[发明专利]一种基于位置信息的高安全性正交分解混沌置乱方法

说明书

本发明提供一种基于位置信息的高安全性正交分解混沌置乱方法，由于发送端和接收端均知晓合法用户的位置信息，用于移位的混沌序列的初值由合法用户的位置信息决定，并且初值的选取方式是随机且非协调的，使得窃听者难以恢复获取的截获信息。本发明提出的基于位置信息的正交混沌置乱方案不需要发送端知道窃听者的位置信息，不需要特殊的控制信道进行密钥传输，并且不要求窃听者的信道增益矩阵与合法用户的信道增益矩阵不同。本发明提高了可见光通信系统的其可靠性、安全性及实用性。

技术领域

本发明涉及MIMO可见光通信系统领域，更具体地，涉及一种基于位置信息的高安全性正交分解混沌置乱方法。

背景技术

在传统无线通信领域中，物理层安全性通过利用传输信息的独特特征来实现。将这些特征如合法用户的信道状态信息设置为密钥，无密钥时则可以通过协作干扰技术进行人工加噪、波束成形或系数加权。这些技术也被逐步研究并应用到可见光系统。在现有的提高基于MIMO可见光系统的通信安全的方案中，迫零波束成型和人工加噪方法的同时使用可以迫使窃听者的信噪比为零，并且这些噪声对合法用户的接收信息不产生任何干扰。然而该方案要求发送端知道窃听用户的确切位置，应用时有局限性。

另存在置乱矩阵、保密通信区域、保密信道等三种应用于MIMO可见光系统的方案。其中，置乱矩阵方案应用随机数矩阵置乱发送信息，但这种方案在实际中不易实现，发送端与合法用户约定此矩阵较困难；保密通信区域方案根据室内可见光通信的特性，将合法用户的信道条件矩阵的逆矩阵设置为置乱矩阵，但缺点是一旦窃听者临近授权用户位置，即与合法用户信道条件相似时，此加密方法能轻易被窃听者获得。保密信道方案将合法用户所在通信区域内的某一点的信道条件设定为置乱矩阵，此时窃听者临近合法用户位置时获得该保密方案的可能性有所减小，但实际操作中要实现合法用户事前知晓此矩阵还是存在困难的。

综上所述，在现有的提高基于MIMO可见光系统的通信安全的方案中，迫零波束成形技术对合法用户的数据接收不产生任何影响，但是要求发送端知道窃听者的确切位置，在应用中有较大的局限性；置乱矩阵方案不需预知窃听者位置或者信道状态，但是现有的生成置乱矩阵的方案在实际应用中仍有以下困难：随机置乱方案中矩阵的随机性不便于合法用户获得该矩阵，基于某点信道增益矩阵的置乱方案无法在窃听者与合法用户位置相近时保持通信安全。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种基于位置信息的高安全性正交分解混沌置乱方法，提高了其可靠性、安全性及实用性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于位置信息的高安全性正交分解混沌置乱方法，包括以下步骤：

S1：构建是n×n的MIMO可见光通信系统，发送端包括n个LED阵列，LED阵列用来做照明同时进行数据传输，接收端由n个光电探测器组成，光电探测器将光功率转换为电流；

S2：基于合法用户的通信角度和距离等私密位置信息设计位置信息嵌入矩阵(Location Information Embed，LIE)，在位置信息嵌入矩阵中插入合法用户的入射角发送端的发射角φ以及发送端与接收端的距离d位置信息；

S3：由于位置信息嵌入矩阵与信道增益矩阵存在相关性，应用基于混沌序列的移位矩阵对位置嵌入矩阵中的元素进行交错得到基于位置信息的混沌置乱矩阵(ChaoticScrambling with Location Information Embed，CS-LIE)；

S4：将基于位置信息的混沌置乱矩阵进行正交化分解(Orthogonal Factorized，OF)，得到正交的置乱矩阵；

S5：采用正交的置乱矩阵对发送信息进行置乱并传输。