CN109861733B - 一种物理层安全通信方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种物理层安全通信方法、装置及电子设备，其中，应用于信息发送端的方法包括：将目标信息分成多个信息段；针对每个信息段，将该信息段划分为时延信息及信号信息；针对每个信息段，将该信息段的时延信息映射为该信息段的调制时延；针对每个信息段，确定该信息段的调制符号；确定发送各调制符号的多根预设发送天线；针对每根预设发送天线，通过针对该预设发送天线的第一预设公式，得到对应于该预设发送天线的各目标调制符号；针对每根预设发送天线，通过该预设发送天线，发送各目标调制符号。本发明实现了对无线信道通信中的信息加密，保障了无线通信过程的安全性。

Description

一种物理层安全通信方法、装置及电子设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种物理层安全通信方法、装置及电子设备。

背景技术

由于无线信道的广播特性，无线通信技术面临更高的安全风险。为了提高信息发送过程的安全性，现有技术中通常在较高网络层，将信息发送端的发送信息通过加密算法加密，发送给信息接收端，实现防止窃听者的信息窃听。

然而，发明人发现，采用秘钥加密算法实现无线信道通信安全性的过程中，由于秘钥加密算法依赖于算法的复杂度，并且需要提升系统复杂度，导致实现无线信道通信过程的安全性较为困难。因此，如何实现无线信道的安全性仍然是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种物理层安全通信方法、装置及电子设备，基于信道信息及时间调制技术对信息进行加密，不依赖于秘钥加密算法并且不需要提高系统复杂度，便可实现对无线信道通信中的信息加密，保障了分布式天线场景下的无线通信过程的安全性。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例公开了一种物理层安全通信方法，应用于信息发送端，所述方法包括：

获取待发送的目标信息；

将所述目标信息分成多个信息段；

针对每个信息段，将该信息段划分为时延信息及信号信息；

针对每个信息段，将该信息段的时延信息映射为该信息段的调制时延；

针对每个信息段，通过该信息段的调制时延及该信息段的信号信息，确定该信息段的调制符号；

确定发送各所述调制符号的多根预设发送天线；

针对每根预设发送天线，通过针对该预设发送天线的第一预设公式，分别对各所述调制符号进行调整，得到对应于该预设发送天线的各目标调制符号；其中，所述第一预设公式是根据该预设发送天线发送信息到信息接收端所需时间、与所述调制符号对应的调制时延，及所述多根预设发送天线中距离所述信息接收端最远的预设发送天线发送信息到所述信息接收端所需时间确定的；

针对每根预设发送天线，通过该预设发送天线，依次发送对应于该预设发送天线的各所述目标调制符号，以使目标信息接收端根据接收到的各所述目标调制符号得到所述目标信息。

可选地，所述通过该信息段的调制时延及该信息段的信号信息，确定该信息段的调制符号，包括：

通过预设调制方式调制将该信息段的信号信息，得到调制符号；

对所述第一信号延时调制时延，得到该信息段的调制符号。

可选地，所述第一预设公式为：

s_i(t)＝s[t-τ-(t_max-t_i,ab)]

其中，s_i(t)表示第i根预设发送天线得到的任一目标调制符号；s表示第一信号；τ表示所述第一信号s对应的信息段的调制时延；t_i,ab表示所述第i根预设发送天线发送信息到所述信息接收端的所需时间；t_max表示所述多根预设发送天线中距离所述信息接收端最远的预设发送天线发送信息到所述信息接收端所需时间；(τ+(t_max-t_i,ab))表示所述调制符号s对应的信息段的发送时延。

第二方面，本发明实施例公开了一种物理层安全通信方法，应用于信息接收端，所述方法包括：

接收各目标调制符号；

针对各所述目标调制符号，通过第二预设公式，确定该目标调制符号的调制时延，并将所述调制时延反映射为时延信息；

针对各所述目标调制符号，通过第三预设公式及预设调制方式，确定该目标调制符号的信号信息；

针对各所述目标调制符号，组合该目标调制符号的时延信息及信号信息，得到该目标调制符号对应的信息段；

组合各所述信息段，得到信息发送端发送的目标信息。

可选地，所述接收的任一目标调制符号为：

其中，y_b(t)表示接收的任一目标调制符号；i表示表示任一预设发送天线；N_t表示发送天线个数；h_i表示预设发送天线i与所述信息接收端的信道信息；s表示第一信号；τ表示所述第一信号s对应的信息段的调制时延；t_i,ab表示预设发送天线i发送所述目标调制符号到所述信息接收端的所需时间；t_max表示多根预设发送天线中距离所述信息接收端最远的预设发送天线发送所述目标调制符号到所述信息接收端所需时间；n表示所述信息接收端的热噪声。

可选地，所述第二预设公式为：

其中，y_b(t)表示接收的任一目标调制符号；

表示求解的调制时延；τ表示所述目标调制符号的真实调制时延；t₀表示所述目标调制符号对应的信号信息通过所述预设调制方式调制后得到的第一信号在时域的长度。

可选地，所述第三预设公式为：

其中，

表示任一目标调制符号的信号信息；

表示求解的调制时延；τ表示所述目标调制符号的真实调制时延；i表示表示任一预设发送天线；N_t表示发送天线个数；h_i表示预设发送天线i与所述信息接收端的信道信息；s表示第一信号；n表示所述信息接收端的热噪声。

