【正文】 最后，衷心祝愿每一位陪伴我走過我大學(xué)生涯的同學(xué)，以及所有幫助過我的老師、朋友和家人！祝愿大家的明天都更加美好。焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報。天涯海角有盡處，只有師恩無窮期，在此謹(jǐn)向各位老師表示我崇高的敬意和衷心的感謝！在教室工作及撰寫論文期間，我尤其要感謝與我一個導(dǎo)師的吳宗澤和潘詩園同學(xué)對我的幫助，感謝同一個教室工作的同學(xué)們，他們對我平時的研究工作給予了熱情幫助和關(guān)心，使我的研究和論文得以順利完成，在此向他們表達(dá)我的感激之情。致謝本論文是在我導(dǎo)師張昕然老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，從選題、開題到期中和論文撰寫都是在導(dǎo)師的嚴(yán)格要求和精心指導(dǎo)下進(jìn)行的，凝聚了導(dǎo)師的無數(shù)心血。隨著非法用戶接收機(jī)計算能力的顯著增強(qiáng)，保密信息很可能被破解。為此，如何使得通信更有效更安全更可靠是一個重要研究問題。對做的工作給出以下總結(jié)：（1）通過研究LTE物理層信號傳輸關(guān)鍵技術(shù)，流程，協(xié)議，包括OFDM信號傳輸原理，分析并設(shè)計了一種LTE物理層中基于星座旋轉(zhuǎn)的信號加密關(guān)鍵技術(shù)，通過密鑰控制的信號加密實現(xiàn)物理層的加密傳輸。QPSK_ber(1,i_SNR)=QPSK_bit_err_num/QPSK_total_bit。 非法用戶旋轉(zhuǎn)解調(diào)之前的星座圖Step12：計算合法用戶和非法用戶的錯誤個數(shù)以及誤比特率[bit_err_with_QPSK,wuyongbianliang]=biterr(bit_after_demodulation_with_QPSK, bit_source_QPSK)。 SNR=20旋轉(zhuǎn)解調(diào)之前的星座圖Step9：隨機(jī)旋轉(zhuǎn)相位解調(diào)source_modulation_QPSK_de_rot=modulation_after_Q_de_interleave.*conj(rot_phase)。 for i=1:ofdm_symbol_num temp=reshape(Q_receive,32,32)。Step7：進(jìn)行FFT即OFDM解調(diào) symbol_after_fft_with_QPSK=fft(symbol_delete_CP_with_QPSK,carrier_count)。 endmodulation_after_Q_interleave=I+Q_interleave.*j。Q_interleave=zeros(carrier_count,ofdm_symbol_num)。 QPSK星座圖Step2：進(jìn)行隨機(jī)旋轉(zhuǎn)加密，加密密鑰為旋轉(zhuǎn)的相位，相位是收發(fā)雙發(fā)約定好的；rot_phase = exp(2*pi.*randint(carrier_count,ofdm_symbol_num,18).*j/18)。 source_modulation_QPSK_rot=source_modulation_QPSK.*rot_phase。IFFT/FFT是LTE模型中的核心組成部分，IFFT是將星座映射后的復(fù)數(shù)信號轉(zhuǎn)換成時域信號發(fā)送出去，F(xiàn)FT是將時域信號恢復(fù)出頻域信號[31]。簡單地說，就是在不犧牲誤碼率的情況下，通過傳輸質(zhì)量好的子信道采用高速傳輸，而在質(zhì)量不好的子信道以降低傳輸速率等方式來提供較高的頻譜使用效率。自適應(yīng)傳輸?shù)幕舅枷胧歉鶕?jù)傳輸信道的實際情況，改變發(fā)射功率的水平、每個子信道的符號傳輸速率、QAM星座大小、編碼等參數(shù)或這些參數(shù)的組合以維持恒定的誤碼率。