CN111865934B - 一种物理层抗截获安全通信方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种物理层抗截获安全通信方法和系统，通过对原始信息比特流在物理层进行用于抗截获安全的调制和编码后生成多个符号码元并进行发送，一方面，多个符号码元在编码方面具有无速率的特性，既能提高原始信息比特流的传输效率，又能接近合法发送端与合法接收端之间的预设信道的容量进行发送，在保证传输效率的同时，增加了非法接收端即非法窃听者的破译难度；另一方面，由于多个符号码元为高斯分布、超高斯分布或亚高斯分布，非法窃听者利用基于高阶累积量等盲检测方法无法提取出多个符号码元的具体分布，进一步提高了通信系统的物理层抗截获性和安全性。

Description

一种物理层抗截获安全通信方法和系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种物理层抗截获安全通信方法和系统。

背景技术

通信系统的安全问题一直是人们关注的重点，且无线通信系统由于信道的广播性和开放性，有所下降。传统的加密方式一般是发生于网络协议的上层，多通过认证和密码技术来实现，但基于算法的加密方式的可靠性码、人工噪声预编码、凸优化预编码，扩频以及差错控制编码等技术，在实践方面的应用尚不成熟，而近年来出现的物理层安全则发生在网络协议的底层，可与传统的加密方式相互独立，其从信息论的角度出发，提供了防窃听的新思路，具体技术包括波束成形、迫零预编码，但更容易受到窃听者的监听，其安全问题更为突出。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种物理层抗截获安全通信方法和系统。

本发明的一种物理层抗截获安全通信方法的技术方案如下：

根据预设调制方式对原始信息比特流进行调制后得到调制信息比特流；

根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式将所述调制信息比特流进行无速率编码后得到多个符号码元，且所述多个符号码元呈高斯分布、超高斯分布或亚高斯分布；

将所述多个符号码元在预设信道中进行传输。

本发明的一种物理层抗截获安全通信方法的有益效果如下：

通过对原始信息比特流在物理层进行用于抗截获安全的调制和编码后生成多个符号码元并进行发送，一方面，多个符号码元在编码方面具有无速率的特性即差错控制能力和码率自适应特性，其中，差错控制能力指前向递增冗余的纠错能力，能提高原始信息比特流的传输效率，码率自适应特性指多个符号码元能够自适应预设信道的状态变化，且能接近合法发送端与合法接收端之间的预设信道的容量进行发送，在保证传输效率的同时，还增加了非法接收端即非法窃听者的破译难度；另一方面，由于多个符号码元为高斯分布、超高斯分布或亚高斯分布，非法窃听者利用基于高阶累积量等盲检测方法无法提取出多个符号码元的具体分布，进一步提高了通信系统的物理层抗截获性和安全性。

在上述方案的基础上，本发明的一种物理层抗截获安全通信方法还可以做如下改进。

进一步，所述根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式将所述调制信息比特流进行无速率编码后得到多个符号码元，包括：

将所述调制信息比特流的每k个调制信息比特划分为一个待编码组；

根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式的度分布函数为每个待编码组中的每个调制信息比特随机选择一个度，所述度表示所述调制信息比特和所述符号码元的连接关系；

根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式的生成矩阵G为每个待编码组中的每个调制信息比特分配一个权重系数；

将任一待编码组的每个调制信息比特通过第一公式得到该待编码组所对应的符号码元c，其中c＝{c₁,c₂,c₃...c_m}，直至得到每个待编码组所对应的符号码元，所述第一公式为：

其中，b_j表示每个待编码组中第j个信息比特，1≤i≤m，且i和m均为正整数，w_ij是所述生成矩阵G中第i行、第j列的元素，所述生成矩阵G为k行m列的矩阵。

采用上述进一步方案的有益效果是：对根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式将所述调制信息比特流进行无速率编码后得到多个符号码元的过程进行说明。

进一步，所述根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式将所述调制信息比特流进行无速率编码后得到多个符号码元之前，还包括：

根据所述预设调制方式对高斯喷泉编码的编码方式的生成矩阵G进行调整，且使调整后的生成矩阵G中的每个权重系数均符合第一预设条件，则将具有所述调整后的生成矩阵G的高斯喷泉编码的编码方式确定为所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式，所述第一预设条件为：

