無(wú)線通信系統(tǒng)中利用星座轉(zhuǎn)換提高用戶信息安全性的方法
【專利摘要】本發(fā)明一種無(wú)線通信系統(tǒng)中利用星座轉(zhuǎn)換提高用戶信息安全性的方法，包括以下步驟：1)通過(guò)對(duì)實(shí)際傳輸符號(hào)進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)，使得實(shí)際傳輸符號(hào)所對(duì)應(yīng)的星座圖發(fā)生變化，完成星座轉(zhuǎn)換；2)在星座轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，利用信息發(fā)送端和目標(biāo)用戶之間的信道，將與星座轉(zhuǎn)換相關(guān)的信息發(fā)送到目標(biāo)用戶端，使得目標(biāo)用戶端能夠恢復(fù)出星座轉(zhuǎn)換前的符號(hào)，非目標(biāo)用戶端或竊聽(tīng)者不能恢復(fù)出該符號(hào)。針對(duì)通信過(guò)程中實(shí)際傳輸?shù)姆?hào)，通過(guò)信息發(fā)送端利用角度旋轉(zhuǎn)方法，在每一個(gè)傳輸符號(hào)上附加相位旋轉(zhuǎn)角，傳輸符號(hào)所對(duì)應(yīng)的星座圖發(fā)生變化，完成了星座轉(zhuǎn)換。使得目標(biāo)用戶順利獲取自身的信息，而非目標(biāo)用戶或竊聽(tīng)者會(huì)受到星座旋轉(zhuǎn)的干擾從而降低了正確獲取信息的概率。
【專利說(shuō)明】
無(wú)線通信系統(tǒng)中利用星座轉(zhuǎn)換提高用戶信息安全性的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)線通信領(lǐng)域，具體為無(wú)線通信系統(tǒng)中利用星座轉(zhuǎn)換提高用戶信息安 全性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信已經(jīng)成為實(shí)際生活中不可或缺的組成部分。在無(wú) 線通信系統(tǒng)中，信號(hào)通過(guò)開(kāi)放的無(wú)線通信環(huán)境到達(dá)目的端，無(wú)需借助任何有線載體，因而大 大擴(kuò)展了通信范圍，提高了通信靈活性，并使得全球性通信成為可能。
[0003] 然而，開(kāi)放的無(wú)線通信環(huán)境使得信號(hào)可以被很多設(shè)備截獲，因此一個(gè)用戶的信息 就存在被其他用戶或竊聽(tīng)者竊聽(tīng)的可能。為解決這一問(wèn)題，許多方案已經(jīng)被提出。其中，基 于高層的加密技術(shù)可以有效對(duì)抗竊聽(tīng)，然而其保密性并沒(méi)有被嚴(yán)格證明，并且還可能受到 外部攻擊的影響。此外，也有許多物理層安全技術(shù)來(lái)解決這一問(wèn)題。這些技術(shù)一般都以提高 安全速率作為目標(biāo)，并假設(shè)通信中所發(fā)送的符號(hào)服從高斯分布。但是，在實(shí)際的傳輸過(guò)程 中，由于傳輸符號(hào)是以非高斯分布的星座點(diǎn)的方式發(fā)送的，因此上述技術(shù)所得到的安全速 率很難實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，研究針對(duì)實(shí)際傳輸符號(hào)的安全方案就變得很有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種無(wú)線通信系統(tǒng)中利用星座轉(zhuǎn)換提高 用戶信息安全性的方法，通過(guò)星座轉(zhuǎn)換技術(shù)，可以使得目標(biāo)用戶順利獲取自身的信息，而非 目標(biāo)用戶或竊聽(tīng)者會(huì)受到星座旋轉(zhuǎn)的干擾從而降低了正確獲取信息的概率。
