一种非正交混合载波安全传输方法

本发明属于无线通信，具体涉及一种非正交混合载波安全传输方法。

背景技术：

1、无线通信链路的开放性架构带来信息安全隐患，针对无线通信信息安全传输的问题，传统的安全策略是采用基于密码学理论的加密算法对数据信息进行加密，并结合互联网安全协议以及其他安全套件等辅助安全解决方案。然而随着网络的智能化发展，传统安全策略无法充分应对新型解密技术，利用通信物理特征的物理层安全方法已然成为无线通信网络安全研究的重要方向，被认为是无线安全领域的补充乃至替代传统加密技术的最具发展前景的安全机制。

2、物理层安全方法多利用无线随机信道的差异性，并期望获得主信道与窃听信道的更大差异性；也就是说，通过增强主信道通信可靠性或降低窃听信道通信可靠性，都可以实现通信过程安全性的提升。为了实现复杂信道下主通信可靠性的提升，混合载波是一个很好的选择。相比于传统单载波与多载波系统，基于加权分数阶傅里叶变换(weightedfractional fourier transform,wfrft)的混合载波系统通过对单载波和多载波分量进行满足通信要求的加权处理，使信号能量在时频平面上的分布更加均匀，因而能够在双选信道中获得优于传统单载波系统和多载波系统的性能。此外，对于窃听信道而言，在未知载波体制或未知wfrft变换阶数而进行随机估计时，窃听端无法准确译码，这体现了wfrft混合载波系统的安全性优势。

3、然而，随着窃听端算力及智能信号处理水平的提升，单阶数调控的wfrft信号安全空间较小，无法应对智能化信号检测手段。因此，多种多参数wfrft技术从增加调控参数、增加编码灵活性的角度，来提升混合载波物理层安全容量。其中，扩展wfrft(extendedwfrft,ewfrft)在适当放宽数学约束、并保证满足通信约束的前提下，给出了更灵活的编码方案。但是在窃听端已知载波体制时，多参数wfrft技术始终围绕着对加权阶数的设计，从编码角度优化的传输信号安全空间依然受限。

4、综上所述，在现有物理层安全方法中，混合载波信号安全空间仍然受限，提出一种新的方法以提升传输信号安全空间是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是为解决在现有物理层安全方法中，混合载波信号安全空间受限的问题，而提出了一种非正交混合载波安全传输方法。

2、本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：

3、一种非正交混合载波安全传输方法，所述方法具体包括以下步骤：

4、在发送端

5、步骤s1、合法发送端对信源数据进行星座点映射，获得星座点映射后的信号；

6、步骤s2、对星座点映射后的信号进行串并转换，得到串并转换后的信号x；

7、步骤s3、根据插零图样对串并转换后的信号x进行处理，得到处理结果sadd0；

8、步骤s4、对处理结果sadd0进行k点ewfrft正变换，得到变换结果sewfrft；

9、步骤s5、根据截断图样对sewfrft进行处理，得到非正交混合载波信号st；

10、步骤s6、对非正交混合载波信号st进行并串转换后，将转换结果发送至信道；

11、在接收端

12、步骤r1、合法接收端对接收到的信号依次进行串并转换和均衡处理，得到信号y；

13、步骤r2、对信号y进行干扰消除，获得输出信号

14、步骤r3、对输出信号进行并串转换，再对并串转换结果进行解映射，得到合法发送端发射的信源数据。

15、进一步地，所述插零图样的设计方法为：

16、定义压缩比为α＝n/k，n为串并转换后的信号x的长度，则设计插零图样为k行n列的矩阵ψ：

17、ψ＝[ψ1…ψk…ψk]t

18、其中，上角标t代表矩阵的转置，若是插零位置的集合，则ψk＝0n×1，表示第n个插零位置，n＝1,2,…,k-n；

19、且矩阵ψ满足：从矩阵ψ中去除ψk＝0n×1，的行后，矩阵ψ中的其余元素共同构成单位阵in×n。

20、进一步地，所述根据插零图样对串并转换后的信号x进行处理，得到处理结果sadd0；具体为：

21、sadd0＝ψx

22、其中，sadd0为k点符号，k≥n。

23、进一步地，所述k点ewfrft正变换的具体过程为：

24、

25、其中，是ewfrft正变换结果，x0(n)是需要进行ewfrft正变换的信号，x1(n)是x0(n)经过傅里叶变换后的信号，x2(n)是x0(n)的反转信号，x3(n)是x1(n)的反转信号；