对于δ、ò，满足：

其中，n是整数，

δ和ò均为大于0的任意实数。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置第一预设条件，保证所得到的多个符号码元呈高斯分布、超高斯分布或亚高斯分布。

进一步，所述使调整后的生成矩阵G中的每个权重系数均符合第一预设条件之后，还包括：

判断所述调整后的生成矩阵G中的每个权重系数是否同时满足第二预设条件，得到判断结果，所述第二预设条件为：

其中，a_i∈{0,±1}；

所述将具有所述调整后的生成矩阵G的高斯喷泉编码的编码方式确定为所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式，包括：

当所述判断结果为是时，将具有所述调整后的生成矩阵G的高斯喷泉编码的编码方式确定为所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置第二预设条件能提高得到多个符号码元的编码效率，且能将降低在对多个符号码元进行译码时的错误概率。

进一步，还包括：根据所述生成矩阵G和所述预设信道的信道信息，通过置信传播软判决算法对接收的多个符号码元进行译码后，得到所述接收的多个符号码元对应的原始信息比特流。

采用上述进一步方案的有益效果是：合法接收端获取生成矩阵G和所述预设信道的信道信息后，能通过置信传播软判决算法能得到接收的多个符号码元对应的原始信息比特流，实现对接收的多个符号码元的破译。

本发明的一种物理层抗截获安全通信系统的技术方案如下：

包括调制模块、编码模块和传输模块；

所述调制模块用于根据预设调制方式对原始信息比特流进行调制后得到调制信息比特流；

所述编码模块用于：根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式将所述调制信息比特流进行无速率编码后得到多个符号码元，且所述多个符号码元呈高斯分布、超高斯分布或亚高斯分布；

所述传输模块用于将所述多个符号码元在预设信道中进行传输。

本发明的一种物理层抗截获安全通信系统的有益效果如下：

通过对原始信息比特流在物理层进行用于抗截获安全的调制和编码后生成多个符号码元并进行发送，一方面，多个符号码元在编码方面具有无速率的特性即差错控制能力和码率自适应特性，其中，差错控制能力指前向递增冗余的纠错能力，能提高原始信息比特流的传输效率，码率自适应特性指多个符号码元能够自适应预设信道的状态变化，且能接近合法发送端与合法接收端之间的预设信道的容量进行发送，在保证传输效率的同时，还增加了非法接收端即非法窃听者的破译难度；另一方面，由于多个符号码元为高斯分布、超高斯分布或亚高斯分布，非法窃听者利用基于高阶累积量等盲检测方法无法提取出多个符号码元的具体分布，进一步提高了通信系统的物理层抗截获性和安全性。

在上述方案的基础上，本发明的一种物理层抗截获安全通信系统还可以做如下改进。

进一步，所述编码模块具体用于：

将所述调制信息比特流的每k个调制信息比特划分为一个待编码组；

根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式的度分布函数为每个待编码组中的每个调制信息比特随机选择一个度，所述度表示所述调制信息比特和所述符号码元的连接关系；

根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式的生成矩阵G为每个待编码组中的每个调制信息比特分配一个权重系数；

将任一待编码组的每个调制信息比特通过第一公式得到该待编码组所对应的符号码元c，其中c＝{c₁,c₂,c₃...c_m}，直至得到每个待编码组所对应的符号码元，所述第一公式为：

其中，b_j表示每个待编码组中第j个信息比特，1≤i≤m，且i和m均为正整数，w_ij是所述生成矩阵G中第i行、第j列的元素，所述生成矩阵G为k行m列的矩阵。

采用上述进一步方案的有益效果是：对根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式将所述调制信息比特流进行无速率编码后得到多个符号码元的过程进行说明。

进一步，还包括调整模块，所述调整模块用于：

根据所述预设调制方式对高斯喷泉编码的编码方式的生成矩阵G进行调整，且使调整后的生成矩阵G中的每个权重系数均符合第一预设条件，则将具有所述调整后的生成矩阵G的高斯喷泉编码的编码方式确定为所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式，所述第一预设条件为：

对于δ、ò，满足

其中，n是整数，

δ和ò均为大于0的任意实数。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置第一预设条件，保证所得到的多个符号码元呈高斯分布、超高斯分布或亚高斯分布。

