[發明專利]一種基于調制符號相位旋轉的物理層保密通信方法

有效

• 申請號: 201710171744.3
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN107181732B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 王亢;周國民;李國軍;董齊芬
• 申請（專利權）人: 浙江警察學院
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L9/00;H04L27/20
• 代理公司: 33241 杭州斯可睿專利事務所有限公司
• 代理人: 王利強

1.一種基于調制符號相位旋轉的物理層保密通信方法，其特征在于：包括物理層的加密處理過程和解密處理過程；

所述物理層的加密處理過程包括以下步驟：

1-1：用Tent映射方程產生一組均勻分布的混沌序列，混沌序列的種子數則是由信道系數和協商機制確定；一組混沌序列，經過交織器交織之后，生成P組混沌序列；

1-2：用步驟1-1中得到的P組混沌序列生成P組旋轉相位，用于改變4QAM符號的相位，每一個4QAM符號都對應有一個旋轉相位；

1-3：待傳輸的比特信息用4QAM調制，生成P組4QAM符號；根據步驟1-2中的產生的旋轉相位改變自身的相位，經過矢量疊加后，生成矩形MQAM符號，其中M和P滿足關系:再發送給合法的接收方，完成在物理層的加密；

所述物理層的解密處理過程包括以下步驟：

2-1：用Tent映射方程產生一組均勻分布的混沌序列，混沌序列的種子數也是通過信道系數和協商機制確定的；在信道相干時間內認為信道系數是恒定不變的，此時根據信道互易性定理獲得的信道系數是有效的，再通過協商機制確保種子數的一致性；

2-2：合法的接收方收到發送方發送的經過加密處理后的調制符號；

2-3：用步驟2-1中產生的混沌序列經過交織器后生成P組旋轉相位；

2-4：恢復步驟2-2中收到的調制符號的相位，并且對其進行迭代數字解調，得到比特信息，完成在物理層的解密。

2.如權利要求1所述的一種基于調制符號相位旋轉的物理層保密通信方法，其特征在于：在所述步驟1-1和2-1中，由信道狀態信息確定混沌序列的初始值，并用Tent映射方程生成P組均勻分布的混沌序列，過程如下：

發送方或接收方獲取一組信道系數并取其包絡，分別記作為{|h_t，l|，l＝1，2，...}，將信道系數的包絡根據一個門限值Λ量化，得到一組二進制的序列{q_l}，具體的量化方案如下：

其中自適應門限

式中μ為均值，σ為均方差；經過量化階段后，無線信道特征值轉換為01的比特流；經過協商機制協商之后，通信雙方具有完全一致的隨機種子序列q_l∈{0，1}，l＝1，2，...，Q，將長度為Q的隨機種子序列轉化為混沌序列的種子數a₁，a₁的數學表達式為：

a₁則代入至Tent映射方程：

a_k+1＝2β(1-|a_k|)-1，β＝1

迭代得到一組在(-1，1)區間內均勻分布的混沌序列{a_k，k＝1，2，…}；周期性地產生隨機種子a₁，并復位混沌序列發生器，產生新的混沌序列。

3.如權利要求2所述的一種基于調制符號相位旋轉的物理層保密通信方法，其特征在于：在所述步驟1-2和2-3中，分別用步驟1-1和2-1中得到的P組混沌序列生成P組旋轉相位，過程如下：

混沌序列被用來生成旋轉相位之前應送入一個交織器中，經過交織后的序列近似相互獨立；設置交織器的行數C＞P，則按列讀出的個序列數，選取其中的P個作為用于相位旋轉的P組隨機變量；

經過交織后的混沌數是服從(-1，1)區間內均勻分布的隨機變量，是浮點數，具有無限精度要求的浮點數，但在實際系統中是無法滿足的；對于混沌序列數a_i，取其小數部分的第m、n、p位的數值，組成一個整數，然后再模K，得到相位旋轉的角度，其數學表達式為

D_a，i＝mod(Extract(a_i，m，n，p)，K)

因此，D_a，i是以設定分辨精度、在360度內均勻分布的隨機變量θ_k，用于1-2和2-3步驟中的相位旋轉。