基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法及装置。该方法包括：接收通信接收方发送的通信请求信息，通信请求信息包括导频序列；根据导频序列获取合法通信信道，对合法通信信道的信道矩阵进行奇异值分解；将待发送的信源比特进行极化状态调制获得符号星座点；根据奇异值分解结果确定加权集合，从加权集合中选择一个加权因子，对符号星座点进行加权处理获得待发送的符号；将待发送的符号通过正交双极化天线向外发射。本发明专利技术实施例通过恶化窃听信道质量，扰乱窃听者接收的信号极化星座点，大大增大了破译信息的难度；通过快速变化预编码因子来等效信道的快速变化，有效防止窃听者获取信息。同时可有效防止重放攻击。

【技术实现步骤摘要】
基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法及装置
本专利技术涉及通信
，具体涉及一种基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法及装置。
技术介绍
随着无线通信技术的快速发展和应用需求的不断增加，无线通信传输的安全问题越来越重要。由于无线通信链路的开放性和广播特性，承载着重要信息的信号完全暴露在电磁空间中，任何在传输范围内的人都可以截获分析，因此无线通信系统存在信息泄漏的巨大安全隐患。目前大部分的安全防护措施只覆盖到通信协议栈的链路层及更高层，依靠认证和密码技术来解决无线通信的安全传输问题，如对称密钥加密算法和公钥加密算法的应用等。随着计算机处理能力的提升，这种建立在计算能力基础上的弱安全方案面临巨大挑战。而且对于这种高层无线通信协议，物理层信息很容易遭受窃听和恶意攻击。对于已知传输协议的窃听者，物理层传输的信号是透明的，可以轻易接收信号并恢复出截获信息。因此，物理层安全问题在无线通信中已经成为一个亟需解决的问题。物理层安全技术可以直接阻止恶意攻击者基于开放的传输媒介获取传输信息。现有的物理层安全实现方法中从降低窃听信道质量的角度提出一种加入人工噪声实现物理层安全通信的方法，当发送端有多个天线时，可通过设计在主信道方向上发送信号，其他方向发送噪声，来增大主信道和窃听信道质量差异。现有技术中提出一种波束成形技术，即在多天线发送单天线接收模型中，利用主信道和窃听信道方向的差异，调节天线阵的各个天线单元的加权向量形成期望方向图，将主波束调至主信道方向，而在窃听信道方向产生零陷。然而，波束成形技术要求发送端已知主信道和窃听信道的全部或部分状态信息，而在实际系统应用中发送端是很难得到窃听信道信息的，而且难免存在信道估计误差，需要考虑随机误差约束的问题。另一方面，人工噪声技术虽然不需要已知窃听信道信息，但需要考虑噪声和有用信号的功率分配和优化，且要求发送端天线数量多于窃听端天线数量，在实际模型中难以保证。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法及装置，用于解决现有的窃听信道信息获取困难、需要对窃听端天线数量进行限定的问题。本专利技术实施例提供了一种基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法，包括：接收通信接收方发送的通信请求信息，所述通信请求信息包括导频序列；根据所述导频序列获取合法通信信道，对所述合法通信信道的信道矩阵进行奇异值分解；将待发送的信源比特进行极化状态调制获得符号星座点；根据奇异值分解结果确定加权集合，从所述加权集合中选择一个加权因子，对所述符号星座点进行加权处理获得待发送的符号；将所述待发送的符号通过正交双极化天线向外发射。可选地，所述对所述合法通信信道的信道矩阵进行奇异值分解，包括：根据如下公式对所述合法通信信道的信道矩阵进行奇异值分解：其中，HAB为通信发送方到通信接收方的合法通信信道；UAB和VAB为2×2的酉矩阵，VAB*表示为VAB的共轭转置；和为奇异值，满足λAB,1≥λAB,2＞0。可选地，所述将待发送的信源比特进行极化状态调制获得符号星座点，包括：根据如下公式将待发送的信源比特进行极化状态调制获得符号星座点：其中，Sn为符号星座点；Mp是极化状态调制阶数，(δk,φk)为极化状态的描述子，0≤δk≤π/2，-π≤φk＜π；j为虚数单位。可选地，所述根据奇异值分解结果确定加权集合，包括：根据如下公式根据奇异值分解结果确定加权集合：其中，Ck为加权集合；UAB和VAB为2×2的酉矩阵，VAB*表示为VAB的共轭转置，UAB*表示为UAB的共轭转置；和为奇异值，满足λAB,1≥λAB,2＞0；N为正整数。本专利技术实施例提供了一种基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法，包括：通过正交双极化天线接收通信发送方发送的载波调制信号；将所述载波调制信号左乘去编码矩阵后获得接收信号；对所述接收信号进行解调提取发送符号。本专利技术实施例提供了一种基于极化预编码的无线通信物理层安全实现装置，包括：通信请求信息接收单元，用于接收通信接收方发送的通信请求信息，所述通信请求信息包括导频序列；奇异值分解单元，用于根据所述导频序列获取合法通信信道，对所述合法通信信道的信道矩阵进行奇异值分解；符号星座点获取单元，用于将待发送的信源比特进行极化状态调制获得符号星座点；加权处理单元，用于根据奇异值分解结果确定加权集合，从所述加权集合中选择一个加权因子，对所述符号星座点进行加权处理获得待发送的符号；符号发射单元，用于将所述待发送的符号通过正交双极化天线向外发射。可选地，所述奇异值分解单元进一步用于：根据如下公式对所述合法通信信道的信道矩阵进行奇异值分解：其中，HAB为通信发送方到通信接收方的合法通信信道；UAB和VAB为2×2的酉矩阵，VAB*表示为VAB的共轭转置；和为奇异值，满足λAB,1≥λAB,2＞0。