26、和为加权系数，加权系数由参数{θ0,θ1,θ2,θ3}调控，l＝0,1,2,3；

27、

28、其中，参数是实数集，l＝0,1,2,3，e是自然对数的底数，i是虚数单位。

29、进一步地，所述步骤s5的具体过程为：

30、st＝γsewfrft

31、其中，γ是截断图样。

32、进一步地，所述截断图样γ设计为：

33、γ＝[γ1…γm…γk]

34、当m∈{γn′}时，γm＝0n×1，{γn′}是舍弃数据点的位置集合，γn′是舍弃的第n′个数据点的位置，n′＝1,2,…,k-n；

35、且截断图样γ满足：将γ中的第m列γm,m∈{γn′}去除后，γ中剩余的列共同构成单位阵in×n。

36、进一步地，所述均衡处理的方式为zf均衡或mmse均衡。

37、进一步地，所述步骤r2的具体过程为：

38、步骤一、初始化迭代次数为i＝0，初始化y(0)＝y；

39、步骤二、y(i)经过插零后，将信号长度补齐至k：

40、y′＝γty(i)

41、其中，y′是插零后的信号；

42、对信号y′进行k点ewfrft逆变换，得到逆变换结果y，再对逆变换结果进行预干扰消除，得到预干扰消除结果；

43、步骤三、对预干扰消除结果的稳定性进行判定，若预干扰消除结果稳定，则直接将预干扰消除结果作为输出信号若预干扰消除结果不稳定，则令预干扰消除结果为y(i+1)，并继续执行步骤四；

44、步骤四、令迭代次数i＝i+1；

45、对y(i)进行k点ewfrft正变换得到变换结果y′(i)，再对y′(i)进行截取，将得到的截取结果记为(i-γ)y′(i)；并将(i-γ)y′(i)与y′共同输入加法器；

46、步骤五、对加法器的输出结果进行k点ewfrft逆变换，再对逆变换结果进行预干扰消除，对得到的预干扰消除结果返回执行步骤三。

47、进一步地，所述k点ewfrft逆变换的方式为：

48、

49、其中，是ewfrft逆变换结果，x′0(n)是需要进行ewfrft逆变换的信号，x′1(n)是x′0(n)经过傅里叶变换后的信号，x′2(n)是x′0(n)的反转信号，x′3(n)是x′1(n)的反转信号；

50、和为加权系数，加权系数由参数{θ0,θ1,θ2,θ3}调控，l＝0,1,2,3；

51、

52、更进一步地，所述预干扰消除的具体过程为：

53、步骤1、初始化迭代次数q＝1，初始化s0＝0，0表示零矩阵，并初始化最大迭代次数为q；

54、步骤2、计算sq：

55、sq＝y-(c-i)sq-1

56、其中，i为单位阵，c为k阶失真矩阵；

57、步骤3、判断是否达到设置的最大迭代次数q；

58、若达到设置的最大迭代次数，则将最后一次迭代获得的sq作为预干扰消除结果；

59、若未达到设置的最大迭代次数，则令q＝q+1，并返回执行步骤2。

60、本发明的有益效果是：

61、本发明的合法用户通过自引干扰，并在合法接收端进行干扰抑制，可以实现在保证主用户可靠通信的同时，降低窃听端信干噪比，进而提升安全容量。结合自引干扰的思想，并充分利用混合载波的时频资源利用率优势，本发明提出一种非正交混合载波安全传输方法，从编码和波形角度设计非正交混合载波信号，提升传输信号安全空间。