[0005] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0006]無(wú)線通信系統(tǒng)中利用星座轉(zhuǎn)換提高用戶信息安全性的方法，包括以下步驟：
[0007] 1)通過(guò)對(duì)實(shí)際傳輸符號(hào)進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)，使得實(shí)際傳輸符號(hào)所對(duì)應(yīng)的星座圖發(fā)生變 化，完成星座轉(zhuǎn)換；
[0008] 2)在星座轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，利用信息發(fā)送端和目標(biāo)用戶之間的信道，將與星座轉(zhuǎn)換 相關(guān)的信息發(fā)送到目標(biāo)用戶端，使得目標(biāo)用戶端能夠恢復(fù)出星座轉(zhuǎn)換前的符號(hào)，非目標(biāo)用 戶端或竊聽(tīng)者不能恢復(fù)出該符號(hào)。
[0009] 優(yōu)選的，所述無(wú)線通信系統(tǒng)包括均配置單天線的信息發(fā)送端，目標(biāo)用戶，以及非目 標(biāo)用戶或竊聽(tīng)者;一個(gè)信息發(fā)送端服務(wù)一個(gè)目標(biāo)用戶，同時(shí)存在一個(gè)非目標(biāo)用戶或竊聽(tīng)者； 信息發(fā)送端和目標(biāo)用戶采用時(shí)分雙工方式發(fā)送導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)，并且他們估計(jì)的信道滿 足信道互易性。
[0010] 進(jìn)一步，步驟1)具體包括以下步驟：
[0011] la、選擇一個(gè)星座圖對(duì)目標(biāo)用戶需要的信息進(jìn)行調(diào)制，并把調(diào)制后的符號(hào)作為待 傳輸?shù)姆?hào)；
[0012] lb、對(duì)待傳輸?shù)姆?hào)實(shí)施星座轉(zhuǎn)換，將上述待傳輸?shù)姆?hào)進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)后，待傳輸 的符號(hào)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換為另一個(gè)星座圖中的一個(gè)點(diǎn)，完成對(duì)待傳輸?shù)姆?hào)的星座轉(zhuǎn)換。
[0013] 再進(jìn)一步，步驟Ia中，采用相移鍵控法對(duì)目標(biāo)用戶需要的信息進(jìn)行調(diào)制，并把調(diào)制 后的符號(hào)作為待傳輸?shù)姆?hào)，記作，
[0014] Su(t)e Φμ-psk；
[0015] 式中，Su(t)表示在時(shí)刻t調(diào)制后待傳輸?shù)姆?hào)，Φμ-psk表示M階PSK星座點(diǎn)組成的集 合，即M-PSK星座圖。
[0016] 再進(jìn)一步，步驟Ib中，將上述待傳輸?shù)姆?hào)，進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)，得到，
[0017]
[0018] 式中，Xu(t)表示在時(shí)刻t相位旋轉(zhuǎn)后的符號(hào)，0u(t)表示對(duì)應(yīng)于時(shí)刻t的相位旋轉(zhuǎn) 角，j表示虛數(shù)單位，e表示自然指數(shù)的底數(shù)；
[0019] 相位旋轉(zhuǎn)角為，
[0020] 其中，N表示一個(gè)正整數(shù)，并且滿足N=kM，k表示正整數(shù)，P表示一個(gè)正整數(shù)，并且它 的值可以是1到N中的任意一個(gè)，經(jīng)過(guò)這一相位旋轉(zhuǎn)操作后，原符號(hào)&(〇轉(zhuǎn)換為N階PSK星座 圖中的一個(gè)點(diǎn)，即，
[0021] Xu(t)e Φν-psk；