第三方面，本发明实施例公开了一种物理层安全通信装置，应用于信息发送端，所述装置包括：

目标信息获取模块，用于获取待发送的目标信息；

目标信息划分模块，用于将所述目标信息分成多个信息段；

信息段划分模块，用于针对每个信息段，将该信息段划分为时延信息及信号信息；

调制时延确定模块，用于针对每个信息段，将该信息段的时延信息映射为该信息段的调制时延；

调制符号确定模块，用于针对每个信息段，通过该信息段的调制时延及该信息段的信号信息，确定该信息段的调制符号；

预设发送天线确定模块，用于确定发送各所述调制符号的多根预设发送天线；

目标调制符号确定模块，用于针对每根预设发送天线，通过针对该预设发送天线的第一预设公式，分别对各所述调制符号进行调整，得到对应于该预设发送天线的各目标调制符号；其中，所述第一预设公式是根据该预设发送天线发送信息到信息接收端所需时间、与所述调制符号对应的调制时延，及所述多根预设发送天线中距离所述信息接收端最远的预设发送天线发送信息到所述信息接收端所需时间确定的；

目标调制符号发送模块，用于针对每根预设发送天线，通过该预设发送天线，依次发送对应于该预设发送天线的各所述目标调制符号，以使目标信息接收端根据接收到的各所述目标调制符号得到所述目标信息。

可选地，所述调制符号确定模块，包括：

第一信号确定子模块，用于通过预设调制方式调制将该信息段的信号信息，得到第一信号；

调制符号确定子模块，用于对所述第一信号延时调制时延，得到该信息段的调制符号。

可选地，所述第一预设公式为：

s_i(t)＝s[t-τ-(t_max-t_i,ab)]

其中，s_i(t)表示第i根预设发送天线得到的任一目标调制符号；s表示第一信号；τ表示所述第一信号s对应的信息段的调制时延；t_i,ab表示所述第i根预设发送天线发送信息到所述信息接收端的所需时间；t_max表示所述多根预设发送天线中距离所述信息接收端最远的预设发送天线发送信息到所述信息接收端所需时间；(τ+(t_max-t_i,ab))表示所述第一信号s对应的信息段的发送时延。

第四方面，本发明实施例公开了一种物理层安全通信装置，应用于信息接收端，所述装置包括：

目标调制符号接收模块，用于接收各目标调制符号；

时延信息确定模块，用于针对各所述目标调制符号，通过第二预设公式，确定该目标调制符号的调制时延，并将所述调制时延反映射为时延信息；

信号信息确定模块，用于针对各所述目标调制符号，通过第三预设公式及预设调制方式，确定该目标调制符号的信号信息；

信息段确定模块，用于针对各所述目标调制符号，组合该目标调制符号的时延信息及信号信息，得到该目标调制符号对应的信息段；

目标信息确定模块，用于组合各所述信息段，得到信息发送端发送的目标信息。

可选地，所述接收的任一目标调制符号为：

其中，y_b(t)表示接收的任一目标调制符号；i表示表示任一预设发送天线；N_t表示发送天线个数；h_i表示预设发送天线i与所述信息接收端的信道信息；s表示第一信号；τ表示所述第一信号s对应的信息段的调制时延；t_i,ab表示预设发送天线i发送所述目标调制符号到所述信息接收端的所需时间；t_max表示多根预设发送天线中距离所述信息接收端最远的预设发送天线发送所述目标调制符号到所述信息接收端所需时间；n表示所述信息接收端的热噪声。

可选地，所述第二预设公式为：

其中，y_b(t)表示接收的任一目标调制符号；

表示求解的调制时延；τ表示所述目标调制符号的真实调制时延；t₀表示所述目标调制符号对应的信号信息通过所述预设调制方式调制后得到的第一信号在时域的长度。

可选地，所述第三预设公式为：

其中，

表示任一目标调制符号的信号信息；

表示求解的调制时延；τ表示所述目标调制符号的真实调制时延；i表示表示任一预设发送天线；N_t表示发送天线个数；h_i表示预设发送天线i与所述信息接收端的信道信息；s表示调制符号；n表示所述信息接收端的热噪声。

第五方面，本发明实施例公开了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口、所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；

所述存储器，用于存放计算机程序；

所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序时，实现上述应用于信息发送端的物理层安全通信方法中的任一方法步骤，或实现上述应用于信息接收端的物理层安全通信方法中的任一方法步骤。

第六方面，本发明实施例公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述应用于信息发送端的物理层安全通信方法中的任一方法。

第七方面，本发明实施例公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述应用于信息接收端的物理层安全通信方法中的任一方法。

本发明实施例提供了一种物理层安全通信方法、装置及电子设备，在信息发送端，将待发送的目标信息分成多个信息段，将每个信息段划分为时延信息及信号信息；将时延信息映射为该信息段的调制时延，实现将信息段一部分加密成调制时延。通过该信息段的调制时延及该信息段的信号信息，确定该信息段的调制符号，实现将该信息段加密成时域上的调制信息。针对每根预设发送天线，将预设发送天线至信息接收端的信道信息与调制时延结合，产生针对每个预设发送天线的第一预设公式。通过该第一预设公式对调制符号进行时域上的加密，得到针对每根预设发送天线目标调制符号。可见，本发明实施例实现了不依赖于秘钥加密算法并且不需要提高系统复杂度，便能够对无线信道通信中的信息加密。

另外，信息接收端接收到目标调制符号后，由于预设发送天线至信息接收端的信道本身信息及预设调制方式是已知的，可通过第二预设公式及第三预设公式直接解调出信息发送端发送的目标信息。而对于窃听端，即便接收到信息发送端发送的目标调制符号，由于目标调制符号是利用预设发送天线至信息接收端的信道本身信息及预设调制方式加密得到的，这些信息窃听端无法获得，进而窃听端并不能正确的解调出信息发送端发送的目标信息。可见，本发明实施例保障了分布式天线场景下的无线通信过程的安全性。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例的一种物理层安全通信方法流程图；