因此，結(jié)合LDPC的無線通信系統(tǒng)必將獲得更好的性能[29]。但是，對于使用Turbo的系統(tǒng)來說，其解碼的復(fù)雜度遠(yuǎn)高于編碼的復(fù)雜度，無線通信系統(tǒng)要求的是一個復(fù)雜度很低的終端，以盡量節(jié)省系統(tǒng)成本。（4）信道糾錯編碼：糾錯編碼技術(shù)在現(xiàn)代數(shù)字通信的作用毋庸置疑，作為改善數(shù)字信道通信可靠性的一種有效手段，低復(fù)雜度、高性能的編碼方案明顯可以大大提高系統(tǒng)的性能。（3）信道估計：在MIMOOFDM系統(tǒng)中，發(fā)送端編碼和接收端信號檢測都需要真實準(zhǔn)確的信道狀態(tài)信息。當(dāng)采樣錯誤可以被校正時，就可以用內(nèi)插濾波器來控制正確的時間進(jìn)行采樣。將空間復(fù)用和空時編碼相結(jié)合，能在保證每個數(shù)據(jù)流獲得最小分集增益的條件下，最大化平均數(shù)據(jù)率，從而得到高頻譜效率和傳輸質(zhì)量的良好折中。目前，該技術(shù)主要的解碼方法有ZF、MMSE、ML、BLAST等?？諘r分組碼也可以獲得滿分集增益，而且這種技術(shù)只需在接收端進(jìn)行簡單的線性處理，大大簡化了接收機(jī)的結(jié)構(gòu)?？諘r編碼技術(shù)：空時編碼技術(shù)在發(fā)射端對數(shù)據(jù)流進(jìn)行聯(lián)合編碼以減小由于信道衰落和噪聲所導(dǎo)致的符號錯誤率，通過在發(fā)射端的聯(lián)合編碼增加信號的冗余度，從而使信號在接收端獲得最大的分集增益和編碼增益?？偠灾?，在MIMOOFDM系統(tǒng)中，增加了頻域的分集和復(fù)用作用，帶來了更大的系統(tǒng)增益和系統(tǒng)容量[25]。 MIMOOFDM系統(tǒng)模型在典型的MIMOOFDM系統(tǒng)模型中，發(fā)射端（M個發(fā)射天線）工作流程如下：輸入的數(shù)據(jù)符號流經(jīng)串/并電路分成M個子符號流，采用信道編碼技術(shù)對每個符號流進(jìn)行無失真壓縮并加入冗余信息，調(diào)制器對編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行空時調(diào)制；調(diào)制后的信號在IFFT電路中實現(xiàn)OFDM調(diào)制處理，完成將頻域數(shù)據(jù)變換為時域數(shù)據(jù)的過程，然后輸出的每個OFDM符號前加一個循環(huán)前綴以減弱信道延遲擴(kuò)展產(chǎn)生的影響，每個時隙前加前綴用以定時，這些處理過的OFDM信號流相互平行地傳輸，每一個信號流對應(yīng)一個指定的發(fā)射天線，并經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換及射頻模塊處理后發(fā)射出去。而MIMO多天線技術(shù)能在不增加帶寬的情況下，在每一個窄帶平坦子信道上獲得更大的信道容量，可以成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜效率，是一種利用空間資源換取頻譜資源的技術(shù)。然而MIMO系統(tǒng)是針對多徑無線信道而產(chǎn)生的，在一定程度上可以利用傳播過程中產(chǎn)生的多徑分量，多徑效應(yīng)對其影響并不大，反而可以作為一個有利因素加以使用。另外OFDM由于碼率低和加入了時間保護(hù)間隔而具有極強(qiáng)的抗多徑干擾能力。目前將空間復(fù)用和空時編碼相結(jié)合的方案主要有兩種，即鏈接編碼和使用塊碼映射的自適應(yīng)MIMO系統(tǒng)[22]。根據(jù)子數(shù)據(jù)流與天線之間的對應(yīng)關(guān)系，空間多路復(fù)用系統(tǒng)大致分為三種模式：DBLAST、VBLAST以及TBLAST。