[发明专利]OFDM系统信号发送方法、接收方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及数字信息传输技术领域，尤其涉及一种基于伪随机星座图旋转及添加微弱人为噪声的OFDM系统信号发送方法、接收方法及装置。

背景技术

随着各种无线通信系统的飞速发展和全面部署以及多种无线网络的广泛共存，用户除了对无线通信系统传输性能(有效性和可靠性)的需求越来越大之外，对通信的安全性能也提出了越来越高的要求，尤其是涉及国家安全、军事信息和商业机密的无线通信系统，对通信的安全性能与传输性能都有较高要求。同时，随着非法用户计算能力的显著增强，无线信道的开放性使得保密信息破解的可能性大为增加。为此，世界各国均将通信安全领域的技术创新视为增强其国际竞争力的重要手段。

在目前的无线通信网络中，其安全性大都是在链路层或者应用层通过采用经典的密码体系来实现的。密码体系假设加密机输出的密文和保密机接收的密文完全一致，即加密机与解密机之间的信道是传输无差错的完美信道，且接收者必须知道用于解密的密钥(secret key)。但是在无线通信中，由于无线信道的开放性、广播性和衰落性，建立用于密钥传输无差错传输的安全信道非常困难。随着非法用户接收机计算能力的显著增强，保密信息很可能被破解。此外，密码机制需要大量额外的系统信令开销，无疑会降低无线通信系统的有效性。

与经典的密码体系不同，物理层保密充分利用无线通信系统本身的物理信号和无线信道的特征，在信号传输层面保证无线通信的安全性。物理层保密并不是一个全新的课题，其原理概念在1949年就由香农(Shannon)在其发表的论文“Communication Theory of SecrecySystems”中提出，但在很长的一段时间里，由于复杂度和应用需求的原因，物理层加密并未受到人们的重视。最近，随着OFDM以及多天线技术在无线通信中的迅猛发展以及可用加密资源的丰富，将信息理论安全原理应用于无线衰落信道这一课题引起了学术界和产业界的极大关注。2002年Pappu发表在Science上的重要论文“PhysicalOne-Way Functions”中指出，物理不可逆函数用于加密算法时，比传统的数学单向函数更有效，而无线信道可以被看作是一个物理不可逆的信息。也有不少学者研究了衰落信道下的各态历经安全容量、多用户信道和MIMO系统的安全性等问题，并给出了相应的性能界限。另外一些学者进一步研究了无线系统中具体的物理层保密机制和算法。Koorapaty等人提出了基于发送者与合法接收者之间的信道状态信息(CSI)进行预编码实现物理层加密的方法。Hero提出了使用训练序列作为密钥的方法，并通过合理选择空时调制(space-time modulation)方式使得窃听者无法获得保密信息。

2006年6月，我国颁布了数字电视地面广播传输强制性标准DTMB，该标准的核心技术是清华大学提出的时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)调制技术(参考中国发明专利01124144.6)，该多载波技术的帧体部分采用OFDM调制方式，并首次提出了保护间隔内填充PN序列，取代了传统OFDM系统中的循环前缀(CP)。由于PN序列在接收端已知，因而可用于系统同步和信道估计。与传统的基于循环前缀的OFDM技术(CP-OFDM)相比，TDS-OFDM无需在频域插入导频信号，从而提高了OFDM的频谱利用率，克服了多载波系统传输效率低的缺点。然而，目前我国地面数字电视标准没有保密通信的功能，从而限制了TDS-OFDM这一原创性技术在保密性要求较高特别是军事通信领域中的应用。

2009年欧洲颁布的下一代地面数字电视传输标准DVB-T2中采用了星座图旋转(rotated constellation)技术，即将OFDM系统中星座上的全部星座点统一旋转一个固定的角度，以对抗衰落信道并获得较高的分集性能增益，但这一技术并不能用于物理层加密。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提高OFDM系统的保密性和可靠性。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供一种OFDM系统信号发送方法，该方法包括步骤：

S1.对输入信号进行串/并转换后，进行星座调制；

S2.对星座调制后的信号进行加密操作，包括对所述星座调制后的信号进行伪随机星座图旋转，每个星座点旋转一个随机的角度，旋转角度由系统发送端与合法接收端共同约定；

S3.对加密后的信号进行OFDM调制后发射。

其中，在步骤S2中，所述加密操作还包括：在经伪随机星座图旋转后的信号中添加设定噪声。