进一步，还包括判断模块，所述判断模块用于：

判断所述调整后的生成矩阵G中的每个权重系数是否同时满足第二预设条件，得到判断结果，所述第二预设条件为：

其中，a_i∈{0,±1}；

所述调整模块具体用于：当所述判断结果为是时，将具有所述调整后的生成矩阵G的高斯喷泉编码的编码方式确定为所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置第二预设条件能提高得到多个符号码元的编码效率，且能将降低在对多个符号码元进行译码时的错误概率。

进一步，还包括译码模块，所述译码模块用于：根据所述生成矩阵G和所述预设信道的信道信息，通过置信传播软判决算法对接收的多个符号码元进行译码后，得到所述接收的多个符号码元对应的原始信息比特流。

采用上述进一步方案的有益效果是：合法接收端获取生成矩阵G和所述预设信道的信道信息后，能通过置信传播软判决算法能得到接收的多个符号码元对应的原始信息比特流，实现对接收的多个符号码元的破译。

附图说明

图1为本发明实施例的一种物理层抗截获安全通信方法的流程示意图之一；

图2为只通过BPSK调制方式对原始信息比特流进行调制后所得到的调制信息比特流的星座分布图；

图3为只通过16-QAM调制方式对原始信息比特流进行调制后所得到的调制信息比特流的星座分布图；

图4为识别函数对BPSK调制方式的调制信息比特流的识别正确率；

图5为识别函数对16-QAM调制方式的调制信息比特流的识别正确率；

图6为多个符号码元的值分布的示意图；

图7为多个符号码元的星座分布图；

图8为对多个符号码元进行拟合后的示意图；

图9为本发明实施例的一种物理层抗截获安全通信系统的结构示意图；

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例的一种物理层抗截获安全通信方法，包括如下步骤：

S1、根据预设调制方式对原始信息比特流进行调制后得到调制信息比特流；

S2、根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式将所述调制信息比特流进行无速率编码后得到多个符号码元，且所述多个符号码元呈高斯分布、超高斯分布或亚高斯分布；

S3、将所述多个符号码元在预设信道中进行传输。

通过对原始信息比特流在物理层进行用于抗截获安全的调制和编码后生成多个符号码元并进行发送，一方面，多个符号码元在编码方面具有无速率的特性即差错控制能力和码率自适应特性，其中，差错控制能力指前向递增冗余的纠错能力，能提高原始信息比特流的传输效率，码率自适应特性指多个符号码元能够自适应预设信道的状态变化，且能接近合法发送端与合法接收端之间的预设信道的容量进行发送，在保证传输效率的同时，还增加了非法接收端即非法窃听者的破译难度；另一方面，由于多个符号码元为高斯分布、超高斯分布或亚高斯分布，非法窃听者利用基于高阶累积量等盲检测方法等无法提取出多个符号码元的具体分布，进一步提高了通信系统的物理层抗截获性和安全性，其中，本申请提出的高斯喷泉编码的编码方式可简写为GFC(Gaussian Fountain Coding)。

其中，对应的高斯喷泉编码的编码方式中可利用喷泉编码技术将调制信息比特流进行无速率编码后得到多个符号码元，喷泉编码技术对于本领域技术人员常用技术手段，在此不做赘述。

其中，预设信道可选用噪声信道、衰落信道或高斯信道等；

其中，原始信息比特流为由0和1按一定顺序组成的比特流，具体地：

以字母A表示原始信息比特流，则：

A＝{A₁,A₂,A₃...A_k}，A_n'∈{0,1}，1≤n'≤k，且n'和k均为正整数；

其中，预设调制方式可选用BPSK调制方式或QPSK调制方式等，例如，当预设调制方式为BPSK调制方式时，则将原始信息比特流调制成由+1和-1组成的比特流即调制信息比特流，以字母B表示调制信息比特流，则：

B＝{B₁,B₂,B₃...B_k}，B_k'∈{+1,-1}，1≤k'≤k，且k'为正整数。

较优地，在上述技术方案中，S2中所述根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式将所述调制信息比特流进行无速率编码后得到多个符号码元，包括：

S20、将所述调制信息比特流的每k个调制信息比特划分为一个待编码组；

S21、根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式的度分布函数为每个待编码组中的每个调制信息比特随机选择一个度，所述度表示所述调制信息比特和所述符号码元的连接关系；

