[发明专利]基于反格雷码映射的LDPC‑Y‑COFDM安全控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于通信安全技术领域，涉及一种基于反格雷码映射的LDPC-Y-COFDM安全系统及其控制方法。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术作为一种多载波调制技术，具有灵活的可分配频谱资源、接近Nyquist极限的频谱利用率、优异的抗多径干扰能力等优点，在高速传输系统中具有无可比拟的优越性，已成为4G通信系统的首选技术。

但是，多径传输所产生的频率选择性衰落将导致OFDM信号的个别子信道受到深衰落的影响，造成数据传输出现差错，严重影响整个OFDM系统通信可靠性。编码OFDM(Coded OFDM，COFDM)技术为解决上述问题提供了一种有效的方案，它将前向纠错(Forward Error Correction，FEC)技术应用到OFDM系统中，通过信道编码使得OFDM信号中处于深度衰落子载波上的错码被一定程度的纠正，使得OFDM技术更具可靠性。目前，将性能优异的纠错码(如卷积码、RS码、Turbo码、LDPC码等)和OFDM技术相结合构成的COFDM已经被广泛地应用于实际无线通信系统中，并取得了很好的系统误码性能。其中，LDPC-COFDM系统因其兼具了LDPC码的最优纠错性能以及OFDM技术的优异特性，更是成为了当前移动通信系统传输技术的主要解决方案之一，并已被成功地应用于中国地面数字电视广播系统(DTMB)、卫星数字视频广播系统(DVB-S2、DVB-T2)、WLAN(802.11n)及Wimax(802.16e)等实际系统中。由此可见，LDPC-COFDM系统具有极好的应用前景，对LDPC-COFDM系统做更深入的研究具有十分重要的意义。

对于一个数字通信系统，评价其通信质量好坏主要从有效性、可靠性、安全性等三方面入手，有效性主要针对的是通信系统中信息传输的快慢问题；可靠性主要是指通信系统中信息传输的好坏问题；安全性则是指通信系统是否具有安全通信能力以及安全水平的高低。然而，现有的针对LDPC-COFDM系统的研究主要侧重于系统架构以及编译码方案等方面，忽略了LDPC-COFDM系统的安全性问题。目前，随着通信技术走向宽带化和融合化，各种高科技破译技术层出不穷，LDPC-COFDM系统也面临着严峻的安全性挑战。

传统的无线网络安全都是通过密钥加密的方式，在网络协议栈的上层利用各种加密算法对信息进行加密，从而确保信息的安全性，虽然采用这种方式可以较好地保证无线网络的信息安全性，但往往需要以较高的计算复杂度为代价，并假设其加密密钥计算上不可破译。然而，随着量子计算机的出现，很多传统的加密方法将不再可靠，如何实现无线通信的安全保密已成为困扰无线通信发展的瓶颈。物理层安全(Physical layer security)作为一种新兴的无线安全传输技术，从网络协议栈最底层的物理层的角度为解决无线通信的信息安全问题提供了新的思路。它以信息论为根本出发点，充分利用无线信道的各种传播特性，如开放的物理信道、多径和衰落的传输特性等，将这些原本不利的信道特性换个角度加以利用，旨在实现一种无条件安全。目前，物理层安全技术已成为宽带化、融合化情况下解决无线通信系统安全问题的重要技术途径，并成为了信息安全领域的研究热点。

物理层安全的理论基础源于Wyner在1975年提出的窃听信道模型，目前针对物理层安全的研究工作主要可分为以下两个方向：

以保密容量为安全测度的物理层安全方法研究保密容量(Secrecy capacity)是指在合法接收者能以任意小的差错解码数据，而窃听者解码数据的差错概率接近1的前提下，系统所能达到的最大传输速率，它是衡量一个通信系统安全性的重要指标，其值为正且越大越好。保密容量从被提出以来一直受到国内外诸多学者的广泛研究，现有的相关文献大都围绕对各种窃听信道模型的保密容量进行理论推导、相应安全编码的构造以及对保密容量最大化展开研究。但是，由于保密容量的计算需要知道窃听者的信道特征或其分布信息，而实际中这些信息很难获取，因此这些研究均是基于一定假设之上，且其中提到的安全编码本质上属于纯随机编码，很难在实际通信系统中使用。针对一个特定的实际通信系统来说，得到其确切的保密容量相当困难。故而保密容量很难作为一种实用的安全测度，这也在一定程度上制约了以保密容量为安全测度的物理层安全方法的大规模发展与实用化。