[0022] 其中，ΦΝ-PSK表示N階PSK星座點(diǎn)組成的集合，即N-PSK星座圖；就完成了對(duì)符號(hào)的星 座轉(zhuǎn)換。
[0023] 再進(jìn)一步，步驟2)具體包括以下步驟：
[0024] 2a、信息發(fā)送端對(duì)信道進(jìn)行處理，信息發(fā)送端將獲得信道重新排列為，
[0025]
[0026]其中，Hb表示一個(gè)KXK階的方形矩陣，K表示該矩陣的行數(shù)或者列數(shù)，即一行或一 列中hb的個(gè)數(shù)，在得到上述矩陣之后，對(duì)該矩陣進(jìn)行特征值分解得到，
[0027] Bb ： UsS6Uf;
[0028] 其中，Ub表示一個(gè)KXK階的酉矩陣，Eb表示一個(gè)KXK階的對(duì)角矩陣，H表示共輒轉(zhuǎn) 置運(yùn)算;在得到U b后，利用Ub傳遞與星座轉(zhuǎn)換相關(guān)的信息；
[0029] 2b、傳遞與星座轉(zhuǎn)換相關(guān)的信息時(shí)，需要傳遞的信息包括：
[0030]第一信息，實(shí)際的星座調(diào)制階數(shù)M;
[0031]第二信息，相位旋轉(zhuǎn)的方向，即順時(shí)針或者逆時(shí)針；
[0032]第三信息，每個(gè)相位旋轉(zhuǎn)角的值。
[0033] 再進(jìn)一步，步驟2b中，首先定義數(shù)值1到N的一系列排列，并將這些排列編號(hào)；然后 從中選擇若干排列，令P循環(huán)使用這些排列以確定它的值，并把所選排列的編號(hào)作為第三信 息中的信息;設(shè)計(jì)相應(yīng)的信息攜帶機(jī)制為，
[0034] (%)re ^ (Ub)rc 'f h c e (L - -.; K j , it € Φ(?.}-{?};
[0035] 式中，（Ub)rc表示Ub的第r行第c列元素，it表示第一、二和三信息中所含的任意信 息；Φ⑴-⑶表示第一、二和三信息的信息集合，(知；^表示經(jīng)過(guò)處理后的元素；
[0036] 通過(guò)上式處理，矩陣Ub轉(zhuǎn)化為?>,，根據(jù)上述信息攜帶機(jī)制，定義定位向量gu，并將 其表示為，
[0037] (gu)v = a(v)+j · b(v),ve {1,. . . ,Lg}；
[0038] 式中，Lg表示向量的長(zhǎng)度，a(v)和b(v)分別表示對(duì)應(yīng)元素(?^的行號(hào)和列號(hào);gW 錄了所有攜帶信息的元素在島,中的位置；
[0039] 在獲得Tilf,和gu后，將〇;,，gu和N值以高功率傳輸出去，保證目標(biāo)用戶能夠精確地 接收，從而目標(biāo)用戶能夠構(gòu)建H b，獲得全部的相關(guān)信息;而非目標(biāo)用戶或竊聽(tīng)者未知hb，因此 無(wú)法處理和gu中所含的信息；
[0040] 在第一、二和三信息的傳遞過(guò)程后，信息發(fā)送端再將各時(shí)刻的符號(hào)Xu(t)發(fā)送出 去，目標(biāo)用戶能夠恢復(fù)出s u(t)而非目標(biāo)用戶或竊聽(tīng)者無(wú)法恢復(fù)su(t)，從而提高了目標(biāo)用戶 信息安全性。
[0041] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
[0042] 本發(fā)明主要針對(duì)通信過(guò)程中實(shí)際傳輸?shù)姆?hào)，通過(guò)信息發(fā)送端利用角度旋轉(zhuǎn)方 法，在每一個(gè)傳輸符號(hào)上附加相位旋轉(zhuǎn)角。經(jīng)過(guò)這一處理，傳輸符號(hào)所對(duì)應(yīng)的星座圖發(fā)生變 化，即完成了星座轉(zhuǎn)換。在星座轉(zhuǎn)換處理的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還設(shè)計(jì)了配套的機(jī)制，即信息發(fā) 送端和目標(biāo)用戶利用他們之間的信道，將與星座轉(zhuǎn)換相關(guān)的信息從信息發(fā)送端發(fā)送到目標(biāo) 用戶端。
