一种基于级联序号调制的物理层安全传输方法技术

本发明专利技术公开了一种基于级联序号调制的物理层安全传输方法，该传输方法是将多个不同功能的序号调制通过级联方式组合，在不影响原载波序号调制的频谱效率的情况下实现物理层安全传输。本发明专利技术利用序号调制具有可以打乱原始序列的作用，通过对调制符号比特和完成载波序号调制后的发送符号矢量分别做对应的扰乱顺序序号调制，有效打乱原比特序列和发送符号矢量的顺序，实现信息的安全传输。在接收端只有合法用户使用收发端的共识信息做解扰乱顺序序号调制处理后才能正确解调出发送信息，而非法用户在缺乏共识信息时无法正确解调得到发送信息，提高了合法用户之间的信息传输安全性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于级联序号调制的物理层安全传输方法


[0001]本专利技术涉及无线通信的
，具体涉及一种基于级联序号调制的物理层安全传输方法。

技术介绍

[0002]信息安全传输是5G及下一代移动通信及短距离无线通信中面临的以一个重要问题之一。由于无线信道的开放性，合法用户之间发送到信息可以被窃听用户接收到，造成合法用户之间的信息泄露。目前的主要信息安全保护方式为基于密码学的加密信息传输，通过密钥对信息加密，在网络层及更高层实现信息的安全传输，其实现过程需要设备具有足够的计算能力。物理层安全技术为传统加密方法的一种有效的补充解决方案，通过物理层的调制技术、合法用户之间的信道信息、加入人工噪声辅助传输等方式保护合法用户之间的信息传输，有效降低窃听设备对信号的正确解调能力。
[0003]现有技术中存在基于空间调制的物理层安全传输方法，根据合法信道状态信息列向量的2范数升序排序对用于映射空间比特信息的天线序号进行重新定义，当窃听用户不知道发送端与合法用户之间的信道状态信息时，即使窃听用户能够正确检测到发端的调制信息和激活天线序号，也无法得知用于映射空间比特信息的天线序号，故而无法正确恢复空间比特信息。但是该方法传输方式单一，传输安全性不高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于级联序号调制的物理层安全传输方法，有效组合多个序号调制，在保留序号调制信息传输的能力时通过级联其他功能的序号调制增加物理层安全传输能力，实现基于多个序号调制级联组合的物理层信息安全传输。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种基于级联序号调制的物理层安全传输方法，通过多个序号调制级联的模式实现物理层安全传输，包括下述步骤：
[0007]S1、在发送端将每个OFDM符号的N
A
个子载波分成G个子块，每个子块包含N
s
＝N
A
/G个子载波，每个子块进行相互独立的级联序号调制实现物理层安全传输；
[0008]S2、根据子载波的分块方法，每个OFDM符号输入的m个信息比特分成对应的G组，每个子块对应的信息比特为p＝m/G，其中p个信息比特进一步分成两组，第一组的p1个序号调制比特用于子块序号调制从N
s
个子载波中选择K个子载波发送调制符号，第二组的p2个调制符号比特用于调制符号映射生成K个调制符号；
[0009]S3、根据调制符号比特数量，使用维度大小为p2的扰乱顺序的序号调制对信息比特进行序号调制，根据扰乱顺序序号图案得到序号调制处理后的调制符号比特为其中为比特扰乱顺序序号图案对应的矩阵，p2为比特扰乱序号调制之
前的信息比特矢量，为比特扰乱序号调制之后的信息比特矢量；
[0010]S4、根据每个子块第一组的p1个序号调制比特得到第g(1≤g≤G)个子块的激活子载波序号图案为其中ij≠i
k
当j≠k时，且中的元素为升序排列；
