aims to change the amplitude of each slice in order to increase the strength of the cryptography as a whole. Two different modulation formats for transmission were also implemented, the rectangular 16-QAM and the dual-ring star 16-QAM (DRS-16-QAM). After implementation, simulations were carried out in order to analyze the performance of the system being transmitted through a channel with additive white gaussian noise (AWGN). The results induced that the encryption is robust, with the encrypted signal at a bit error rate (BER) extremely close to the maximum possible value. They also show us that the use of the DRS-16-QAM technique is ideal for this type of system, as it has a satisfactory compromise between BER and the variation of the signal- to-noise ratio (SNR) of the channel, when compared with rectangular 16-QAM modulation.