[0043] 由于本發(fā)明采取了相應(yīng)的提高信息安全性的措施，目標(biāo)用戶可以根據(jù)所獲得的信 息恢復(fù)出星座轉(zhuǎn)換前的符號(hào)，而非目標(biāo)用戶或竊聽(tīng)者由于未知信息發(fā)送端和目標(biāo)用戶之間 的信道，所以不能恢復(fù)出該符號(hào)。這樣，當(dāng)非目標(biāo)用戶或竊聽(tīng)者試圖通過(guò)接收符號(hào)解出目標(biāo) 用戶信息時(shí)，星座轉(zhuǎn)換就會(huì)影響該用戶或竊聽(tīng)者，使其正確解出信息的概率明顯降低，從而 提高了目標(biāo)用戶信息的安全性。
【附圖說(shuō)明】
[0044] 圖1為本發(fā)明實(shí)例中所述方法使用時(shí)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045] 圖2為本發(fā)明實(shí)例中采用本方法后目標(biāo)用戶和采用一次解調(diào)時(shí)非目標(biāo)用戶誤符號(hào) 率的對(duì)比圖。
[0046] 圖3為本發(fā)明實(shí)例中采用本方法后目標(biāo)用戶和采用二次解調(diào)時(shí)非目標(biāo)用戶誤符號(hào) 率的對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而 不是限定。
[0048] 本發(fā)明提出的提高信息安全性的方法中，信息發(fā)送端利用角度旋轉(zhuǎn)方法，在每一 個(gè)傳輸符號(hào)上附加相位旋轉(zhuǎn)角。經(jīng)過(guò)這一處理，傳輸符號(hào)所對(duì)應(yīng)的星座圖發(fā)生變化，即完成 了星座轉(zhuǎn)換。在星座轉(zhuǎn)換處理的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還設(shè)計(jì)了配套的機(jī)制，即信息發(fā)送端和目標(biāo) 用戶利用他們之間的信道，將與星座轉(zhuǎn)換相關(guān)的信息從信息發(fā)送端發(fā)送到目標(biāo)用戶端。
[0049] 考慮無(wú)線通信場(chǎng)景，如圖1所示，一個(gè)信息發(fā)送端服務(wù)一個(gè)目標(biāo)用戶，同時(shí)存在一 個(gè)非目標(biāo)用戶或竊聽(tīng)者。信息發(fā)送端，目標(biāo)用戶，以及非目標(biāo)用戶或竊聽(tīng)者均配置單天線。 信息發(fā)送端和目標(biāo)用戶采用時(shí)分雙工(Time Division Duplex，TDD)方式，發(fā)送導(dǎo)頻進(jìn)行信 道估計(jì)，并且他們估計(jì)的信道滿足信道互易性；即私,二M，其中hb表示信號(hào)發(fā)送端估計(jì)的信 道，hu表示目標(biāo)用戶估計(jì)的信道，表示共輒運(yùn)算。
[0050] 在上述通信場(chǎng)景中，所述方法的技術(shù)手段為：
[0051] 1)通過(guò)對(duì)實(shí)際傳輸符號(hào)進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)，使得實(shí)際傳輸符號(hào)所對(duì)應(yīng)的星座圖發(fā)生變 化，即實(shí)現(xiàn)了星座轉(zhuǎn)換；
[0052] 2)在星座轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，利用信息發(fā)送端和目標(biāo)用戶之間的信道將與星座轉(zhuǎn)換相 關(guān)的信息發(fā)送到目標(biāo)用戶端，使得目標(biāo)用戶端可以恢復(fù)出星座轉(zhuǎn)換前的符號(hào)，而非目標(biāo)用 戶端或竊聽(tīng)者不能恢復(fù)出該符號(hào)。
