[发明专利]一种基于无线信道特征的三维星座旋转加密方法

摘要

本发明属于无线网络通信领域，具体涉及一种基于无线信道特征的三维星座旋转加密方法。本发明包括主要步骤：(S1)合法的通信节点双方相互发送探测信号，提取等效信道相位；(S2)发送端对传输数据信息进行三维映射获得三维空间的星座点，利用等效信道相位，对星座点进行旋转加密；(S3)接收端利用等效信道相位，对传输数据信息进行旋转解密；(S4)根据最小距离判决法进行解映射，获得发送端的数据信息。本发明利用信道相位响应的互易性提取出等效信道相位，并利用提取的相位对三维星座进行加密，使得窃听者无法解调出正确的比特信息，从而达到安全通信的效果。

主权项

1.一种基于无线信道特征的三维星座旋转加密方法，应用于OFDM系统中，其特征在于，包括以下步骤：(S1)提取等效信道相位：合法的通信节点双方相互发送探测信号，同时接收对方发来的信息；通信节点双方分别将自身接收到的信息与自身发送的随机探测信号进行点乘，提取出点乘后的信息相位即为各通信节点的等效信道相位；(S2)发送端加密：发送端对传输数据信息进行三维映射获得三维空间的星座点，利用发送端节点的等效信道相位作为密钥，对星座点进行旋转加密，获得加密后的数据信息，具体步骤为，(S21)设三维空间坐标系坐标轴为x、y、z，原点为o，建立三维映射关系将传输数据信息按照每两比特二进制分别对应三维空间一个星座点坐标进行映射，且所有星座点分布在以o为球心，R为半径的球体表面；设S表示星座点坐标集合，S_i表示第i个星座点，i取值范围为i＝1,2,…,N；(S22)从发送端节点的等效信道相位中选出N组等效信道相位角度，作为星座点的旋转角度，每个星座点对应三个旋转角度，第i组旋转角度记为取值范围为i＝1,2,…,N；对于S中每一个星座点进行如下旋转处理，得到加密数据信息S″′＝(S″′₁,S″′₂，…,S″′_N)^T：(S23)点S_i绕过点S_i且平行于xoy面的平面截球体形成的曲线圆，逆时针旋转角度得到点S′_i；(S24)点S′_i绕过点S′_i且平行于xoz面的平面截球体形成的曲线圆，逆时针旋转角度得到点S″_i；(S25)点S″_i绕过点S″_i且平行于yoz面的平面截球体形成的曲线圆，逆时针旋转角度得到点S″′_i；(S3)将所述步骤(S2)中加密后的数据信息进行I/Q变换为经串/并处理后用于向接收端发送；I/Q变换表示是将数据变换成实数域和复数域；(S4)接收端解密：接收端节点收到待解密的数据信息进行I/Q变换为数据信息利用步骤(S1)中接收端节点的等效信道相位作为密钥，对数据信息进行旋转解密，获得解密后的数据信息具体为，(S41)根据步骤(S2)中选择的等效信道相位角度在接收端节点的等效信道相位角度中选择对应的三个旋转角度记为记为接收的数据信息中的第i个星座点，i＝1,2,…,N，对于中每一个星座点进行如下旋转处理：(S42)点绕过点且平行于yoz面的平面截球体形成的曲线圆，顺时针旋转角度得到点(S43)点绕过点且平行于xoz面的平面截球体形成的曲线圆，顺时针旋转角度得到点(S44)点绕过点且平行于xoy面的平面截球体形成的曲线圆，顺时针旋转角度得到点(S5)根据最小距离判决法进行解映射：分别计算点到步骤(S2)所述集合S中所有星座点的距离，选出与点距离最小的S中的星座点；根据发送端的S中星座点与每两比特二进制的三维映射关系进行解调，恢复出发送端发送的二进制数据信号。