可选地，所述符号星座点获取单元进一步用于：根据如下公式将待发送的信源比特进行极化状态调制获得符号星座点：其中，Sn为符号星座点；Mp是极化状态调制阶数，(δk,φk)为极化状态的描述子，0≤δk≤π/2，-π≤φk＜π；j为虚数单位。可选地，所述加权处理单元进一步用于：根据如下公式根据奇异值分解结果确定加权集合：其中，Ck为加权集合；UAB和VAB为2×2的酉矩阵，VAB*表示为VAB的共轭转置，UAB*表示为UAB的共轭转置；和为奇异值，满足λAB,1≥λAB,2＞0；N为正整数。本专利技术实施例提供了一种基于极化预编码的无线通信物理层安全实现装置，包括：载波调制信号接收单元，用于通过正交双极化天线接收通信发送方发送的载波调制信号；接收信号获取单元，用于将所述载波调制信号左乘去编码矩阵后获得接收信号；发送符号提取单元，用于对所述接收信号进行解调提取发送符号。本专利技术实施例提供的基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法及装置，接收通信接收方发送的通信请求信息，所述通信请求信息包括导频序列；根据所述导频序列获取合法通信信道，对所述合法通信信道的信道矩阵进行奇异值分解；将待发送的信源比特进行极化状态调制获得符号星座点；根据奇异值分解结果确定加权集合，从所述加权集合中选择一个加权因子，对所述符号星座点进行加权处理获得待发送的符号；将所述待发送的符号通过正交双极化天线向外发射。本专利技术实施例充分利用了无线信道的特点严重恶化窃听信道质量，扰乱窃听者接收的信号极化星座点，大大增大了破译信息的难度；信道慢变环境下，通过快速变化预编码因子来等效信道的快速变化，有效防止窃听者获取信息。同时可有效防止重放攻击。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术一个实施例的基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例的极化状态在Poincare球上的表示示意图；图3是本专利技术一个实施例的基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法的原理图；图4是本专利技术一个实施例的4-POLSK的星座图；图5是本专利技术另一个实施例的基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法的流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法，其特征在于，包括：接收通信接收方发送的通信请求信息，所述通信请求信息包括导频序列；根据所述导频序列获取合法通信信道，对所述合法通信信道的信道矩阵进行奇异值分解；将待发送的信源比特进行极化状态调制获得符号星座点；根据奇异值分解结果确定加权集合，从所述加权集合中选择一个加权因子，对所述符号星座点进行加权处理获得待发送的符号；将所述待发送的符号通过正交双极化天线向外发射。

【技术特征摘要】
1.一种基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法，其特征在于，包括：接收通信接收方发送的通信请求信息，所述通信请求信息包括导频序列；根据所述导频序列获取合法通信信道，对所述合法通信信道的信道矩阵进行奇异值分解；将待发送的信源比特进行极化状态调制获得符号星座点；根据奇异值分解结果确定加权集合，从所述加权集合中选择一个加权因子，对所述符号星座点进行加权处理获得待发送的符号；将所述待发送的符号通过正交双极化天线向外发射。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述合法通信信道的信道矩阵进行奇异值分解，包括：根据如下公式对所述合法通信信道的信道矩阵进行奇异值分解：其中，HAB为通信发送方到通信接收方的合法通信信道；UAB和VAB为2×2的酉矩阵，VAB*表示为VAB的共轭转置；和为奇异值，满足λAB,1≥λAB,2＞0。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将待发送的信源比特进行极化状态调制获得符号星座点，包括：根据如下公式将待发送的信源比特进行极化状态调制获得符号星座点：其中，Sn为符号星座点；Mp是极化状态调制阶数，(δk,φk)为极化状态的描述子，0≤δk≤π/2，-π≤φk＜π；j为虚数单位。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据奇异值分解结果确定加权集合，包括：根据如下公式根据奇异值分解结果确定加权集合：其中，Ck为加权集合；UAB和VAB为2×2的酉矩阵，VAB*表示为VAB的共轭转置，UAB*表示为UAB的共轭转置；和为奇异值，满足λAB,1≥λAB,2＞0；N为正整数。5.一种基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法，其特征在于，包括：通过正交双极化天线接收通信发送方发送的载波调制信号；将所述载波调制信号左乘去编码矩阵后获得接收信号；对所述接收信号进行解调提取发送符号。6.一种基于极化预编码的无线通信物理层安全实现装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敏，梁莉莉，魏冬，
申请(专利权)人：中国科学院信息工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11