S22、根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式的生成矩阵G为每个待编码组中的每个调制信息比特分配一个权重系数；

S23、将任一待编码组的每个调制信息比特通过第一公式得到该待编码组所对应的符号码元c，其中c＝{c₁,c₂,c₃...c_m}，直至得到每个待编码组所对应的符号码元，所述第一公式为：

其中，b_j表示每个待编码组中第j个信息比特，1≤i≤m，且i和m均为正整数，w_ij是所述生成矩阵G中第i行、第j列的元素，所述生成矩阵G为k行m列的矩阵。

以其中一个待编码组b为例进行说明，具体地：b＝{b₁,b₂,b₃...b_k}，b_j∈{-1,1}，1≤j≤k，且j和k均为正整数，为每个待编码组中的每个调制信息比特随机选择一个度，在此将度设置固定值：8，然后，根据第一公式得到待编码组b所对应的符号码元：c＝{c₁,c₂,c₃...c_m}。

较优地，在上述技术方案中，在S2中所述根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式将所述调制信息比特流进行无速率编码后得到多个符号码元之前，还包括：

S02、根据所述预设调制方式对高斯喷泉编码的编码方式的生成矩阵G进行调整，且使调整后的生成矩阵G中的每个权重系数均符合第一预设条件，则将具有所述调整后的生成矩阵G的高斯喷泉编码的编码方式确定为所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式，所述第一预设条件为：

对于δ、ò，满足：

其中，n是整数，

δ和ò均为大于0的任意实数。

通过设置第一预设条件，保证所得到的多个符号码元呈高斯分布、超高斯分布或亚高斯分布。

较优地，在上述技术方案中，所述使调整后的生成矩阵中的每个权重系数均符合第一预设条件之后，还包括：

S020、判断所述调整后的生成矩阵G中的每个权重系数是否同时满足第二预设条件，得到判断结果，所述第二预设条件为：

其中，a_i∈{0,±1}；

所述将具有所述调整后的生成矩阵的高斯喷泉编码的编码方式确定为所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式，包括：

当所述判断结果为是时，将具有所述调整后的生成矩阵的高斯喷泉编码的编码方式确定为所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式。

当满足第二预设条件时，经过生成矩阵加权后的线性组合应有唯一的解，即通过设置第二预设条件能提高得到多个符号码元的编码效率，且能将降低在对多个符号码元进行译码时的错误概率，其中，可以理解的是，所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式的生成矩阵不是唯一固定的，满足第一预设条件或同时满足第一预设条件和第二预设条件即可。

较优地，在上述技术方案中，还包括：

S4、根据所述生成矩阵G和所述预设信道的信道信息，通过置信传播软判决算法对接收的多个符号码元进行译码后，得到所述接收的多个符号码元对应的原始信息比特流。

合法接收端获取生成矩阵G和所述预设信道的信道信息后，能通过置信传播软判决算法能得到接收的多个符号码元对应的原始信息比特流，实现对接收的多个符号码元的破译，具体地：

S40、合法接收端获取先验信息，其中，先验信息包括生成矩阵G和预设信道的信道信息，其中，信道信息指预设信道的参数，例如，当预设信道为高斯信道时，高斯信道的信道信息包括功率谱密度、振幅等参数；

可以理解的是，在通信开始之前，就可将预设的先验信息分别存储在合法发送端和合法接收端内，从根本上能防止非法接收端即非法窃听者获取先验信息；

S41、根据所述生成矩阵G和所述预设信道的信道信息，通过置信传播软判决算法对接收的多个符号码元进行破译；

非法接收端即非法窃听者获取不到先验信息，且由于多个符号码元为高斯分布、超高斯分布或亚高斯分布，非法接收端即非法窃听者使用基于高阶累积量等盲检测方法也无法提取出多个符号码元的具体分布，进而实现安全通信，即本申请的一种物理层抗截获安全通信方法提高了通信系统的物理层抗截获性和安全性。