[0053]其中，步驟1)的執(zhí)行過(guò)程如下：
[0054] (a)選擇合適的星座圖對(duì)目標(biāo)用戶需要的信息進(jìn)行調(diào)制；
[0055] 實(shí)際中采用相移鍵控(Phase Shift Keying，PSK)法對(duì)目標(biāo)用戶需要的信息進(jìn)行 調(diào)制，并把調(diào)制后的符號(hào)作為待傳輸?shù)姆?hào)，記作
[0056] Su(t)e Φμ-psk
[0057] 式中，Su(t)表示在時(shí)亥Ijt調(diào)制后待傳輸?shù)姆?hào)，"G"表示屬于某個(gè)集合，ΦΜ- Ρ5Κ表 示M階PSK星座點(diǎn)組成的集合，即M-PSK星座圖。
[0058] (b)對(duì)待傳輸?shù)姆?hào)實(shí)施星座轉(zhuǎn)換；
[0059] 針對(duì)上述待傳輸?shù)姆?hào)，進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)，得到，
[0060] Xu (t) - (t)
[0061 ]式中，xu (t)表示在時(shí)刻t相位旋轉(zhuǎn)后的符號(hào)，0U (t)表示對(duì)應(yīng)于時(shí)刻t的相位旋轉(zhuǎn) 角，"j"表示虛數(shù)單位，"e"表示自然指數(shù)的底數(shù)。將相位旋轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)為，
[0062] it) ^ {p- Nj N
[0063] 式中，"N"表示一個(gè)正整數(shù)，并且滿足N = kM，即N為M的倍數(shù)（"k"表示正整數(shù) 表示一個(gè)正整數(shù)，并且它的值可以是1到N中的任意一個(gè)（{1，...，N}表示包含從1到N這N個(gè) 數(shù)的集合表示180°角對(duì)應(yīng)的弧度值。經(jīng)過(guò)這一相位旋轉(zhuǎn)操作后，原符號(hào)&(〇轉(zhuǎn)換為N 階PSK星座圖中的一個(gè)點(diǎn)，即
[0064] Xu(t)e Φν-psk
[0065] 式中，ΦΝ-PSK表示N階PSK星座點(diǎn)組成的集合，即N-PSK星座圖。這樣就完成了對(duì)符號(hào) 的星座轉(zhuǎn)換。
[0066] 在步驟1)的基礎(chǔ)上，步驟2)的執(zhí)行過(guò)程如下：
[0067] (a)信息發(fā)送端對(duì)信道進(jìn)行處理
[0068] 信息發(fā)送端將獲得信道重新排列為
[0069]
[0070]式中，Hb表示一個(gè)KXK階的方形矩陣。"K"表示該矩陣的行數(shù)或者列數(shù)，即一行或 一列中hb的個(gè)數(shù)，并且"K"的具體數(shù)值可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。在得到上述矩陣之后，對(duì)該 矩陣進(jìn)行特征值分解，可以寫(xiě)為，
[0071]
[0072] A〒，Ub衣不一TKXK階的酉矩陣，Eb表示一個(gè)KXK階的對(duì)角矩陣，"Η"表示共輒 轉(zhuǎn)置運(yùn)算。在得到Ub后，利用U b傳遞與星座轉(zhuǎn)換相關(guān)的信息。
[0073] (b)傳遞與星座轉(zhuǎn)換相關(guān)的信息 [0074]需要傳遞的信息包括：
[0075] (1)實(shí)際的星座調(diào)制階數(shù)M;
[0076] (2)相位旋轉(zhuǎn)的方向，即順時(shí)針或者逆時(shí)針；
[0077] (3)每個(gè)相位旋轉(zhuǎn)角的值。
[0078] 上述信息中每個(gè)相位旋轉(zhuǎn)角的值無(wú)法直接傳輸。因此實(shí)際中首先定義數(shù)值1到N的 一系列排列，并將這些排列編號(hào)。然后從中選擇若干排列，令"P"循環(huán)使用這些排列以確定 它的值，并把所選排列的編號(hào)作為(3)中的信息?；谶@些信息，設(shè)計(jì)相應(yīng)的信息攜帶機(jī)制 為
