[发明专利]TR_OFDM系统中基于星座旋转的加密及传输方法

说明书

本发明涉及无线通信技术领域，涉及TR_OFDM系统中基于星座旋转的加密及传输方法；所述加密方法包括发送端与接收端分别对估计到的信道进行量化，判决为一个四元数作为秘钥；发送端将发送信号串并转换后进行星座映射，映射为三维星座点，利用四元数对调制好的QPSK信号进行旋转加密；并采用OFDM方式进行调制；发送端将估计到的信道状态信息进行时间反演，得到时间反演镜；将调制后的OFDM符号经过并串转换后通过时间反演镜，由信道传输，对于传输方法，接收端接收到加密后的星座点；利用信道生成的四元数进行相应的解密，而窃听者和发送端的信道具有差异性，故无法得到相应的四元数进行解密，从而保证TR_OFDM系统的安全性。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及TR_OFDM(Time Reversal_OrthogonalFrequency Division Multiplexing)系统中基于星座旋转的加密及传输方法。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，人们的工作、生活变得越来越便捷，手机、笔记本电脑等移动终端正在逐渐改变人们的生活方式。特别是移动支付，物联网，自动驾驶等技术的出现，保证通信的安全也就变得越来关键。而传统的加密方案主要是通过秘钥加密系统对数据进行加密，利用加密算法的高复杂度，假设窃听者的设备无法长时间地进行攻击和破解，随着计算机技术的不断发展，这些将不再是问题，尤其是量子计算机的出现，对无线通信的安全提出了巨大的挑战。

目前常用的安全加密机制在设计时与物理层相对独立，在无线通信系统的上层依靠基于传统密码学的安全技术手段来保障通信系统安全，并没有充分利用物理层的特点。近些年，基于信息理论安全原理的物理层安全技术的出现引起了人们的广泛关注，为无线通信安全研究提供了一个新的思路，与传统加密机制相比，这是一种能够被理论证明的强安全策略，从物理层角度设计无线通信安全策略，作为对传统加密算法的完善与补充。

时间反演技术(Time Reversal,TR)是由M.Fink于1992年首先提出的。无论是在均匀媒质环境中还是在非均匀媒质环境中，经由时间反演技术处理过的信号具有时间聚焦性和空间聚焦性,时间聚焦是指各个路径的信号能量会在同一时刻聚焦。而空间聚焦是指电磁能量会在空间的目标点处进行聚焦，而在目标点的其他位置，电磁能量很低甚至可以忽略不计。所谓时间反演，即在时域上对接收信号进行反转，这种操作与频域上的相位共轭等效。在通信系统中，接收端首先发送一个时域上很短的探测脉冲，这个探测脉冲在信道中经历反射，散射，衍射，最后被发送端接收。发送端对此接收的信号进行时间反演操作。在复杂多径环境下，被时间反演处理的信号重新发射后，会在目标点呈现时间反演技术的时空聚焦性，这种时空聚焦特性是时间反演在多径复杂条件下最明显的特性。同时，需要指出，这种空时聚焦特性是自适应于环境的，环境越复杂，空时聚焦效果越明显。这种聚焦效果应用在通信领域，能够提升通信系统的性能,保证信息的安全传输。

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术将宽带信道分解成许多并行的窄子信道，使每个子信道的带宽小于信道的相干带宽，从而使每一个道所经历的衰落近似是平坦性衰落。从而能有效地抑制无线信道的时间弥散所带来的符号间干扰，并降低接收机内均衡的复杂度。

TR_OFDM系统可以降低符号间干扰和载波间干扰，并缩短循环前缀长度，提高频谱效率。在复杂多径环境中可以实现稳定、高速、绿色的通信，但是如果在TR_OFDM系统中出现了一个窃听者时，该系统的安全就无法保障。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明针对TR_OFDM系统中若存在窃听者，信息无法安全传输的问题，本发明要解决的问题是TR_OFDM系统的物理层安全问题，本发明设计了一个星座加密机制，对TR_OFDM映射的星座进行加密，接收端进行相对应的解密，从而保证窃听者无法获取到加密前的信息。

本发明解决上述技术问题采用TR_OFDM系统中基于星座旋转的加密及传输方法的方案。