[发明专利]一种基于空口信号特征复杂化的安全传输方法

说明书

本发明公开了一种基于空口信号特征复杂化的安全传输方法，包括发送端空口信号特征扰乱和接收端空口信号特征解扰，所述发送端空口信号特征扰乱首先利用随机序列对调制后的信号进行相位扰乱，再采用随机序列对相位扰乱后的信号进行幅度动态调整得到幅度扰乱信号；所述接收端空口信号特征解扰首先利用与发送端相同的随机序列对完成信道均衡后的信号进行幅度恢复得到幅度解扰信号，最后对幅度解扰信号进行相位解扰得到相位扰乱前的信号特征。本发明方法可在不扩展信号带宽和不引起通信系统性能损耗的情况下，对无线传输系统的信号特征进行高效隐藏，从物理层层面提升移动通信系统安全性。

技术领域

本发明涉及一种基于空口信号特征复杂化的安全传输方法。

背景技术

现有的无线通信系统中无线信号在开放的环境中传播，未对无线电信号进行加密防护，容易造成敏感明文信息泄露。2G/3G/4G无线通信系统安全依赖于长期根密钥K，并不能保证前向安全，根密钥一旦泄露，之前发送的所有加密信息可被轻易获取，而且随着量子计算机等超强计算能力的涌现，传统密钥存储和分发的安全性将面临较大的隐患。在无线通信安全越来越受到重视的今天，网络协议栈中的每一层都加入安全机制已经成为一种必要。物理层安全通过物理层来解决通信过程中的信息安全问题，在物理层对信息进行处理，可以从根本上确保信息的安全性。空口信号特征复杂化处理是在物理层通过采用低检测、低截获、抗干扰等技术措施减少信号在空间、时间或某一固定频谱上的特征来降低信号被检测和被截获的概率，达到“信号难截获、截获难解调、解调后难破译”安全的数据传输。

一种基于空口信号特征复杂化的安全传输系统采用的就是一种物理层手段，可在物理层信号处理过程中同时对无线信号特征进行扰乱，实现无线信号特征参数隐藏，提高无线空口信号抗窃听抗截获能力。现有的信号特征复杂化处理方法主要基于OFDM信号体制，常用的调制方式隐藏包含有频域置乱和时域置乱两大类：

频域主要有相位旋转、多种调制方式混合和基于人工噪声等方法。其中相位旋转能够将标准星座点隐藏为星座圆环，调制方式隐藏能力有限；多种调制方式混合的方式为通信系统提供了在几种不同调制星座图样间跳转的方法，但是由于样本量有限，窃听方经长时统计仍然可以获取调制方式，且不同星座图样之间解调性能有差异，影响系统性能；基于人工噪声的星座隐藏方法，降低了发送信号的有效承载功率，同时受噪声移除情况的影响实际通信效果不佳。

时域方法主要有时域信号乘上幅度因子和相位因子、时域信号样点顺序打乱等方法。这两类方法能够使星座图云团化，实现星座扰乱隐藏，但是均会使时域信号前后样点之间相位和幅度突变，从而引起信号频谱扩展，使信号带宽超出设备发信机带宽要求。为满足通信设备带宽要求，对扰乱后信号进行滤波会引起通信性能急剧恶化。

传统的串行体制中信号特征复杂化处理方法与OFDM频域置乱方法基本相同，但是会面临相同问题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种基于空口信号特征复杂化的安全传输方法，可解决现有无线传输系统中物理层信号处理流程单一固化、不安全等问题，并改善现有空口信号特征复杂化处理方法存在的调制方式隐藏性能不高、影响通信性能指标和不能实用化等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于空口信号特征复杂化的安全传输方法，包括发送端空口信号特征扰乱和接收端空口信号特征解扰，所述发送端空口信号特征扰乱首先利用随机序列对调制后的信号进行相位扰乱，再采用随机序列对相位扰乱后的信号进行幅度动态调整得到幅度扰乱信号；所述接收端空口信号特征解扰首先利用与发送端相同的随机序列对完成信道均衡后的信号进行幅度恢复得到幅度解扰信号，最后对幅度解扰信号进行相位解扰得到相位扰乱前的信号特征。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明方法可在不扩展信号带宽和不引起通信系统性能损耗的情况下，对无线传输系统的信号特征进行高效隐藏，从物理层层面提升移动通信系统安全性。本发明可解决物理层无线信号未被保护的问题，未来可用于5G等移动通信系统，为高安全级别用户提供物理层的安全保护。