[0079] (%)?φ - (%)^: ' H-?\<； € {L · > - , ii } Λ € Φ(?}：~{；5)：
[0080] 式中，（Ub)rc表示Ub的第r行第C列元素，it表示（1)-(3)中所含的任意信息，Φ⑴-⑶ 表示（1)-(3)的信息集合，表示經(jīng)過(guò)處理后的元素。上式表示從U b中選取若干個(gè)元素， 并將（1)-(3)中所含的信息以相乘的形式附加到相應(yīng)元素上。通過(guò)這一處理，矩陣Ub轉(zhuǎn)化為 tV。根據(jù)上述信息攜帶機(jī)制，定義定位向量gu，并將其表示為，
[0081] (gu)v = a(v)+j · b(v)，ve {1，· · ·，Lg}
[0082] 式中，"Lg"表示向量的長(zhǎng)度，a(v)和b(v)分別表示對(duì)應(yīng)元素的行號(hào)和列號(hào)。因 此，gu記錄了所有攜帶信息的元素在Ufr中的位置。
[0083] 在獲得了O jPgu后，將'0;),gu和N值以高功率傳輸出去，以保證目標(biāo)用戶精確地接 收到它們。在此基礎(chǔ)上，由于目標(biāo)用戶也可以構(gòu)建H b，所以可獲得全部的相關(guān)信息。而非目 標(biāo)用戶或竊聽(tīng)者未知hb，因此無(wú)法處理OjPg u中所含的信息。在該信息傳遞過(guò)程后，信息發(fā) 送端再將各時(shí)刻的符號(hào)xu(t)發(fā)送出去，這樣目標(biāo)用戶就可以恢復(fù)出&(〇而非目標(biāo)用戶或 竊聽(tīng)者無(wú)法恢復(fù)s u(t)，從而提高了目標(biāo)用戶信息安全性。
[0084] 下面給出上述方法的仿真及效果對(duì)比：
[0085] 仿真中的參數(shù)如下表所示
[0087] 此外，仿真中的信噪比為針對(duì)目標(biāo)用戶的發(fā)射信噪比，非目標(biāo)用戶或竊聽(tīng)者的位 置可以變化。非目標(biāo)用戶或竊聽(tīng)者還可以采取最大似然檢測(cè)（maximum likelihood detection，MLD)的方法獲取信號(hào)。
[0088] 圖2中非目標(biāo)用戶直接采用16PSK解調(diào)接收到的符號(hào)。由于傳輸符號(hào)經(jīng)過(guò)了星座旋 轉(zhuǎn)，當(dāng)采用錯(cuò)誤的星座圖解調(diào)時(shí)，得到的符號(hào)與原始的調(diào)制符號(hào)之間會(huì)產(chǎn)生很大差異。在這 種情況下，非目標(biāo)用戶會(huì)產(chǎn)生很大的誤符號(hào)率。
[0089]與之相對(duì)，圖3中非目標(biāo)用戶首先采用16PSK星座圖解調(diào)出實(shí)際傳輸符號(hào)，然后利 用4PSK星座圖降低星座旋轉(zhuǎn)的影響。此時(shí)非目標(biāo)用戶的誤符號(hào)率相對(duì)圖2有所降低。然而， 由于實(shí)際傳輸中使用了若干有關(guān)"P"的排列，使得非目標(biāo)用戶很難獲取精確的相位旋轉(zhuǎn)信 息，如果非目標(biāo)用戶通過(guò)遍歷搜素的方式獲取信息，發(fā)送端可以適當(dāng)調(diào)節(jié)傳輸符號(hào)的總數(shù) 使得這一遍歷無(wú)法實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，非目標(biāo)用戶只能采用隨機(jī)選擇的方式判定原始符號(hào)，這樣也 會(huì)產(chǎn)生明顯的符號(hào)錯(cuò)誤。綜上所述。