基于酉矩阵变换的正交时频空安全传输方法、装置和设备制造方法及图纸

本申请涉及一种基于酉矩阵变换的正交时频空安全传输方法、装置和设备。方法包括：合法发送端将发送信号进行星座映射得到待传输信号；根据酉矩阵加密待传输信号，得到时延多普勒域信号；将时延多普勒域信号进行逆辛傅里叶变换，得到时频域信号；将时频域信号进行海森堡变换，得到时域信号；设置时域信号的峰均比门限值，选择具有最小峰均比的时域信号通过功率放大器进行线性放大，得到加密信号；将加密信号发送至无线信道，以使合法接收端接收并解析无线信道中的加密信号，得到发送信号。采用本方法能够在保证正交时频空系统可靠性的前提下有效抑制系统的高峰均比，并采用酉矩阵变换加密增大了窃听者的解密难度，保证了系统的安全性。安全性。安全性。

【技术实现步骤摘要】
基于酉矩阵变换的正交时频空安全传输方法、装置和设备


[0001]本申请涉及无线通信加密
，特别是涉及一种基于酉矩阵变换的正交时频空安全传输方法、装置和设备。

技术介绍

[0002]随着无线通信系统的不断成熟以及各种新技术的出现，未来通信应用场景更加多样化，性能指标更为多元化，这同时也给未来无线通信的性能需求和安全架构带来了全新的挑战。
[0003]物理层安全(PLS,physical layer security)技术提供了一种不同于传统计算复杂度的新型安全机制，具有底层机动调控、多场景适用以及无线通信共生等优势。物理层安全传输技术则是对已有的通信传输技术如编码、调制、扩频进行安全设计，能够保证系统可靠性的同时进一步提高传输层的安全性。物理层加密(PLE,Physical layer encryption)技术是一种PLS方法，主要通过在物理层实施加密方案即借助无线密钥来实现物理层的安全。
[0004]高移动性场景中，无线信道具有双重选择性，即频率选择性和时间选择性，这会导致多径效应及多普勒频移，当前使用的波形在多普勒频移很高的高迁移率场景中性能不佳。因此，对于高移动性场景，提出了正交时频空(OTFS,orthogonal time and frequency space)技术，该技术可以在时频双选信道中有效完成高可靠和高速率的数据传输，并且可以在时延多普勒(DD，delay
‑
Doppler)域实行数据调制并且在整个时频域上进行扩展，从而获得整个时间域和频率域的信道分集。r/>[0005]但是，由于信号发射端功率放大器的放大范围的限制，使得OTFS系统中的高峰均比(PAPR,peak
‑
to
‑
average power ratio)的信号容易进入功率放大器的非线性区域从而导致信号产生严重的非线性失真，进一步造成明显的频谱干扰以及信号畸变，从而产生整个系统传输稳定性能严重下降问题。