其中，S41具体包括：

S410、初始化。具体地：

首先，将生成矩阵G转换为因子图形式，明确每个节点的相邻边关系；

其次，预设迭代次数，根据因子图的信息建立数据结构，数据结构包括校验节点对变量节点的更新以及变量节点对校验节点的更新，利用先验概率对变量节点到校验节点的信息进行初始化，先验概率的初始值p_j为0.5，具体地：

p_j＝p(b_j＝1)＝0.5；

其中，以调制信息比特为变量节点，以符号码元为校验节点；

S411、当迭代次数小于预设迭代次数时，分别进行多次迭代更新校验节点和变量节点的后验概率，每次的迭代过程具体如下：

S4110、校验节点的更新：

根据下述公式对所有相连的变量节点进行卷积运算，完成对校验节点的更新：

其中u′_i＝c_i+e_i为经过高斯信道接收到的信号，e_i为高斯白噪声；

p(e_i)～N(0,σ²)，

为卷积操作。

S4111、变量节点的更新：

根据下述公式对所有相连的校验节点进行乘法运算，完成对变量节

点的更新：

其中，C_ji为归一化系数，使满足

的条件，T_j是与变量节点相连的校验节点的集合。若迭代次数小于预设迭代次数时，继续S4110；

S4112、根据变量节点的软信息值，根据下述公式逐个判决，得到接收的多个符号码元对应的原始信息比特流：

下面通过一组对比数据对本申请的一种物理层抗截获安全通信方法进行说明，具体地：

1)通信系统B只通过BPSK调制方式或16-QAM调制方式对原始信息比特流进行调制，分别得到如图2和图3所示的调制信息比特流；

根据图2可知，通过BPSK调制方式所得到的调制信息比特流的取值范围以-1与1为中心呈现随机分布，满足调制格式的特点，并没有高斯化；

根据图3可知，通过16-QAM调制方式所得到的调制信息比特流，因信噪比的设置较低，导致其分布界限模糊，无法直观判别对原始信息比特流的调制格式；

根据盲检测的原理，可通过基于高阶累积量设计用于识别对原始信息比特流的调制格式的识别函数，在正常信噪比的条件下，函数对于调制格式识别的正确率为100％，基本能够识别BPSK调制方式以及16-QAM调制方式。说明该识别函数在正常甚至较低信噪比的条件下，能够基本识别出对原始信息比特流的调制格式，对BPSK调制方式的调制信息比特流的识别正确率如图4所示，对16-QAM调制方式的调制信息比特流的识别正确率如图5所示，由此可见，该通信系统B并不具备对于调制格式的抗识别功能，进而得到原始信息比特流，通信安全性低。

1)通信系统A应用本申请的一种物理层抗截获安全通信方法，预设调制方式为BPSK调制方式，预设信道为高斯信道，根据原始信息比特流得到多个符号码元，多个符号码元的值分布如图6所示，多个符号码元的星座分布，如图7所示，通过对多个符号码元进行拟合得到如图8中的结果，根据图7和图8可知，多个符号码元满足高斯分布，需注意的是，通过设置不同的生成矩阵G使其还可满足亚高斯分布或超高斯分布；

然后，通过上述方式对通信系统B所使用的方法对多个符号码元进行破译，其识别正确率基本为0，其原因在于：经过本申请的一种物理层抗截获安全通信方法对原始信息比特流进行调制和编码后，使多个符号码元呈高斯分布、亚高斯分布或超高斯分布，且高斯分布、亚高斯分布或超高斯分布的多个符号码元经基于高阶累积量等盲检测方法计算后所得到的数据，仍为高斯分布、亚高斯分布或超高斯分布，因此不能对符号码元进行识别，因此，多个符号码元为高斯分布、亚高斯分布或超高斯分布时，基于高阶累积量等盲检测方法不能对其进行破译，达到抗截获的目的，通信安全性高。

在上述各实施例中，虽然对步骤进行进行了编号S1、S2等，但只是本申请给出的具体实施例，本领域的技术人员可根据实际情况对调整S1、S2等的执行顺序，此也在本发明的保护范围内。

如图9所示，本发明实施例的一种物理层抗截获安全通信系统200，

包括调制模块210、编码模块220和传输模块230；

所述调制模块210用于根据预设调制方式对原始信息比特流进行调制后得到调制信息比特流；

所述编码模块220用于：根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式将所述调制信息比特流进行无速率编码后得到多个符号码元，且所述多个符号码元呈高斯分布、超高斯分布或亚高斯分布；