本發(fā)明所提方法可提高目標(biāo)用戶信息的安全性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 無(wú)線通信系統(tǒng)中利用星座轉(zhuǎn)換提高用戶信息安全性的方法，其特征在于，包括W下 步驟： 1) 通過(guò)對(duì)實(shí)際傳輸符號(hào)進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)，使得實(shí)際傳輸符號(hào)所對(duì)應(yīng)的星座圖發(fā)生變化， 完成星座轉(zhuǎn)換； 2) 在星座轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，利用信息發(fā)送端和目標(biāo)用戶之間的信道，將與星座轉(zhuǎn)換相關(guān) 的信息發(fā)送到目標(biāo)用戶端，使得目標(biāo)用戶端能夠恢復(fù)出星座轉(zhuǎn)換前的符號(hào)，非目標(biāo)用戶端 或竊聽(tīng)者不能恢復(fù)出該符號(hào)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線通信系統(tǒng)中利用星座轉(zhuǎn)換提高用戶信息安全性的方法， 其特征在于，所述無(wú)線通信系統(tǒng)包括均配置單天線的信息發(fā)送端，目標(biāo)用戶，W及非目標(biāo)用 戶或竊聽(tīng)者;一個(gè)信息發(fā)送端服務(wù)一個(gè)目標(biāo)用戶，同時(shí)存在一個(gè)非目標(biāo)用戶或竊聽(tīng)者;信息 發(fā)送端和目標(biāo)用戶采用時(shí)分雙工方式發(fā)送導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)，并且他們估計(jì)的信道滿足信 道互易性。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)線通信系統(tǒng)中利用星座轉(zhuǎn)換提高用戶信息安全性的方法， 其特征在于，步驟1)具體包括W下步驟： la、 選擇一個(gè)星座圖對(duì)目標(biāo)用戶需要的信息進(jìn)行調(diào)制，并把調(diào)制后的符號(hào)作為待傳輸 的符號(hào)； lb、 對(duì)待傳輸?shù)姆?hào)實(shí)施星座轉(zhuǎn)換，將上述待傳輸?shù)姆?hào)進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)后，待傳輸?shù)姆?號(hào)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換為另一個(gè)星座圖中的一個(gè)點(diǎn)，完成對(duì)待傳輸?shù)姆?hào)的星座轉(zhuǎn)換。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線通信系統(tǒng)中利用星座轉(zhuǎn)換提高用戶信息安全性的方法， 其特征在于，步驟Ia中，采用相移鍵控法對(duì)目標(biāo)用戶需要的信息進(jìn)行調(diào)制，并把調(diào)制后的符 號(hào)作為待傳輸?shù)姆?hào)，記作， Su (t) G 巫 M-PSK ; 式中，Su ( t )表示在時(shí)刻t調(diào)制后待傳輸?shù)姆?hào)，O M-PSK表示M階PSK星座點(diǎn)組成的集合， 即M-PSK星座圖。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)線通信系統(tǒng)中利用星座轉(zhuǎn)換提高用戶信息安全性的方法， 其特征在于，步驟化中，將上述待傳輸?shù)姆?hào)，進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)，得到，式中，Xu(t)表示在時(shí)亥Ijt相位旋轉(zhuǎn)后的符號(hào)，0u(t)表示對(duì)應(yīng)于時(shí)刻t的相位旋轉(zhuǎn)角，j表 示虛數(shù)單位，e表示自然指#的底#: 