图2为本发明实施例的一种物理层安全通信方法中调制符号确定方法示意图；

图3为本发明实施例的一种物理层安全通信方法的逻辑框架图；

图4为本发明实施例的一种物理层安全通信方法流程图；

图5为本发明实施例的一种物理层安全通信方法中目标调制符号发送与接收示意图；

图6为本发明实施例的一种物理层安全通信装置结构示意图；

图7为本发明实施例的一种物理层安全通信装置结构示意图；

图8为本发明实施例公开的一种电子设备结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。

第一方面，本发明实施例公开了一种物理层安全通信方法，应用于信息发送端，如图1所示。图1为本发明实施例的一种物理层安全通信方法流程图，方法包括：

S101，获取待发送的目标信息。

本实施例的目标信息为信息发送端发送给信息接收端的信息，该目标信息可为文字信息、图片信息、视频信息或音频信息。该目标信息还可为上述信息中的任意组合信息。

S102，将目标信息分成多个信息段。

本步骤中可将目标信息划分为同等长度的多个信息段，或同等大小的多个信息端。或者将目标信息随机划分为不同长度的多个信息段，或随机划分为不同大小的多个信息段，本发明实施例中具体不作限定。

S103，针对每个信息段，将该信息段划分为时延信息及信号信息。

本实施例中，时延信息为用于将该信息段中一部分调制为调制时延的信息；信号信息为用于将该信息段中一部分通过预设调制方式调制的信息。

本步骤，可将该信息段划分为同等长度的时延信息和信号信息，或同等大小的时延信息及信号信息。或者将信息段划分随机划分为不同长度的时延信息和信号信息，或随机划分为不同大小的时延信息和信号信息，本发明实施例中具体不作限定。

具体地，假设该信息段对应的二进制信息符号为x(k)＝{1,0,1,1}，可将该信息段划分为时延信息p(k)＝{1,0}和信号信息q(k)＝{1,1}。

S104，针对每个信息段，将该信息段的时延信息映射为该信息段的调制时延。

本步骤中，可通过映射规则，将信息段的时延信息对应的二进制信息映射为十进制数值，将该数值确定为该信息段的调制时延。例如，采用格雷码映射，将时延信息对应的二进制信息映射为十进制数值，具体映射规则可灵活选择，或者用户可自定义二进制对应的十进制数值。

具体地，可通过格雷码映射，将该信息段的时延信息p(k)＝{1,0}中的10映射为十进制数3，则该信息段的调制时延为3。

S105，针对每个信息段，通过该信息段的调制时延及该信息段的信号信息，确定该信息段的调制符号。

本步骤中，需要将信息段的调制时延及该信息段的信号信息结合，得到该信息段的调制符号。

可选地，上述S105中通过该信息段的调制时延及该信息段的信号信息，确定该信息段的调制符号，包括：

步骤一，通过预设调制方式调制将该信息段的信号信息，得到第一信号。

本实施例的预设调制方式可为传统信息调制方式PSK(Phase Shift Keying，相移键控信号)、QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制)、ASK(AmplitudeShift Keying，移幅键控)中的任一种。

步骤二，对第一信号延时调制时延，得到该信息段的调制符号。

具体确定调制符号的方式可参见图2，图2为本发明实施例的一种物理层安全通信方法中调制符号确定方法示意图。

从图2中可知，预设调制方式为QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，四相相移键控信号)，将信息段对应的二进制信息符号为x(k)＝{1,0,1,1}，分为时延信息p(k)＝{1,0}和信号信息q(k)＝{1,1}。将时延信息p(k)＝{1,0}中的10确定为调制时延τ，具体为3；将信号信息q(k)＝{1,1}，通过QPSK调制为第一信号，进而得到该信息段的调制符号s(t-τ)。

本实施例的一个调制符号对应的信息比特数由所选的预设调制方式，和用于确定调制时延的时延信息的比特数共同决定。假设时延信息的信息比特数为l₁，信号信息的信息比特数为l₂，则一个调制符号对应的信息比特数为l＝l₁+l₂。当选取BPSK(Binary PhaseShift Keying，二相相移键控信号)时l₂＝1；选取16QAM时l₂＝4；选取8-ASK时l₃＝3。

S106，确定发送各调制符号的多根预设发送天线。

本步骤中，可确定发送各调制符号的分布式天线系统中的多根预设发送天线，假设分布式天线系统共包含N_t根预设发送天线。

S107，针对每根预设发送天线，通过针对该预设发送天线的第一预设公式，分别对各调制符号进行调整，得到对应于该预设发送天线的各目标调制符号；其中，第一预设公式是根据该预设发送天线发送信息到信息接收端所需时间、与调制符号对应的调制时延，及多根预设发送天线中距离信息接收端最远的预设发送天线发送信息到信息接收端所需时间确定的。

本实施例中，分布式天线系统中包含多根发送天线，这些天线分布在一个较为广阔的区域内，因此，各天线与信息接收端的距离会有较大的差异，进一步，距离上的差异带来了信号传输时间上的不同，我们将此传输时间称为信道时延。通常情况下窃听用户不能获取合法用户信道时延的具体值，故通过对信道时延加以利用，可实现加密的目的。本步骤中，为了实现各预设发送天线发送的信息能够同步到达信息接收端以及加密的目的，需对上述调制符号s(t-τ)做进一步的时域变换。

