本發(fā)明屬于無線通信，具體涉及一種非正交混合載波安全傳輸方法。

背景技術(shù)：

1、無線通信鏈路的開放性架構(gòu)帶來信息安全隱患，針對無線通信信息安全傳輸?shù)膯栴}，傳統(tǒng)的安全策略是采用基于密碼學(xué)理論的加密算法對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加密，并結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)安全協(xié)議以及其他安全套件等輔助安全解決方案。然而隨著網(wǎng)絡(luò)的智能化發(fā)展，傳統(tǒng)安全策略無法充分應(yīng)對新型解密技術(shù)，利用通信物理特征的物理層安全方法已然成為無線通信網(wǎng)絡(luò)安全研究的重要方向，被認(rèn)為是無線安全領(lǐng)域的補(bǔ)充乃至替代傳統(tǒng)加密技術(shù)的最具發(fā)展前景的安全機(jī)制。

2、物理層安全方法多利用無線隨機(jī)信道的差異性，并期望獲得主信道與竊聽信道的更大差異性；也就是說，通過增強(qiáng)主信道通信可靠性或降低竊聽信道通信可靠性，都可以實(shí)現(xiàn)通信過程安全性的提升。為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜信道下主通信可靠性的提升，混合載波是一個(gè)很好的選擇。相比于傳統(tǒng)單載波與多載波系統(tǒng)，基于加權(quán)分?jǐn)?shù)階傅里葉變換(weightedfractional?fourier?transform,wfrft)的混合載波系統(tǒng)通過對單載波和多載波分量進(jìn)行滿足通信要求的加權(quán)處理，使信號能量在時(shí)頻平面上的分布更加均勻，因而能夠在雙選信道中獲得優(yōu)于傳統(tǒng)單載波系統(tǒng)和多載波系統(tǒng)的性能。此外，對于竊聽信道而言，在未知載波體制或未知wfrft變換階數(shù)而進(jìn)行隨機(jī)估計(jì)時(shí)，竊聽端無法準(zhǔn)確譯碼，這體現(xiàn)了wfrft混合載波系統(tǒng)的安全性優(yōu)勢。

3、然而，隨著竊聽端算力及智能信號處理水平的提升，單階數(shù)調(diào)控的wfrft信號安全空間較小，無法應(yīng)對智能化信號檢測手段。因此，多種多參數(shù)wfrft技術(shù)從增加調(diào)控參數(shù)、增加編碼靈活性的角度，來提升混合載波物理層安全容量。其中，擴(kuò)展wfrft(extendedwfrft,ewfrft)在適當(dāng)放寬數(shù)學(xué)約束、并保證滿足通信約束的前提下，給出了更靈活的編碼方案。但是在竊聽端已知載波體制時(shí)，多參數(shù)wfrft技術(shù)始終圍繞著對加權(quán)階數(shù)的設(shè)計(jì)，從編碼角度優(yōu)化的傳輸信號安全空間依然受限。

4、綜上所述，在現(xiàn)有物理層安全方法中，混合載波信號安全空間仍然受限，提出一種新的方法以提升傳輸信號安全空間是十分必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為解決在現(xiàn)有物理層安全方法中，混合載波信號安全空間受限的問題，而提出了一種非正交混合載波安全傳輸方法。

2、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

3、一種非正交混合載波安全傳輸方法，所述方法具體包括以下步驟：

4、在發(fā)送端

5、步驟s1、合法發(fā)送端對信源數(shù)據(jù)進(jìn)行星座點(diǎn)映射，獲得星座點(diǎn)映射后的信號；

6、步驟s2、對星座點(diǎn)映射后的信號進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，得到串并轉(zhuǎn)換后的信號x；

7、步驟s3、根據(jù)插零圖樣對串并轉(zhuǎn)換后的信號x進(jìn)行處理，得到處理結(jié)果sadd0；

8、步驟s4、對處理結(jié)果sadd0進(jìn)行k點(diǎn)ewfrft正變換，得到變換結(jié)果sewfrft；

9、步驟s5、根據(jù)截?cái)鄨D樣對sewfrft進(jìn)行處理，得到非正交混合載波信號st；

10、步驟s6、對非正交混合載波信號st進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換后，將轉(zhuǎn)換結(jié)果發(fā)送至信道；

11、在接收端

12、步驟r1、合法接收端對接收到的信號依次進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換和均衡處理，得到信號y；

13、步驟r2、對信號y進(jìn)行干擾消除，獲得輸出信號

14、步驟r3、對輸出信號進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，再對并串轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行解映射，得到合法發(fā)送端發(fā)射的信源數(shù)據(jù)。

15、進(jìn)一步地，所述插零圖樣的設(shè)計(jì)方法為：

16、定義壓縮比為α＝n/k，n為串并轉(zhuǎn)換后的信號x的長度，則設(shè)計(jì)插零圖樣為k行n列的矩陣ψ：

17、ψ＝[ψ1…ψk…ψk]t

18、其中，上角標(biāo)t代表矩陣的轉(zhuǎn)置，若是插零位置的集合，則ψk＝0n×1，表示第n個(gè)插零位置，n＝1,2,…,k-n；

19、且矩陣ψ滿足：從矩陣ψ中去除ψk＝0n×1，的行后，矩陣ψ中的其余元素共同構(gòu)成單位陣in×n。

20、進(jìn)一步地，所述根據(jù)插零圖樣對串并轉(zhuǎn)換后的信號x進(jìn)行處理，得到處理結(jié)果sadd0；具體為：

21、sadd0＝ψx

22、其中，sadd0為k點(diǎn)符號，k≥n。

23、進(jìn)一步地，所述k點(diǎn)ewfrft正變換的具體過程為：

24、

25、其中，是ewfrft正變換結(jié)果，x0(n)是需要進(jìn)行ewfrft正變換的信號，x1(n)是x0(n)經(jīng)過傅里葉變換后的信號，x2(n)是x0(n)的反轉(zhuǎn)信號，x3(n)是x1(n)的反轉(zhuǎn)信號；