相位旋轉(zhuǎn)角為其中，N表示一個(gè)正整數(shù)，并且滿足N=kM，k表示正整數(shù)，P表示一個(gè)正整數(shù)，并且它的值 可W是1到N中的任意一個(gè)，經(jīng)過(guò)運(yùn)一相位旋轉(zhuǎn)操作后，原符號(hào)su(t)轉(zhuǎn)換為N階PSK星座圖中 的一個(gè)點(diǎn)，即， Xu (t) G 巫 N-PSK ; 其中，On-PSK表示N階PSK星座點(diǎn)組成的集合，即N-PSK星座圖；就完成了對(duì)符號(hào)的星座轉(zhuǎn) 換。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)線通信系統(tǒng)中利用星座轉(zhuǎn)換提高用戶信息安全性的方法， 其特征在于，步驟2)具體包括W下步驟： 其中，Hb表示一個(gè)KX啡介的： 數(shù)或者列數(shù)，即一行或一列中hb 2a、信息發(fā)送端對(duì)信道進(jìn)行處理，信息發(fā)送端將獲得信道重新排列為，的個(gè)數(shù)，在得到上述矩陣之后，^ 引J， 其中，化表示一個(gè)KX啡介的酉矩陣，Eb表示一個(gè)KX即介的對(duì)角矩陣，H表示共輛轉(zhuǎn)置運(yùn) 算;在得到化后，利用化傳遞與星座轉(zhuǎn)換相關(guān)的信息； 2b、傳遞與星座轉(zhuǎn)換相關(guān)的信息時(shí)，需要傳遞的信息包括： 第一信息，實(shí)際的星座調(diào)制階數(shù)M; 第二信息，相位旋轉(zhuǎn)的方向，即順時(shí)針或者逆時(shí)針； 第=信息，每個(gè)相位旋轉(zhuǎn)角的值。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)線通信系統(tǒng)中利用星座轉(zhuǎn)換提高用戶信息安全性的方法， 其特征在于，步驟化中，首先定義數(shù)值1到N的一系列排列，并將運(yùn)些排列編號(hào);然后從中選 擇若干排列，令P循環(huán)使用運(yùn)些排列W確定它的值，并把所選排列的編號(hào)作為第=信息中的 信息;設(shè)計(jì)相應(yīng)的信息攜帶機(jī)制為， 賊)化堿))-<:、如C € 化一，'樣 運(yùn)艱(〇-'曲. 式中，（Ub)rc表示化的第r行第C列元素，it表示第一、二和S信息中所含的任意信息； O(I)-W表示第一、二和=信息的信息集合，(礙表示經(jīng)過(guò)處理后的元素； 通過(guò)上式處理，矩陣化轉(zhuǎn)化為朽&，根據(jù)上述信息攜帶機(jī)制，定義定位向量gu，并將其表示 為， (的)u = a(u)+j ? b(u)，uG {1，. . .，Lg}; 式中，Lg表示向量的長(zhǎng)度，a(u)和b(u)分別表示對(duì)應(yīng)元素悼6)，、。的行號(hào)和列號(hào);gu記錄了 所有攜帶信息的元素在污b中的位置； 在獲得了 Ub和gu后，將好Mgu和N值W高功率傳輸出去，保證目標(biāo)用戶能夠精確地接收， 從而目標(biāo)用戶能夠構(gòu)建化，獲得全部的相關(guān)信息；而非目標(biāo)用戶或竊聽(tīng)者未知hb，因此無(wú)法 處理技6和gu中所含的信息； 在第一、二和=信息的傳遞過(guò)程后，信息發(fā)送端再將各時(shí)刻的符號(hào)Xu(t)發(fā)送出去，目標(biāo) 用戶能夠恢復(fù)出Su(t)而非目標(biāo)用戶或竊聽(tīng)者無(wú)法恢復(fù)Su(t)，從而提高了目標(biāo)用戶信息安 全性。
【文檔編號(hào)】H04W12/02GK105916139SQ201610459943
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】任品毅, 徐大同, 杜清河, 孫黎, 王熠晨
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)