具体为，针对每根预设发送天线，通过针对该预设发送天线的第一预设公式，分别对各调制符号进行调整，得到对应于该预设发送天线的各目标调制符号。

可选地，第一预设公式为：

s_i(t)＝s[t-τ-(t_max-t_i,ab)]

其中，s_i(t)表示第i根预设发送天线得到的任一目标调制符号；s表示第一信号；τ表示第一信号s对应的信息段的调制时延；t_i,ab表示第i根预设发送天线发送信息到信息接收端的所需时间；t_max表示多根预设发送天线中距离信息接收端最远的预设发送天线发送信息到信息接收端所需时间；(τ+(t_max-t_i,ab))表示调制符号s对应的信息段的发送时延。

S108，针对每根预设发送天线，通过该预设发送天线，依次发送对应于该预设发送天线的各目标调制符号，以使目标信息接收端根据接收到的各目标调制符号得到目标信息。

本发明实施例提供的一种物理层安全通信方法，在信息发送端，将待发送的目标信息分成多个信息段，将每个信息段划分为时延信息及信号信息；将时延信息映射为该信息段的调制时延，实现将信息段一部分加密成调制时延。通过该信息段的调制时延及该信息段的信号信息，确定该信息段的调制符号，实现将该信息段加密成时域上的调制信息。针对每根预设发送天线，将预设发送天线至信息接收端的信道信息与调制时延结合，产生针对每个预设发送天线的第一预设公式。通过该第一预设公式对调制符号进行时域上的加密，得到针对每根预设发送天线目标调制符号。可见，本发明实施例实现了不依赖于秘钥加密算法并且不需要提高系统复杂度，便能够对无线信道通信中的信息加密。

为了更好的说明信息发送端对待发送的目标信息进行加密的过程，可有图3所示的本发明实施例的一种物理层安全通信方法的逻辑框架图。

本发明实施例的一种物理层安全通信方法，提出了用于分布式天线系统的时域物理层安全调制技术及时间调制技术。时间调制技术将目标信息的信息段对应的0/1比特流分为两部分，一部分为用于确定该信息段的调制时延的时延信息，另一部分为用于通过预设调制方式进行调制的信号信息。将时延信息映射为调制时延τ，将信号信息使用预设调制方式进行调制，生成第一信息s，可选地，预设调制方式可为M-PSK、M-ASK、M-QAM(其中M为调制方式的进制数，对应不同的调制方式中M可为2、4、16等值)中任一种。将第一信息s与调制时延τ结合，生成信息段的调制符号。

另外，为了进一步的加密以及各预设发送天线发送的信息能够同时到达信息接收端，将调制时延与预设发送天线的信道时延(该预设发送天线发送信息到信息接收端所需时间和多根预设发送天线中距离信息接收端最远的预设发送天线发送信息到信息接收端所需时间)结合，得出预设发送天线发送调制符号的时延(τ+(t_max-t_i,ab))。将该调制符号加密为目标调制符号s_i(t)。最后，通过各预设发送天线将目标调制符号s_i(t)发送。

第二方面，本发明实施例公开了一种物理层安全通信方法，应用于信息接收端，如图4所示。图4为本发明实施例的一种物理层安全通信方法流程图，方法包括：

S401，接收各目标调制符号。

本步骤中，合法的信息接收端接收各目标调制符号。

可选地，接收的任一目标调制符号为：

其中，y_b(t)表示接收的任一目标调制符号；i表示表示任一预设发送天线；N_t表示发送天线个数；h_i表示预设发送天线i与信息接收端的信道信息；s表示调制符号；τ表示第一信号s对应的信息段的调制时延；t_i,ab表示预设发送天线i发送目标时间调制时延信息到信息接收端的所需时间；t_max表示多根预设发送天线中距离信息接收端最远的预设发送天线发送目标调制符号到信息接收端所需时间；n表示信息接收端的热噪声。

S402，针对各目标调制符号，通过第二预设公式，确定该目标调制符号的调制时延，并将调制时延反映射为时延信息。

本步骤中，信息接收端进行信号解调时，可先通过第二预设公式对目标调制符号进行积分，确定该目标调制符号的调制时延。

具体可使用最大似然检测原理，获取该目标调制符号的调制时延。

可选地，第二预设公式为：

其中，y_b(t)表示接收的任一目标调制符号；

表示求解的调制时延；τ表示目标调制符号的真实调制时延；t₀表示目标调制符号对应的信号信息通过预设调制方式调制后得到的第一信号在时域的长度。

另外，本步骤中可采用信息发射端相同的映射规则，对十进制的调制时延反映射为二进制的时延信息。

S403，针对各目标调制符号，通过第三预设公式及预设调制方式，确定该目标调制符号的信号信息。

本步骤中，对去除时延信息后的目标调制符号，通过第三预设公式及与信息发射端相同的预设调制方式对目标调制符号解调，得到信号信息。

可选地，第三预设公式为：

其中，

表示任一目标调制符号的信号信息；

表示求解的调制时延；τ表示目标调制符号的真实调制时延；i表示表示任一预设发送天线；N_t表示发送天线个数；h_i表示预设发送天线i与信息接收端的信道信息；s表示第一信号；n表示信息接收端的热噪声。