技术实现思路

[0006]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够保证正交时频系统信号安全稳定传输的基于酉矩阵变换的正交时频空安全传输方法、装置和设备。
[0007]一种基于酉矩阵变换的正交时频空安全传输方法，所述方法包括：
[0008]合法发送端将发送信号进行星座映射得到待传输信号；
[0009]根据酉矩阵加密待传输信号，得到时延多普勒域信号；
[0010]将时延多普勒域信号进行逆辛傅里叶变换，得到时频域信号；
[0011]将时频域信号进行海森堡变换，得到时域信号；
[0012]设置时域信号的峰均比门限值，选择具有最小峰均比的时域信号通过功率放大器进行线性放大，得到加密信号；
[0013]将加密信号发送至无线信道，以使合法接收端接收并解析无线信道中的加密信
号，得到发送信号。
[0014]在其中一个实施例中，根据酉矩阵加密待传输信号，得到时延多普勒域信号，包括：
[0015]从无线信道的时延多普勒域提取初始密钥，将初始密钥输入混沌序列发生器得到混沌序列，对混沌序列进行酉矩阵变换得到酉矩阵；
[0016]根据酉矩阵对待传输信号进行等距变换，得到时延多普勒域信号。
[0017]在其中一个实施例中，从无线信道的时延多普勒域提取初始密钥，包括：
[0018]对无线信道的时延多普勒域进行探测，得到信道探测信号，将信道探测信号进行等效信道估计，得到信道特征观测值；
[0019]将信道特征观测值进行特征量化得到不一致的初始密钥比特；
[0020]将不一致的初始密钥比特进行信息协商得到一致的初始密钥比特；
[0021]将一致的初始密钥比特进行保密增强得到初始密钥。
[0022]在其中一个实施例中，混沌序列发生器为混沌吕系统；
[0023]将初始密钥输入混沌序列发生器得到混沌序列，包括：
[0024]将初始密钥输入混沌吕系统进行量化处理，得到混沌序列。
[0025]在其中一个实施例中，对混沌序列进行酉矩阵变换得到酉矩阵，包括：
[0026]根据散列函数对混沌序列进行映射，得到旋转方向矢量；
[0027]根据旋转方向矢量构建生成旋转方向矢量矩阵，对旋转方向矢量矩阵进行正交化处理，得到酉矩阵。
[0028]在其中一个实施例中，将加密信号发送至无线信道，以使合法接收端接收并解析无线信道中的加密信号，得到发送信号，包括：
[0029]根据索引值信息对酉矩阵进行映射，得到加密信号的加密酉矩阵对应的索引值；
[0030]将加密信号和索引值发送至无线信道，以使合法接收端接收并解析无线信道中的加密信号和索引值，得到发送信号。
[0031]在其中一个实施例中，合法接收端接收并解析无线信道中的加密信号和加密酉矩阵对应的索引值，得到发送信号，包括：
[0032]合法接收端接收无线信道中的加密信号和索引值，将加密信号进行魏格纳变换，得到时频域加密信号；
[0033]将时频域加密信号进行辛傅里叶变换，得到时延多普勒域加密信号；
[0034]根据索引值确定对应的解密酉矩阵，根据解密酉矩阵对时延多普勒域加密信号进行解密，得到待传输信号；
[0035]将待传输信号进行星座解映射，得到发送信号。
[0036]在其中一个实施例中，根据索引值确定对应的解密酉矩阵，包括：
[0037]从无线信道的时延多普勒域提取初始密钥，将初始密钥输入混沌序列发生器得到混沌序列，对混沌序列进行酉矩阵变换得到酉矩阵；
[0038]根据索引值对酉矩阵进行映射，从酉矩阵中确定对应的解密酉矩阵。
[0039]一种基于酉矩阵变换的正交时频空安全传输装置，所述装置包括：
[0040]映射模块，用于合法发送端将发送信号进行星座映射得到待传输信号；
[0041]酉矩阵加密模块，用于根据酉矩阵加密待传输信号，得到时延多普勒域信号；
[0042]逆辛傅里叶变换模块，用于将时延多普勒域信号进行逆辛傅里叶变换，得到时频域信号；
[0043]海森堡变换模块，用于将时频域信号进行海森堡变换，得到时域信号；
[0044]峰均比抑制模块，用于设置时域信号的峰均比门限值，选择具有最小峰均比的时域信号通过功率放大器进行线性放大，得到加密信号；
[0045]信号传输模块，用于将加密信号发送至无线信道，以使合法接收端接收并解析无线信道中的加密信号，得到发送信号。
[0046]一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
[0047]合法发送端将发送信号进行星座映射得到待传输信号；
[0048]根据酉矩阵加密待传输信号，得到时延多普勒域信号；
[0049]将时延多普勒域信号进行逆辛傅里叶变换，得到时频域信号；
[0050]将时频域信号进行海森堡变换，得到时域信号；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于酉矩阵变换的正交时频空安全传输方法，其特征在于，所述方法包括：合法发送端将发送信号进行星座映射得到待传输信号；根据酉矩阵加密所述待传输信号，得到时延多普勒域信号；将所述时延多普勒域信号进行逆辛傅里叶变换，得到时频域信号；将所述时频域信号进行海森堡变换，得到时域信号；设置所述时域信号的峰均比门限值，选择具有最小峰均比的所述时域信号通过功率放大器进行线性放大，得到加密信号；将所述加密信号发送至所述无线信道，以使合法接收端接收并解析所述无线信道中的所述加密信号，得到所述发送信号。2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，根据所述酉矩阵加密所述待传输信号，得到时延多普勒域信号，包括：从无线信道的时延多普勒域提取初始密钥，将所述初始密钥输入混沌序列发生器得到混沌序列，对所述混沌序列进行酉矩阵变换得到酉矩阵；根据所述酉矩阵对所述待传输信号进行等距变换，得到所述时延多普勒域信号。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，从无线信道的时延多普勒域提取初始密钥，包括：对所述无线信道的时延多普勒域进行探测，得到信道探测信号，将所述信道探测信号进行等效信道估计，得到信道特征观测值；将所述信道特征观测值进行特征量化得到不一致的初始密钥比特；将所述不一致的初始密钥比特进行信息协商得到一致的初始密钥比特；将所述一致的初始密钥比特进行保密增强得到所述初始密钥。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述混沌序列发生器为混沌吕系统；将所述初始密钥输入混沌序列发生器得到混沌序列，包括：将所述初始密钥输入所述混沌吕系统进行量化处理，得到所述混沌序列。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述混沌序列进行酉矩阵变换得到酉矩阵，包括：根据散列函数对所述混沌序列进行映射，得到旋转方向矢量；根据所述旋转方向矢量构建生成旋转方向矢量矩阵，对所述旋转方向矢量矩阵进行正交化处理，得到所述酉矩阵。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述加密信号发送至所述无线信道，以使合法接收端接收并解析所述无线信道中的所述加密信号，得到所述发送信号，包括：根...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷菁，鲁信金，邓喆，黄璐莹，陈继林，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：