[发明专利]物理层STTC变形码与上层密钥流协作实现MIMO跨层安全通信的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信系统安全技术领域，特别是涉及一种物理层STTC变形码与上层密钥流协作实现MIMO跨层安全通信的系统及方法。

背景技术

无线信道的开放性、广播性，终端的移动性、网络拓扑结构多样性及无线传输不稳定性等因素使得无线通信网络在赋予无线用户通信自由的同时也面临更多的安全威胁。在MIMO系统中，由于无线弥散，多径及信道之间彼此相互干扰，导致接收机在对发送信息译码时误码率急剧上升。

目前通信系统的安全机制依赖于以RSA、AES等为代表的计算受限的链路层安全算法。随着高速计算机、并行计算等技术的飞速发展，如果密钥一旦泄露或被破解，整个安全体系将彻底崩溃。目前，基于物理层下的安全传输研究，对通信系统环境依赖很大，具有统计特性不能保证概率为1的安全性能，因此不满足实际系统的安全需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于STTC(Space-Time Trellis Codes，空时网格码)变形码的MIMO跨层安全通信的系统及方法，在STTC系统下通过设计物理层STTC空时变形码并与上层密码技术结合，充分利用信道的有噪特性，实现增强的无线通讯加密方式，防止信息泄露。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：物理层STTC变形码与上层密钥流协作实现MIMO跨层安全通信的系统，它包括发射端、接收端和控制序列产生端，所述的发射端包括信源、空时码编码器、发射通路和发射天线，信源与空时码编码器的信源序列输入端连接，控制序列产生端与空时码编码器的控制序列输入端连接，空时码编码器的输出端根据控制序列发射空时网格码STTC或STTC变形码至发射通路，发射通路的输出端连接发射天线；

所述的接收端包括接收天线、接收通路和空时码译码器，接收天线与接收通路的输入端连接，控制序列产生端与空时码译码器的控制序列输入端连接，接收通路的输出端与空时码译码器连接，空时码译码器根据控制序列按照STTC译码方法将输出信号接收并直接加入到空时码译码器，或根据控制序列先将接收到的信号恢复出真实发射信号，再将恢复出的真实发射信号加入到空时码译码器。

所述的控制序列为合法通信双方预先共享的上层密钥流。

所述的发射通路包括星座图映射模块、脉冲成形模块和上变频器，星座图映射模块的输出端依次通过脉冲成形模块和上变频器与发射天线连接。

所述的接收通路包括下变频器、模数转换模块和星座图解映射模块，接收天线依次通过下变频器和模数转换模块与星座图解映射模块的输入端连接。

物理层STTC变形码与上层密钥流协作实现MIMO跨层安全通信的方法，它包括以下步骤：

S1：二进制信源序列输入空时码编码器；

S2：空时码编码器根据控制序列的控制发射空时网格码STTC或STTC变形码至发射通路，并通过发射天线发射出去；

S3：接收天线接收信号，空时码译码器检测控制序列值，判断发射端对应时刻发射的信号是按照STTC编码矩阵发射的空时网格码STTC还是按照变形码编码矩阵发射的STTC变形码：

若发射端对应时刻发射的信号是按照STTC编码矩阵发射的空时网格码STTC，则按照STTC译码方法将该时刻输出信号接收并直接加入到空时码译码器中；

若发射端对应时刻发射的信号是按照变形码编码矩阵发射的STTC变形码，则在进行译码运算之前，用户首先将接收到的信号恢复出真实发射信号，再将恢复出的真实发射信号加入到空时码译码器中。

所述的控制序列为合法通信双方预先共享的上层密钥流，将密钥流作为控制序列控制发射端何时发射空时网格码STTC，何时发射STTC变形码。

对于两根发射天线QPSK调制4态系统，发射天线根数N_t＝2，它包括以下步骤：

SS1：每根发射天线发射的信号在星座图上分别找到欧拉距离最远的信号：