S404，针对各目标调制符号，组合该目标调制符号的时延信息及信号信息，得到该目标时间调制时延信息对应的信息段。

针对各目标调制符号，将该目标调制符号的时延信息放在信号信息之前，得到该目标时间调制时延信息对应的信息段。

S405，组合各信息段，得到信息发送端发送的目标信息。

按照信息接收端接收的时间顺序，依次排列组合各信息段，得到信息发送端发送的目标信息。

假设窃听端能够接收信息发送端发送给信息接收端的目标调制符号，可参见图5所示的本发明实施例的一种物理层安全通信方法中目标调制符号发送与接收示意图。

在图5中，假设合法的信息接收端为Bob，窃听端为Eve，目标调制符号s_i(t)传播至信息接收端Bob所需时间为t_i,ab，目标调制符号s_i(t)传播至信息窃听端Eve所需时间为t_i,ae。

则信息接收端Bob收到的由第i根预设发送天线发射的目标调制符号可表示为：

s_i,ab(t)＝h_is[t-τ-(t_max-t_i,ab)-t_i,ab]

＝h_is(t-τ-t_max)

则信息窃听端Eve收到的由第i根预设发送天线发射的目标调制符号可表示为：

s_i,ae(t)＝g_is[t-τ-(t_max-t_i,ab)-t_i,ae]

＝g_is(t-τ-t_max+t_i,ab-t_i,ae)

进一步，信息接收端Bob收到所有预设发送天线发送的目标调制符号之和可表示为：

其中，n表示信息接收端Bob的热噪声。

信息窃听端Eve收到所有预设发送天线发送的目标调制符号之和可表示为：

其中，v表示信息窃听端Eve的热噪声。

由上述公式可知，各预设发送天线发出的目标调制符号可在合法用户信息接收端Bob处同时叠加，由于t_max为定值，故在进行信号分析时可忽略其带来的影响。此时信息接收端Bob接收到的信息可表示为：

而对于信息窃听端Eve来说，首先，由于各预设发送天线对应(t_i,ab-t_max-t_i,ae)值并不相同，所以各预设发送天线的信号不能在窃听者处同时叠加，这将带来严重的码间干扰；其次，由于窃听者无法获得(t_i,ab-t_max)的具体数值，故其无法从(t_i,ab-t_max-τ)中解码得到调制时延τ的具体值。基于这两点原因，使得窃听端无法对目标调制符号进行解调，进而不能还原得到信息发送端发送的目标信息。因此，本发明的物理层安全通信方法可提升通信安全性。

上述推导都是基于各预设发送天线可完全同步，并且对于预设发送天线发送信息到信息接收端的所需时间t_i,ab估计准确的情况下。

当上述两个条件不能同时满足时，合法用户信息接收端Bob收到的目标调制符号可表示为：

当上述两个条件不能同时满足时，信息窃听端Eve收到的目标调制符号可表示为：

其中，Δt_i是由预设发送天线i时钟同步不准确或对t_i,ab的估计值存在误差因起的信号时延偏移。可以看出，对于信息窃听端Eve来说，即使存在信号时延偏移，由于它依然无法获取(t_i,ab-t_max)的值，故仍然无法解调目标调制符号。对于Bob来说，信号时延偏移的产生势必会影响信号的解调误码率，为了降低Δt_i带来的影响，可考虑两种方式：1)增大τ的取值范围，使Δt_i与τ的取值不在同一数量级；2)使用信道均衡技术，在信息接收端对目标时延做进一步均衡处理，尽量消除时延误差带来的影响。

本发明实施例提供的一种物理层安全通信方法，信息接收端接收到目标调制符号后，由于预设发送天线至信息接收端的信道本身信息及预设调制方式是已知的，可通过第二预设公式及第三预设公式直接解调出信息发送端发送的目标信息。而对于窃听端，即便接收到信息发送端发送的目标调制符号，由于目标调制符号是利用预设发送天线至信息接收端的信道本身信息及预设调制方式加密得到的，这些信息窃听端无法获得，进而窃听端并不能正确的解调出信息发送端发送的目标信息。可见，本发明实施例保障了分布式天线场景下的无线通信过程的安全性。

第三方面，本发明实施例公开了一种物理层安全通信装置，应用于信息发送端，如图6所示。图6为本发明实施例的一种物理层安全通信装置结构示意图，装置包括：

目标信息获取模块601，用于获取待发送的目标信息；

目标信息划分模块602，用于将目标信息分成多个信息段；

信息段划分模块603，用于针对每个信息段，将该信息段划分为时延信息及信号信息；

调制时延确定模块604，用于针对每个信息段，将该信息段的时延信息映射为该信息段的调制时延；

调制符号确定模块605，用于针对每个信息段，通过该信息段的调制时延及该信息段的信号信息，确定该信息段的调制符号；

预设发送天线确定模块606，用于确定发送各调制符号的多根预设发送天线；

目标调制符号确定模块607，用于针对每根预设发送天线，通过针对该预设发送天线的第一预设公式，分别对各调制符号进行调整，得到对应于该预设发送天线的各目标调制符号；其中，第一预设公式是根据该预设发送天线发送信息到信息接收端所需时间、与调制符号对应的调制时延，及多根预设发送天线中距离信息接收端最远的预设发送天线发送信息到信息接收端所需时间确定的；

目标调制符号发送模块608，用于针对每根预设发送天线，通过该预设发送天线，依次发送对应于该预设发送天线的各目标调制符号，以使目标信息接收端根据接收到的各目标调制符号得到目标信息。