所述传输模块230用于将所述多个符号码元在预设信道中进行传输。

通过对原始信息比特流在物理层进行用于抗截获安全的调制和编码后生成多个符号码元并进行发送，一方面，多个符号码元在编码方面具有无速率的特性即差错控制能力和码率自适应特性，其中，差错控制能力指前向递增冗余的纠错能力，能提高原始信息比特流的传输效率，码率自适应特性指多个符号码元能够自适应预设信道的状态变化，且能接近合法发送端与合法接收端之间的预设信道的容量进行发送，在保证传输效率的同时，还增加了非法接收端即非法窃听者的破译难度；另一方面，由于多个符号码元为高斯分布、超高斯分布或亚高斯分布，非法窃听者利用基于高阶累积量等盲检测方法无法提取出多个符号码元的具体分布，进一步提高了通信系统的物理层抗截获性和安全性。

较优地，在上述技术方案中，所述编码模块220具体用于：

将所述调制信息比特流的每k个调制信息比特划分为一个待编码组；

根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式的度分布函数为每个待编码组中的每个调制信息比特随机选择一个度，所述度表示所述调制信息比特和所述符号码元的连接关系；

根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式的生成矩阵G为每个待编码组中的每个调制信息比特分配一个权重系数；

将任一待编码组的每个调制信息比特通过第一公式得到该待编码组所对应的符号码元c，其中c＝{c₁,c₂,c₃...c_m}，直至得到每个待编码组所对应的符号码元，所述第一公式为：

其中，b_j表示每个待编码组中第j个信息比特，1≤i≤m，且i和m均为正整数，w_ij是所述生成矩阵G中第i行、第j列的元素，所述生成矩阵G为k行m列的矩阵。

较优地，在上述技术方案中，还包括调整模块，所述调整模块用于：

根据所述预设调制方式对高斯喷泉编码的编码方式的生成矩阵G进行调整，且使调整后的生成矩阵G中的每个权重系数均符合第一预设条件，则将具有所述调整后的生成矩阵G的高斯喷泉编码的编码方式确定为所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式，所述第一预设条件为：

对于δ、ò，满足

其中，n是整数，

δ和ò均为大于0的任意实数。

通过设置第一预设条件，保证所得到的多个符号码元呈高斯分布、超高斯分布或亚高斯分布。

较优地，在上述技术方案中，还包括判断模块，所述判断模块用于：

判断所述调整后的生成矩阵G中的每个权重系数是否同时满足第二预设条件，得到判断结果，所述第二预设条件为：

其中，a_i∈{0,±1}；

所述调整模块具体用于：当所述判断结果为是时，将具有所述调整后的生成矩阵G的高斯喷泉编码的编码方式确定为所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式。

通过设置第二预设条件能提高得到多个符号码元的编码效率，且能将降低在对多个符号码元进行译码时的错误概率。

较优地，在上述技术方案中，还包括译码模块，所述译码模块用于：根据所述生成矩阵G和所述预设信道的信道信息，通过置信传播软判决算法对接收的多个符号码元进行译码后，得到所述接收的多个符号码元对应的原始信息比特流。

合法接收端获取生成矩阵G和所述预设信道的信道信息后，能通过置信传播软判决算法能得到接收的多个符号码元对应的原始信息比特流，实现对接收的多个符号码元的破译。

上述关于本发明的一种物理层抗截获安全通信系统200中的各参数和各个单元模块实现相应功能的步骤，可参考上文中关于一种物理层抗截获安全通信方法的实施例中的各参数和步骤，在此不做赘述。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种物理层抗截获安全通信方法，其特征在于，包括：

根据预设调制方式对原始信息比特流进行调制后得到调制信息比特流；

根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式将所述调制信息比特流进行无速率编码后得到多个符号码元，且所述多个符号码元呈高斯分布、超高斯分布或亚高斯分布；

将所述多个符号码元在预设信道中进行传输；

所述根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式将所述调制信息比特流进行无速率编码后得到多个符号码元，包括：

将所述调制信息比特流的每k个调制信息比特划分为一个待编码组；

根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式的度分布函数为每个待编码组中的每个调制信息比特随机选择一个度，所述度表示所述调制信息比特和所述符号码元的连接关系；