[0011]根据每个子块第二组的p2个调制符号比特扰乱序号调制后的信息比特矢量得到的第个子块的调制符号矢量为s
g
＝[s1，s2，...，s
K
]T
；
[0012]根据得到的激活子载波序号图案和调制符号矢量s
g
，得到第g个子块的符号矢量为其中调制符号矢量s
g
映射到激活子载波序号图案对应的子载波，即
[0013]S5、根据符号矢量维度，使用维度大小为N
s
的符号矢量扰乱顺序序号图案对x
g
进行扰乱序号调制，根据符号矢量扰乱序号图案可得扰乱序号调制后的符号矢量为其中为符号矢量扰乱序号图案对应的N
s
×
N
s
的矩阵；
[0014]S6、在得到全部G个子块的符号矢量后，按照子块序号的顺序将G个子块连接得到完整的级联序号调制发送符号矢量，经过频域块交织处理后得到最终的频域发送符号矢量
[0015]S7、经过对频域发送符号矢量x
F
的逆傅里叶变换后得到时域发送信号矢量发送符号矢量的前端添加长度为N
CP
的循环前缀CP后得到最终的时域发送符号矢量，经过并串变换及数模转化等处理后经由天线发送到接收机；
[0016]S8、经过无线信道传输后在接收端接收得时域接收信号矢量为在去掉循环前缀CP后经过傅里叶变换后得到频域接收信号矢量，再经过一个相反的块解交织操作得到恢复原始顺序的频域接收信号矢量
[0017]根据发送端序号调制的子块分组方式，将频域接收信号矢量分成对应的G个子块，则第g(1≤g≤G)个子块的频域接收信号矢量为：
[0018][0019]其中为发送端的功率调节因子，和为解扰乱序号调制处理前的频域接收信号矢量，频域信道状态信息，频域发送符号矢量和均值为0方差为N0的频域高斯白噪声矢量；
[0020]S9、对第g个子块的接收信号矢量进行解扰乱序号调制处理，恢复原始顺序的第g个子块的频域接收信号矢量为则此时对应的信道状态信息矢量为发送符号矢量为频域高斯白噪声矢量为
[0021]经过解扰乱序号调制处理后，第g个子块的接收信号矢量y
g
＝γdiag(h
g
)x
g
+w
g
；
[0022]S10、基于第g个子块的接收信号矢量模型，逐个计算每个子载波在给定激活和非激活时的最有可能发送到调制符号和对应的度量值，在给定激活时的最有可能发送符号矢量为：
[0023][0024]对应的度量值为：
[0025][0026]在给定非激活时发送符号为0，此时度量值为：
[0027][0028]其中n＝1，2，...，N
s
，表示M阶星座图；
[0029]S11、第g个子块的发送符号矢量的估计为：
[0030][0031]基于得到的发送符号矢量估计解调得到发送的p1个序号调制比特和p2个调制符号比特其中经过比特解扰乱序号调制处理后恢复原始信息比特顺序
[0032]作为优选的技术方案，步骤S2中，基于序号调制方式，第一组为个序号调制比特，其中C(N
s
，K)组合数计算，为向下取整计算；第二组为p2＝Klog2M个调制符号比特，其中M为调制星座图的阶数。
[0033]作为优选的技术方案，步骤S3中，通过比特扰乱顺序的序号调制对调制符号比特进行处理，打乱原来的调制符号比特的顺序得到新的比特序列使非法接收节点无法通过接收到的调制符号解调得到每个子块的调整符号比特p2；
[0034]对于第g个子块的比特扰乱顺序序号图案其中当j≠k时有r
j
≠r
k
，其对应的p2×
p2的矩阵中每一行只有一个非零元素1，且其位置索引由中的对应的元素，即第k行的元素1的位置索引为r...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于级联序号调制的物理层安全传输方法，其特征在于，通过多个序号调制级联的模式实现物理层安全传输，包括下述步骤：S1、在发送端将每个OFDM符号的N