本发明实施例提供了一种物理层安全通信装置，在信息发送端，将待发送的目标信息分成多个信息段，将每个信息段划分为时延信息及信号信息；将时延信息映射为该信息段的调制时延，实现将信息段一部分加密成调制时延。通过该信息段的调制时延及该信息段的信号信息，确定该信息段的调制符号，实现将该信息段加密成时域上的调制信息。针对每根预设发送天线，将预设发送天线至信息接收端的信道信息与调制时延结合，产生针对每个预设发送天线的第一预设公式。通过该第一预设公式对调制符号进行时域上的加密，得到针对每根预设发送天线目标调制符号。可见，本发明实施例实现了不依赖于秘钥加密算法并且不需要提高系统复杂度，便能够对无线信道通信中的信息加密。

可选地，在本发明的物理层安全通信装置的一种实施例中，调制符号确定模块605，包括：

第一信号确定子模块，用于通过预设调制方式调制将该信息段的信号信息，得到第一信号；

调制符号确定子模块，用于对第一信号延时调制时延，得到该信息段的调制符号。

可选地，在本发明的物理层安全通信装置的一种实施例中，第一预设公式为：

s_i(t)＝s[t-τ-(t_max-t_i,ab)]

其中，s_i(t)表示第i根预设发送天线得到的任一目标调制符号；s表示第一信号；τ表示第一信号s对应的信息段的调制时延；t_i,ab表示第i根预设发送天线发送信息到信息接收端的所需时间；t_max表示多根预设发送天线中距离信息接收端最远的预设发送天线发送信息到信息接收端所需时间；(τ+(t_max-t_i,ab))表示第一信号s对应的信息段的发送时延。

第四方面，本发明实施例公开了一种物理层安全通信装置，应用于信息接收端，如图7所示。图7为本发明实施例的一种物理层安全通信装置结构示意图，装置包括：

目标调制符号接收模块701，用于接收各目标调制符号；

时延信息确定模块702，用于针对各目标调制符号，通过第二预设公式，确定该目标调制符号的调制时延，并将调制时延反映射为时延信息；

信号信息确定模块703，用于针对各调制符号，通过第三预设公式及预设调制方式，确定该调制符号的信号信息；

信息段确定模块704，用于针对各目标调制符号，组合该目标调制符号的时延信息及信号信息，得到该目标调制符号对应的信息段；

目标信息确定模块705，用于组合各信息段，得到信息发送端发送的目标信息。

本发明实施例提供的一种物理层安全通信装置，信息接收端接收到目标调制符号后，由于预设发送天线至信息接收端的信道本身信息及预设调制方式是已知的，可通过第二预设公式及第三预设公式直接解调出信息发送端发送的目标信息。而对于窃听端，即便接收到信息发送端发送的目标调制符号，由于目标调制符号是利用预设发送天线至信息接收端的信道本身信息及预设调制方式加密得到的，这些信息窃听端无法获得，进而窃听端并不能正确的解调出信息发送端发送的目标信息。可见，本发明实施例保障了分布式天线场景下的无线通信过程的安全性。

可选地，在本发明的物理层安全通信装置的一种实施例中，接收的任一目标调制符号为：

其中，y_b(t)表示接收的任一目标调制符号；i表示表示任一预设发送天线；N_t表示发送天线个数；h_i表示预设发送天线i与信息接收端的信道信息；s表示第一信号；τ表示第一信号s对应的信息段的调制时延；t_i,ab表示预设发送天线i发送目标调制符号到信息接收端的所需时间；t_max表示多根预设发送天线中距离信息接收端最远的预设发送天线发送目标调制符号到信息接收端所需时间；n表示信息接收端的热噪声。

可选地，在本发明的物理层安全通信装置的一种实施例中，第二预设公式为：

其中，y_b(t)表示接收的任一目标调制符号；

表示求解的调制时延；τ表示目标调制符号的真实调制时延；t₀表示目标调制符号对应的信号信息通过预设调制方式调制后得到的第一信号在时域的长度。

可选地，在本发明的物理层安全通信装置的一种实施例中，第三预设公式为：

其中，

表示任一目标调制符号的信号信息；

表示求解的调制时延；τ表示目标调制符号的真实调制时延；i表示表示任一预设发送天线；N_t表示发送天线个数；h_i表示预设发送天线i与信息接收端的信道信息；s表示调制符号；n表示信息接收端的热噪声。

第五方面，本发明实施例公开了一种电子设备，如图8所示。图8为本发明实施例公开的一种电子设备结构示意图，包括处理器801、通信接口802、存储器803和通信总线804，其中，处理器801、通信接口802、存储器803通过通信总线804完成相互间的通信；

存储器803，用于存放计算机程序；

处理器801，用于执行存储器803上所存放的程序时，实现以下方法步骤：

获取待发送的目标信息；

将目标信息分成多个信息段；

针对每个信息段，将该信息段划分为时延信息及信号信息；

针对每个信息段，将该信息段的时延信息映射为该信息段的调制时延；

针对每个信息段，通过该信息段的调制时延及该信息段的信号信息，确定该信息段的调制符号；

确定发送各调制符号的多根预设发送天线；

针对每根预设发送天线，通过针对该预设发送天线的第一预设公式，分别对各调制符号进行调整，得到对应于该预设发送天线的各目标调制符号；其中，第一预设公式是根据该预设发送天线发送信息到信息接收端所需时间、与调制符号对应的调制时延，及多根预设发送天线中距离信息接收端最远的预设发送天线发送信息到信息接收端所需时间确定的；