26、和為加權(quán)系數(shù)，加權(quán)系數(shù)由參數(shù){θ0,θ1,θ2,θ3}調(diào)控，l＝0,1,2,3；

27、

28、其中，參數(shù)是實(shí)數(shù)集，l＝0,1,2,3，e是自然對數(shù)的底數(shù)，i是虛數(shù)單位。

29、進(jìn)一步地，所述步驟s5的具體過程為：

30、st＝γsewfrft

31、其中，γ是截?cái)鄨D樣。

32、進(jìn)一步地，所述截?cái)鄨D樣γ設(shè)計(jì)為：

33、γ＝[γ1…γm…γk]

34、當(dāng)m∈{γn′}時(shí)，γm＝0n×1，{γn′}是舍棄數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置集合，γn′是舍棄的第n′個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置，n′＝1,2,…,k-n；

35、且截?cái)鄨D樣γ滿足：將γ中的第m列γm,m∈{γn′}去除后，γ中剩余的列共同構(gòu)成單位陣in×n。

36、進(jìn)一步地，所述均衡處理的方式為zf均衡或mmse均衡。

37、進(jìn)一步地，所述步驟r2的具體過程為：

38、步驟一、初始化迭代次數(shù)為i＝0，初始化y(0)＝y(tǒng)；

39、步驟二、y(i)經(jīng)過插零后，將信號長度補(bǔ)齊至k：

40、y′＝γty(i)

41、其中，y′是插零后的信號；

42、對信號y′進(jìn)行k點(diǎn)ewfrft逆變換，得到逆變換結(jié)果y，再對逆變換結(jié)果進(jìn)行預(yù)干擾消除，得到預(yù)干擾消除結(jié)果；

43、步驟三、對預(yù)干擾消除結(jié)果的穩(wěn)定性進(jìn)行判定，若預(yù)干擾消除結(jié)果穩(wěn)定，則直接將預(yù)干擾消除結(jié)果作為輸出信號若預(yù)干擾消除結(jié)果不穩(wěn)定，則令預(yù)干擾消除結(jié)果為y(i+1)，并繼續(xù)執(zhí)行步驟四；

44、步驟四、令迭代次數(shù)i＝i+1；

45、對y(i)進(jìn)行k點(diǎn)ewfrft正變換得到變換結(jié)果y′(i)，再對y′(i)進(jìn)行截取，將得到的截取結(jié)果記為(i-γ)y′(i)；并將(i-γ)y′(i)與y′共同輸入加法器；

46、步驟五、對加法器的輸出結(jié)果進(jìn)行k點(diǎn)ewfrft逆變換，再對逆變換結(jié)果進(jìn)行預(yù)干擾消除，對得到的預(yù)干擾消除結(jié)果返回執(zhí)行步驟三。

47、進(jìn)一步地，所述k點(diǎn)ewfrft逆變換的方式為：

48、

49、其中，是ewfrft逆變換結(jié)果，x′0(n)是需要進(jìn)行ewfrft逆變換的信號，x′1(n)是x′0(n)經(jīng)過傅里葉變換后的信號，x′2(n)是x′0(n)的反轉(zhuǎn)信號，x′3(n)是x′1(n)的反轉(zhuǎn)信號；

50、和為加權(quán)系數(shù)，加權(quán)系數(shù)由參數(shù){θ0,θ1,θ2,θ3}調(diào)控，l＝0,1,2,3；

51、

52、更進(jìn)一步地，所述預(yù)干擾消除的具體過程為：

53、步驟1、初始化迭代次數(shù)q＝1，初始化s0＝0，0表示零矩陣，并初始化最大迭代次數(shù)為q；

54、步驟2、計(jì)算sq：

55、sq＝y(tǒng)-(c-i)sq-1

56、其中，i為單位陣，c為k階失真矩陣；

57、步驟3、判斷是否達(dá)到設(shè)置的最大迭代次數(shù)q；

58、若達(dá)到設(shè)置的最大迭代次數(shù)，則將最后一次迭代獲得的sq作為預(yù)干擾消除結(jié)果；

59、若未達(dá)到設(shè)置的最大迭代次數(shù)，則令q＝q+1，并返回執(zhí)行步驟2。

60、本發(fā)明的有益效果是：

61、本發(fā)明的合法用戶通過自引干擾，并在合法接收端進(jìn)行干擾抑制，可以實(shí)現(xiàn)在保證主用戶可靠通信的同時(shí)，降低竊聽端信干噪比，進(jìn)而提升安全容量。結(jié)合自引干擾的思想，并充分利用混合載波的時(shí)頻資源利用率優(yōu)勢，本發(fā)明提出一種非正交混合載波安全傳輸方法，從編碼和波形角度設(shè)計(jì)非正交混合載波信號，提升傳輸信號安全空間。