基于无线信道物理层密钥的跳频序列产生方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于无线信道物理层密钥的跳频序列产生方法及装置，属于无线通信技术领域。包括发射节点与接收节点的信道测量、信道量化、信息协商和跳频序列设计，通过信道估计生成一致密钥，并据此生成跳频序列。本发明专利技术利用无线信道的快速时变性，每次信道估计生成的密钥可实现“一次一密”，通过物理密钥生成的跳频序列随机性好且不易被窃取，可以有效保证通信系统的抗干扰性能。

Frequency hopping sequence generation method and device based on physical layer key of wireless channel

【技术实现步骤摘要】
基于无线信道物理层密钥的跳频序列产生方法及装置
本专利技术涉及无线通信
，具体涉及一种基于无线信道物理层密钥的跳频序列产生方法及装置。
技术介绍
跳频是扩频通信的一种，其工作原理是通信双方根据跳频序列的变换，使载波频率不断地、随机地在某一段频带范围内跳变。第三方窃听者或干扰者不知道跳频序列的变化规律，无法窃听或截取通信的信息，因此跳频技术具有很好的抗干扰能力和抗衰落能力。在跳频通信中，传统的跳频序列由伪随机序列发生器产生，该发生器通常由线性移位寄存器和模2加法器组成，常用的伪随机序列有m序列，M序列和R-S序列。但是伪随机码并不是真正的随机，而是一种预先确定的、有规律可循的周期性二进制序列。一旦敌方窃取了跳频序列，对其实施干扰攻击，将导致极大的通信隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提出了一种基于无线信道物理层密钥的跳频序列产生方法及装置，提高通信的抗干扰能力。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于无线信道物理层密钥的跳频序列产生方法，其特征是，包括以下步骤：对无线通信双方的信道进行估计处理，获取信道信息；从信道信息中提取幅值和相位，对幅值和相位进行编码处理，获取通信双方各自的密钥；通信双方对各自的密钥进行信息协商处理，获取一致性密钥；根据一致密钥生成跳频序列。进一步的，所述对幅值和相位进行编码处理获取通信双方各自的密钥包括：对通信双方提取的幅度信息进行归一化处理；将归一化后的幅值信息和对应的相位信息组成一个个极坐标点。采用幅度和相位联合的方法对极坐标点进行量化和编码，将极坐标点中幅度和相位的编码组合在一起生成密钥。进一步的，采用幅度和相位联合的方法对极坐标点进行量化和编码的过程包括：幅度采用2bit等概量化，对归一化后的幅度信息进行升序排列，分别取和处对应的幅值大小作为量化门限，基于量化门限对极坐标点中的归一化幅值进行量化，其中幅值在【处对应的幅值大小】区间的编码为01，在【处对应的幅值大小】区间的编码为00，在【处对应的幅值大小】区间的编码为10，在【处对应的幅值大小-1】区间的编码为11；相位采用2bit均匀量化，将[0,2π)分为4个等间隔量化区域，极坐标点中的相位落在区间的编码为01，落在区间的编码为00，落在区间的编码为10，落在区间的编码为11。进一步的，将用户A生成的密钥与随机生成的BCH纠错码进行异或运算处理后发送给用户B，用户B进行密钥的协商，若用户A与用户B不一致的密钥比特数目在纠错码的纠错范围内，则将用户B的密钥纠错成与用户A一致的密钥。进一步的，所述根据一致密钥生成跳频序列包括以下过程：根据通信双方生成的一致密钥，各自经过序列发生器生成一致跳频序列；将跳频序列等长度划分成若干子序列，将子序列通过一一映射关系转换为相应的跳频频点，从而实现跳频通信。进一步的，所述将跳频序列等长度划分成若干子序列，将子序列通过一一映射关系转换为相应的跳频频点包括以下过程：每个子序列长度为Mbits，即跳频频点的数目为2M个，分别为频点f0，f1，f2，……，将M比特的二进制子序列转化成十进制数，该十进制数对应某一个跳频频点，即跳频序列(000…00)Mbits对应频点f0，(000…01)Mbits对应频点f1，……，(111…11)Mbits对应频点这样一一映射的关系，通信双方利用一致密钥生成一致的跳频序列可用于跳频通信。相应的，本专利技术还提供了一种基于无线信道物理层密钥的跳频序列产生装置，其特征是，包括信道估计模块、密钥生成模块、密钥协商模块和跳频序列生成模块；信道估计模块，用于对无线通信双方的信道进行估计处理，获取信道信息；密钥生成模块，用于从信道信息中提取幅值和相位，对幅值和相位进行编码处理，获取通信双方各自的密钥；密钥协商模块，用于通信双方对各自的密钥进行信息协商处理，获取一致性密钥；跳频序列生成模块，用于根据一致密钥生成跳频序列。进一步的，所述密钥生成模块中，所述对幅值和相位进行编码处理获取通信双方各自的密钥包括：对通信双方提取的幅度信息进行归一化处理；将归一化后的幅值信息和对应的相位信息组成一个个极坐标点。采用幅度和相位联合的方法对极坐标点进行量化和编码，将极坐标点中幅度和相位的编码组合在一起生成密钥。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：1)用密钥作跳频序列替代了传统的伪随机码发生器生成跳频序列，基于无线信道估计生成的密钥无需分发和管理且完全随机，而伪随机码发生器需要双方事先规定好；2)利用无线信道传输的空时唯一性、信道互异性、快速时变性和不可预测性，每次信道估计生成的密钥可实现“一次一密”，即每次生成的跳频序列不同，产生的跳频序列随机性好；3)窃听者与合法用户的信道是独立不相关的，接收到的信号也是不同的，合法用户利用信道估计出的信道状态信息可以生成保密密钥，即跳频序列不易被窃听，抗干扰性能提升。附图说明图1为本专利技术方法的流程框图示意。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术的一种基于无线信道物理层密钥的跳频序列产生方法，方法应用于由发射节点、接收节点组成的基于无线信道物理层密钥的跳频通信系统，所述方法包括信道估计过程以及跳频通信中跳频序列的设计过程。其中，参见图1所示，所述信道估计包括如下步骤：步骤1：对无线通信双方的信道进行估计处理，获取信道状态信息结果。步骤1-1：用户A(发送节点)将一串由伪随机码生成的导频序列经QPSK调制后发送给用户B(接收节点)，B解调接收到信号后对信道hAB进行估计，信道估计采用最小均方误差(MMSE)估计算法。第一次信道估计结束后，用户A由发送状态切换至接收状态，用户B由接收状态切换至发送状态。步骤1-2：用户B将一串由伪随机码生成的导频序列经QPSK调制后发送给用户A，A解调接收到信号后对信道hBA进行估计，信道估计同样采用最小均方误差(MMSE)估计算法。上述合法用户A和B互相发送的导频序列由伪随机码生成器产生，通信双方在同一频点上通信且采用时分双工(TDD)通信方式，A发送导频序列，B经过解调接收并进行一次信道估计，得到t0时刻信道的状态信息，B接收完后再发送导频序列，A经过解调接收并进行第二次信道估计，得到t1时刻信道的状态信息。根据无线信道的空时唯一性、信道互异性、快速时变性和不可预测性，超过相干时间通信，测量的信道特征是不相关的，要确保A和B两次通信信道估计出的特征参数大致相同，两次通信的时间间隔越小越好，即t1-t0足够小。在上述的信道测量中，信道估计采用最小均方误差(MMSE)估计算法，该算法基于最小二乘(LS)估计算法，通过减小噪声对信道的影响使信道响应估计值与真实值的均方误差最小，以实现更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无线信道物理层密钥的跳频序列产生方法，其特征是，包括以下步骤：/n对无线通信双方的信道进行估计处理，获取信道信息；/n从信道信息中提取幅值和相位，对幅值和相位进行编码处理，获取通信双方各自的密钥；/n通信双方对各自的密钥进行信息协商处理，获取一致性密钥；/n根据一致密钥生成跳频序列。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于无线信道物理层密钥的跳频序列产生方法，其特征是，包括以下步骤：
对无线通信双方的信道进行估计处理，获取信道信息；
从信道信息中提取幅值和相位，对幅值和相位进行编码处理，获取通信双方各自的密钥；
通信双方对各自的密钥进行信息协商处理，获取一致性密钥；
根据一致密钥生成跳频序列。