针对每根预设发送天线，通过该预设发送天线，依次发送对应于该预设发送天线的各目标调制符号，以使目标信息接收端根据接收到的各目标调制符号得到目标信息。

或处理器801，用于执行存储器803上所存放的程序时，实现以下方法步骤：

接收各目标调制符号；

针对各目标调制符号，通过第二预设公式，确定该目标调制符号的调制时延，并将调制时延反映射为时延信息；

针对各目标调制符号，通过第三预设公式及预设调制方式，确定该目标调制符号的信号信息；

针对各目标调制符号，组合该目标调制符号的时延信息及信号信息，得到该目标调制符号对应的信息段；

组合各信息段，得到信息发送端发送的目标信息。

上述电子设备提到的通信总线804可以是外设部件互连标准(PeripheralComponent Interconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended IndustryStandard Architecture，简称EISA)总线等。该通信总线704可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口802用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器803可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器801的存储装置。

上述的处理器801可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

本发明实施例提供的一种电子设备，在信息发送端，将待发送的目标信息分成多个信息段，将每个信息段划分为时延信息及信号信息；将时延信息映射为该信息段的调制时延，实现将信息段一部分加密成调制时延。通过该信息段的调制时延及该信息段的信号信息，确定该信息段的调制符号，实现将该信息段加密成时域上的调制信息。针对每根预设发送天线，将预设发送天线至信息接收端的信道信息与调制时延结合，产生针对每个预设发送天线的第一预设公式。通过该第一预设公式对调制符号进行时域上的加密，得到针对每根预设发送天线目标调制符号。可见，本发明实施例实现了不依赖于秘钥加密算法并且不需要提高系统复杂度，便能够对无线信道通信中的信息加密。

另外，信息接收端接收到目标调制符号后，由于预设发送天线至信息接收端的信道本身信息及预设调制方式是已知的，可通过第二预设公式及第三预设公式直接解调出信息发送端发送的目标信息。而对于窃听端，即便接收到信息发送端发送的目标调制符号，由于目标调制符号是利用预设发送天线至信息接收端的信道本身信息及预设调制方式加密得到的，这些信息窃听端无法获得，进而窃听端并不能正确的解调出信息发送端发送的目标信息。可见，本发明实施例保障了分布式天线场景下的无线通信过程的安全性。

第六方面，本发明实施例公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述应用于信息发送端的物理层安全通信方法中的任一方法。

本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质，在信息发送端，将待发送的目标信息分成多个信息段，将每个信息段划分为时延信息及信号信息；将时延信息映射为该信息段的调制时延，实现将信息段一部分加密成调制时延。通过该信息段的调制时延及该信息段的信号信息，确定该信息段的调制符号，实现将该信息段加密成时域上的调制信息。针对每根预设发送天线，将预设发送天线至信息接收端的信道信息与调制时延结合，产生针对每个预设发送天线的第一预设公式。通过该第一预设公式对调制符号进行时域上的加密，得到针对每根预设发送天线目标调制符号。可见，本发明实施例实现了不依赖于秘钥加密算法并且不需要提高系统复杂度，便能够对无线信道通信中的信息加密。

第七方面，本发明实施例公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述应用于信息接收端的物理层安全通信方法中的任一方法。

本发明实施例提供的一种计算机可读存储介质，信息接收端接收到目标调制符号后，由于预设发送天线至信息接收端的信道本身信息及预设调制方式是已知的，可通过第二预设公式及第三预设公式直接解调出信息发送端发送的目标信息。而对于窃听端，即便接收到信息发送端发送的目标调制符号，由于目标调制符号是利用预设发送天线至信息接收端的信道本身信息及预设调制方式加密得到的，这些信息窃听端无法获得，进而窃听端并不能正确的解调出信息发送端发送的目标信息。可见，本发明实施例保障了分布式天线场景下的无线通信过程的安全性。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种物理层安全通信方法，其特征在于，应用于信息发送端，所述方法包括：

获取待发送的目标信息；

将所述目标信息分成多个信息段；

针对每个信息段，将该信息段划分为时延信息及信号信息；

针对每个信息段，将该信息段的时延信息映射为该信息段的调制时延；

针对每个信息段，通过该信息段的调制时延及该信息段的信号信息，确定该信息段的调制符号；

确定发送各所述调制符号的多根预设发送天线；

针对每根预设发送天线，通过针对该预设发送天线的第一预设公式，分别对各所述调制符号进行调整，得到对应于该预设发送天线的各目标调制符号；其中，所述第一预设公式是根据该预设发送天线发送信息到信息接收端所需时间、与所述调制符号对应的调制时延，及所述多根预设发送天线中距离所述信息接收端最远的预设发送天线发送信息到所述信息接收端所需时间确定的；

针对每根预设发送天线，通过该预设发送天线，依次发送对应于该预设发送天线的各所述目标调制符号，以使目标信息接收端根据接收到的各所述目标调制符号得到所述目标信息；

所述针对每个信息段，将该信息段的时延信息映射为该信息段的调制时延包括：

针对每个信息段，通过预设的映射规则，将信息段的时延信息对应的二进制信息映射为十进制数值，将该数值确定为该信息段的调制时延。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过该信息段的调制时延及该信息段的信号信息，确定该信息段的调制符号，包括：

通过预设调制方式调制将该信息段的信号信息，得到第一信号；

对所述第一信号延时调制时延，得到该信息段的调制符号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预设公式为：

s_i(t)＝s[t-τ-(t_max-t_i,ab)]

其中，s_i(t)表示第i根预设发送天线得到的任一目标调制符号；s表示第一信号；τ表示所述第一信号s对应的信息段的调制时延；t_i,ab表示所述第i根预设发送天线发送信息到所述信息接收端的所需时间；t_max表示所述多根预设发送天线中距离所述信息接收端最远的预设发送天线发送信息到所述信息接收端所需时间；(τ+(t_max-t_i,ab))表示所述第一信息s对应的信息段的发送时延。