A
个子载波分成G个子块，每个子块包含N
s
＝N
A
/G个子载波，每个子块进行相互独立的级联序号调制实现物理层安全传输；S2、根据子载波的分块方法，每个OFDM符号输入的m个信息比特分成对应的G组，每个子块对应的信息比特为p＝m/G，其中p个信息比特进一步分成两组，第一组的p1个序号调制比特用于子块序号调制从N
s
个子载波中选择K个子载波发送调制符号，第二组的p2个调制符号比特用于调制符号映射生成K个调制符号；S3、根据调制符号比特数量，使用维度大小为p2的扰乱顺序的序号调制对信息比特进行序号调制，根据扰乱顺序序号图案得到序号调制处理后的调制符号比特为其中为比特扰乱顺序序号图案对应的矩阵，p2为比特扰乱序号调制之前的信息比特矢量，为比特扰乱序号调制之后的信息比特矢量；S4、根据每个子块第一组的p1个序号调制比特得到第g(1≤g≤G)个子块的激活子载波序号图案为其中i
j
≠i
k
当j≠k时，且中的元素为升序排列；根据每个子块第二组的p2个调制符号比特扰乱序号调制后的信息比特矢量得到的第个子块的调制符号矢量为s
g
＝[s1，s2，...，s
K
]
T
；根据得到的激活子载波序号图案和调制符号矢量s
g
，得到第g个子块的符号矢量为其中调制符号矢量s
g
映射到激活子载波序号图案对应的子载波，即S5、根据符号矢量维度，使用维度大小为N
s
的符号矢量扰乱顺序序号图案对x
g
进行扰乱序号调制，根据符号矢量扰乱序号图案可得扰乱序号调制后的符号矢量为其中为符号矢量扰乱序号图案对应的N
s
×
N
s
的矩阵；S6、在得到全部G个子块的符号矢量后，按照子块序号的顺序将G个子块连接得到完整的级联序号调制发送符号矢量，经过频域块交织处理后得到最终的频域发送符号矢量S7、经过对频域发送符号矢量x
F
的逆傅里叶变换后得到时域发送信号矢量发送符号矢量的前端添加长度为N
CP
的循环前缀CP后得到最终的时域发送符号矢量，经过并串变换及数模转化等处理后经由天线发送到接收机；S8、经过无线信道传输后在接收端接收得时域接收信号矢量为在去掉循环前缀CP后经过傅里叶变换后得到频域接收信号矢量，再经过一个相反的块解交织操作得到恢复原始顺序的频域接收信号矢量根据发送端序号调制的子块分组方式，将频域接收信号矢量分成对应的G个子块，则第g(1≤g≤G)个子块的频域接收信号矢量为：其中为发送端的功率调节因子，和为解扰乱序号调制处理前的频域接收信号矢量，频域信道状态信息，频域发送符号矢量和均值为0方差为N0的频
域高斯白噪声矢量；S9、对第g个子块的接收信号矢量进行解扰乱序号调制处理，恢复原始顺序的第g个子块的频域接收信号矢量为则此时对应的信道状态信息矢量为发送符号矢量为频域高斯白噪声矢量为经过解扰乱序号调制处理后，第g个子块的接收信号矢量y
g
＝γdiag(h
g
)x
g
+w
g
；S10、基于第g个子块的接收信号矢量模型，逐个计算每个子载波在给定激活和非激活时的最有可能发送到调制符号和对应的度量值，在给定激活时的最有可能发送符号矢量为：对应的度量值为：在给定非激活时发送符号为0，此时度量值为：p
n，0
＝||y
n
||2，其中n＝1，2，...，N
s
，S表示M阶星座图；S11、第g个子块的发送符号矢量的估计为：基于得到的发送符号矢量估计解调得到发送的p1个序号调制比特和p2个调制符号比特其中经过比特解扰乱序号调制处理后恢复原始信息比特顺序2.根据权利要求1所述基于级联序号调制的物理层安全传输方法，其特征在于，步骤S2中，基于序号调制方式，第一组为个序号调制...

【专利技术属性】
技术研发人员：呼增，刘双印，徐龙琴，冯大春，郑建华，尹航，李小敏，
申请(专利权)人：仲恺农业工程学院，
类型：发明
国别省市：