2.根据权利要求1所述的一种基于无线信道物理层密钥的跳频序列产生方法，其特征是，所述对幅值和相位进行编码处理获取通信双方各自的密钥包括：
对通信双方提取的幅度信息进行归一化处理；
将归一化后的幅值信息和对应的相位信息组成一个个极坐标点。
采用幅度和相位联合的方法对极坐标点进行量化和编码，将极坐标点中幅度和相位的编码组合在一起生成密钥。


3.根据权利要求2所述的一种基于无线信道物理层密钥的跳频序列产生方法，其特征是，采用幅度和相位联合的方法对极坐标点进行量化和编码的过程包括：
幅度采用2bit等概量化，对归一化后的幅度信息进行升序排列，分别取和处对应的幅值大小作为量化门限，基于量化门限对极坐标点中的归一化幅值进行量化，其中幅值在【处对应的幅值大小】区间的编码为01，在【处对应的幅值大小】区间的编码为00，在【处对应的幅值大小】区间的编码为10，在【处对应的幅值大小-1】区间的编码为11；
相位采用2bit均匀量化，将[0,2π)分为4个等间隔量化区域，极坐标点中的相位落在区间的编码为01，落在区间的编码为00，落在区间的编码为10，落在区间的编码为11。


4.根据权利要求1所述的一种基于无线信道物理层密钥的跳频序列产生方法，其特征是，将用户A生成的密钥与随机生成的BCH纠错码进行异或运算处理后发送给用户B，用户B进行密钥的协商，若用户A与用户B不一致的密钥比特数目在纠错码的纠错范围内，则将用户B的密钥纠错成与用户A一致的密钥。


5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹玉龙，王后星，马云龙，朱佳，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32