4.一种物理层安全通信方法，其特征在于，应用于合法的信息接收端，所述方法包括：

接收各目标调制符号；

针对各所述目标调制符号，基于已获知的信道本身信息，通过第二预设公式，确定该目标调制符号的调制时延，并将所述调制时延反映射为时延信息；

针对各所述目标调制符号，基于所述信道本身信息，通过第三预设公式及预设调制方式，确定该目标调制符号的信号信息；

针对各所述目标调制符号，组合该目标调制符号的时延信息及信号信息，得到该目标调制符号对应的信息段；

组合各所述信息段，得到信息发送端发送的目标信息；

其中，所述目标调制符号为：

其中，y_b(t)表示接收的任一目标调制符号；i表示表示任一预设发送天线；N_t表示发送天线个数；h_i表示预设发送天线i与所述信息接收端的信道信息；s表示第一信号；τ表示所述第一信号s对应的信息段的调制时延；t_i,ab表示预设发送天线i发送所述目标调制符号到所述信息接收端的所需时间；t_max表示多根预设发送天线中距离所述信息接收端最远的预设发送天线发送所述目标调制符号到所述信息接收端所需时间；n表示所述信息接收端的热噪声；

所述第二预设公式为：

其中，y_b(t)表示接收的任一目标调制符号；

表示求解的调制时延；τ表示所述目标调制符号的真实调制时延；t₀表示所述目标调制符号对应的信号信息通过所述预设调制方式调制后得到的第一信号在时域的长度；

所述针对各所述目标调制符号，组合该目标调制符号的时延信息及信号信息，得到该目标调制符号对应的信息段，包括：

针对各目标调制符号，将该目标调制符号的时延信息放在信号信息之前，得到该目标时间调制时延信息对应的信息段。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第三预设公式为：

其中，

表示任一目标调制符号的信号信息；

表示求解的调制时延；τ表示所述目标调制符号的真实调制时延；i表示表示任一预设发送天线；N_t表示发送天线个数；h_i表示预设发送天线i与所述信息接收端的信道信息；s表示第一信号；n表示所述信息接收端的热噪声。

6.一种物理层安全通信装置，其特征在于，应用于信息发送端，所述装置包括：

目标信息获取模块，用于获取待发送的目标信息；

目标信息划分模块，用于将所述目标信息分成多个信息段；

信息段划分模块，用于针对每个信息段，将该信息段划分为时延信息及信号信息；

调制时延确定模块，用于针对每个信息段，将该信息段的时延信息映射为该信息段的调制时延；

调制符号确定模块，用于针对每个信息段，通过该信息段的调制时延及该信息段的信号信息，确定该信息段的调制符号；

预设发送天线确定模块，用于确定发送各所述调制符号的多根预设发送天线；

目标调制符号确定模块，用于针对每根预设发送天线，通过针对该预设发送天线的第一预设公式，分别对各所述调制符号进行调整，得到对应于该预设发送天线的各目标调制符号；其中，所述第一预设公式是根据该预设发送天线发送信息到信息接收端所需时间、与所述调制符号对应的调制时延，及所述多根预设发送天线中距离所述信息接收端最远的预设发送天线发送信息到所述信息接收端所需时间确定的；

目标调制符号发送模块，用于针对每根预设发送天线，通过该预设发送天线，依次发送对应于该预设发送天线的各所述目标调制符号，以使目标信息接收端根据接收到的各所述目标调制符号得到所述目标信息；

所述调制时延确定模块，具体用于：

针对每个信息段，通过预设的映射规则，将信息段的时延信息对应的二进制信息映射为十进制数值，将该数值确定为该信息段的调制时延。

7.一种物理层安全通信装置，其特征在于，应用于信息接收端，所述装置包括：

目标接收模块，用于接收各目标调制符号；

时延信息确定模块，用于针对各所述目标调制符号，基于已获知的信道本身信息，通过第二预设公式，确定该目标调制符号的调制时延，并将所述调制时延反映射为时延信息；

信号信息确定模块，用于针对各所述目标调制符号，基于所述信道本身信息，通过第三预设公式及预设调制方式，确定该目标调制符号的信号信息；

信息段确定模块，用于针对各所述目标调制符号，组合该目标调制符号的时延信息及信号信息，得到该目标调制符号对应的信息段；

目标信息确定模块，用于组合各所述信息段，得到信息发送端发送的目标信息；

其中，所述目标调制符号为：

其中，y_b(t)表示接收的任一目标调制符号；i表示表示任一预设发送天线；N_t表示发送天线个数；h_i表示预设发送天线i与所述信息接收端的信道信息；s表示第一信号；τ表示所述第一信号s对应的信息段的调制时延；t_i,ab表示预设发送天线i发送所述目标调制符号到所述信息接收端的所需时间；t_max表示多根预设发送天线中距离所述信息接收端最远的预设发送天线发送所述目标调制符号到所述信息接收端所需时间；n表示所述信息接收端的热噪声；

所述第二预设公式为：

其中，y_b(t)表示接收的任一目标调制符号；

表示求解的调制时延；τ表示所述目标调制符号的真实调制时延；t₀表示所述目标调制符号对应的信号信息通过所述预设调制方式调制后得到的第一信号在时域的长度；

所述信息段确定模块，具体用于：

针对各目标调制符号，将该目标调制符号的时延信息放在信号信息之前，得到该目标时间调制时延信息对应的信息段。

8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口、所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；

所述存储器，用于存放计算机程序；

所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-3或4-5任一所述的方法步骤。

Images