根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式的生成矩阵G为每个待编码组中的每个调制信息比特分配一个权重系数，所述生成矩阵G为k行m列的矩阵；

将任一待编码组的每个调制信息比特通过第一公式得到该待编码组所对应的符号码元c，其中c＝{c₁,c₂,c₃...c_m}，直至得到每个待编码组所对应的符号码元，所述第一公式为：

其中，b_j表示每个待编码组中第j个信息比特，1≤i≤m，且i和m均为正整数，w_ij是所述生成矩阵G中第i行、第j列的元素；

所述根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式将所述调制信息比特流进行无速率编码后得到多个符号码元之前，还包括：

根据所述预设调制方式对高斯喷泉编码的编码方式的生成矩阵G进行调整，且使调整后的生成矩阵G中的每个权重系数均符合第一预设条件，则将具有所述调整后的生成矩阵G的高斯喷泉编码的编码方式确定为所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式，所述第一预设条件为：

对于δ、∈，满足：

其中，n是整数，

δ和∈均为大于0的任意实数；

所述使调整后的生成矩阵G中的每个权重系数均符合第一预设条件之后，还包括：

判断所述调整后的生成矩阵G中的每个权重系数是否同时满足第二预设条件，得到判断结果，所述第二预设条件为：

其中，a_i∈{0,±1}；

所述将具有所述调整后的生成矩阵G的高斯喷泉编码的编码方式确定为所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式，包括：

当所述判断结果为是时，将具有所述调整后的生成矩阵G的高斯喷泉编码的编码方式确定为所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式。

2.根据权利要求1所述的一种物理层抗截获安全通信方法，其特征在于，还包括：

根据所述生成矩阵G和所述预设信道的信道信息，通过置信传播软判决算法对接收的多个符号码元进行译码后，得到所述接收的多个符号码元对应的原始信息比特流。

3.一种物理层抗截获安全通信系统，其特征在于，包括调制模块、编码模块和传输模块；

所述调制模块用于根据预设调制方式对原始信息比特流进行调制后得到调制信息比特流；

所述编码模块用于：根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式将所述调制信息比特流进行无速率编码后得到多个符号码元，且所述多个符号码元呈高斯分布、超高斯分布或亚高斯分布；

所述传输模块用于将所述多个符号码元在预设信道中进行传输；

所述编码模块具体用于：

将所述调制信息比特流的每k个调制信息比特划分为一个待编码组；

根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式的度分布函数为每个待编码组中的每个调制信息比特随机选择一个度，所述度表示所述调制信息比特和所述符号码元的连接关系；

根据所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式的生成矩阵G为每个待编码组中的每个调制信息比特分配一个权重系数；

将任一待编码组的每个调制信息比特通过第一公式得到该待编码组所对应的符号码元c，其中c＝{c₁,c₂,c₃...c_m}，直至得到每个待编码组所对应的符号码元，所述第一公式为：

其中，b_j表示每个待编码组中第j个信息比特，1≤i≤m，且i和m均为正整数，w_ij是所述生成矩阵G中第i行、第j列的元素，所述生成矩阵G为k行m列的矩阵；

还包括调整模块，所述调整模块用于：

根据所述预设调制方式对高斯喷泉编码的编码方式的生成矩阵G进行调整，且使调整后的生成矩阵G中的每个权重系数均符合第一预设条件，则将具有所述调整后的生成矩阵G的高斯喷泉编码的编码方式确定为所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式，所述第一预设条件为：

对于δ、∈，满足

其中，n是整数，

δ和∈均为大于0的任意实数；

还包括判断模块，所述判断模块用于：

判断所述调整后的生成矩阵G中的每个权重系数是否同时满足第二预设条件，得到判断结果，所述第二预设条件为：

其中，a_i∈{0,±1}；

所述调整模块具体用于：当所述判断结果为是时，将具有所述调整后的生成矩阵G的高斯喷泉编码的编码方式确定为所述预设调制方式所对应的高斯喷泉编码的编码方式。

4.根据权利要求3所述的一种物理层抗截获安全通信系统，其特征在于，还包括译码模块，所述译码模块用于：根据所述生成矩阵G和所述预设信道的信道信息，通过置信传播软判决算法对接收的多个符号码元进行译码后，得到所述接收的多个符号码元对应的原始信息比特流。

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