[發明專利]OFDM系統信號發送方法、接收方法及裝置

無效

• 申請號: 201010201915.0
• 申請日: 2010-06-10
• 公開（公告）號: CN101867552A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 王昭誠;馬瑞豐;戴凌龍;王軍;潘長勇
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04L1/06;H04L9/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及數字信息傳輸技術領域，尤其涉及一種基于偽隨機星座圖旋轉及添加微弱人為噪聲的OFDM系統信號發送方法、接收方法及裝置。

背景技術

隨著各種無線通信系統的飛速發展和全面部署以及多種無線網絡的廣泛共存，用戶除了對無線通信系統傳輸性能(有效性和可靠性)的需求越來越大之外，對通信的安全性能也提出了越來越高的要求，尤其是涉及國家安全、軍事信息和商業機密的無線通信系統，對通信的安全性能與傳輸性能都有較高要求。同時，隨著非法用戶計算能力的顯著增強，無線信道的開放性使得保密信息破解的可能性大為增加。為此，世界各國均將通信安全領域的技術創新視為增強其國際競爭力的重要手段。

在目前的無線通信網絡中，其安全性大都是在鏈路層或者應用層通過采用經典的密碼體系來實現的。密碼體系假設加密機輸出的密文和保密機接收的密文完全一致，即加密機與解密機之間的信道是傳輸無差錯的完美信道，且接收者必須知道用于解密的密鑰(secret?key)。但是在無線通信中，由于無線信道的開放性、廣播性和衰落性，建立用于密鑰傳輸無差錯傳輸的安全信道非常困難。隨著非法用戶接收機計算能力的顯著增強，保密信息很可能被破解。此外，密碼機制需要大量額外的系統信令開銷，無疑會降低無線通信系統的有效性。

與經典的密碼體系不同，物理層保密充分利用無線通信系統本身的物理信號和無線信道的特征，在信號傳輸層面保證無線通信的安全性。物理層保密并不是一個全新的課題，其原理概念在1949年就由香農(Shannon)在其發表的論文“Communication?Theory?of?SecrecySystems”中提出，但在很長的一段時間里，由于復雜度和應用需求的原因，物理層加密并未受到人們的重視。最近，隨著OFDM以及多天線技術在無線通信中的迅猛發展以及可用加密資源的豐富，將信息理論安全原理應用于無線衰落信道這一課題引起了學術界和產業界的極大關注。2002年Pappu發表在Science上的重要論文“PhysicalOne-Way?Functions”中指出，物理不可逆函數用于加密算法時，比傳統的數學單向函數更有效，而無線信道可以被看作是一個物理不可逆的信息。也有不少學者研究了衰落信道下的各態歷經安全容量、多用戶信道和MIMO系統的安全性等問題，并給出了相應的性能界限。另外一些學者進一步研究了無線系統中具體的物理層保密機制和算法。Koorapaty等人提出了基于發送者與合法接收者之間的信道狀態信息(CSI)進行預編碼實現物理層加密的方法。Hero提出了使用訓練序列作為密鑰的方法，并通過合理選擇空時調制(space-time?modulation)方式使得竊聽者無法獲得保密信息。

2006年6月，我國頒布了數字電視地面廣播傳輸強制性標準DTMB，該標準的核心技術是清華大學提出的時域同步正交頻分復用(TDS-OFDM)調制技術(參考中國發明專利01124144.6)，該多載波技術的幀體部分采用OFDM調制方式，并首次提出了保護間隔內填充PN序列，取代了傳統OFDM系統中的循環前綴(CP)。由于PN序列在接收端已知，因而可用于系統同步和信道估計。與傳統的基于循環前綴的OFDM技術(CP-OFDM)相比，TDS-OFDM無需在頻域插入導頻信號，從而提高了OFDM的頻譜利用率，克服了多載波系統傳輸效率低的缺點。然而，目前我國地面數字電視標準沒有保密通信的功能，從而限制了TDS-OFDM這一原創性技術在保密性要求較高特別是軍事通信領域中的應用。

2009年歐洲頒布的下一代地面數字電視傳輸標準DVB-T2中采用了星座圖旋轉(rotated?constellation)技術，即將OFDM系統中星座上的全部星座點統一旋轉一個固定的角度，以對抗衰落信道并獲得較高的分集性能增益，但這一技術并不能用于物理層加密。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：提高OFDM系統的保密性和可靠性。

(二)技術方案

為實現上述目的，本發明提供一種OFDM系統信號發送方法，該方法包括步驟：

S1.對輸入信號進行串/并轉換后，進行星座調制；

S2.對星座調制后的信號進行加密操作，包括對所述星座調制后的信號進行偽隨機星座圖旋轉，每個星座點旋轉一個隨機的角度，旋轉角度由系統發送端與合法接收端共同約定；

S3.對加密后的信號進行OFDM調制后發射。

其中，在步驟S2中，所述加密操作還包括：在經偽隨機星座圖旋轉后的信號中添加設定噪聲。