相反，MIMO信道中的衰落特性可以提供額外的信息來增加通信中的自由度。在一個具有m根發(fā)射天線n根接收天線的系統(tǒng)中，如果天線對之間的路徑增益是獨立均勻分布的瑞利衰落，可以獲得的最大分集增益為mn。具有相同信息的信號通過不同的路徑被發(fā)送出去，在接收機(jī)端可以獲得數(shù)據(jù)符號多個獨立衰落的復(fù)制品，從而獲得更高的接收可靠性。MIMO技術(shù)不僅可以增加既有無線網(wǎng)絡(luò)頻譜的資料傳輸速度，而且又不用額外占用頻譜范圍，更重要的是，還能增加訊號接收距離。MIMO（MultipleInput MultipleOutput）?？諘r編解碼將信道編解碼技術(shù)和陣列信號處理技術(shù)相結(jié)合，可以大幅度的提高無線通信系統(tǒng)的信道容量和傳輸速率，并且可以有效的抗衰落、抑制噪聲和干擾。除了信道模型外，在許多文獻(xiàn)中，大都做了這樣的假設(shè)：接收機(jī)已經(jīng)完全知道信道狀態(tài)參數(shù)，但是在實際系統(tǒng)中，這種情況是不可能出現(xiàn)的，因此，必須通過發(fā)送訓(xùn)練序列或者采用盲處理的方法，在接收端進(jìn)行信道估計，這樣快速信道估計和盲信道估計等內(nèi)容就成為重要的研究課題。已經(jīng)有不少的文獻(xiàn)對這方面進(jìn)行了研究，即對信道為頻率選擇性衰落和移動臺快速移動的情況進(jìn)行了研究。為了保證各個子數(shù)據(jù)符號流能夠被有效地分離，要求各個天線之間必須保持足夠的距離，以防止接收信號之間過大的相關(guān)性[19]。多輸入多輸出（MIMO）或多發(fā)多收天線（MTMR）技術(shù)在無線移動通信領(lǐng)域的應(yīng)用是具有革命意義的重大技術(shù)進(jìn)步，并且被廣泛認(rèn)為是第三代及未來移動通信系統(tǒng)與個人通信系統(tǒng)實現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率，提高傳輸質(zhì)量的重要途徑之一。然而此項缺點卻隨著空間分集及空間多工的技術(shù)在1990年代末的發(fā)展，而突然轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)勢。1990年代，全世界無線通信領(lǐng)域都針對多天線系統(tǒng)進(jìn)行研究，希望創(chuàng)作出能指向接收者之波束成型技術(shù)，亦即是所謂智慧型天線——一種能使波束聰明地追蹤接收者（即移動電話）的技術(shù)，如同有個人持著天線到處移動，就像一道自手電筒射出的光束可追蹤一位在黑暗中移動的人一樣。（3）所需線性范圍寬由于OFDM系統(tǒng)峰值平均功率比（PAPR）大，對非線性放大更為敏感，故OFDM調(diào)制系統(tǒng)比單載波系統(tǒng)對放大器的線性范圍要求更高[17]。因為OFDM信號是很多個小信號的總和，這些小信號的相位是由要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)序列決定的。同樣，相位噪聲也會導(dǎo)致碼元星座點的旋轉(zhuǎn)、擴(kuò)散，形成ICI。（8）OFDM技術(shù)抗窄帶干擾性很強(qiáng)，因為這些干擾僅僅影響到很小一部分的子信道。當(dāng)信道中因為多徑傳輸而出現(xiàn)頻率選擇性衰落時，只有落在頻帶凹陷處的子載波以及其攜帶的信息受影響，其他的子載波未受損害，因此系統(tǒng)總的誤碼率性能要好得多。（5）OFDM技術(shù)的最大優(yōu)點是對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。循環(huán)前綴的插入可以保證時延小于保護(hù)間隔幾的信號不會在解調(diào)過程中產(chǎn)生ICI，因為此時在FFT運(yùn)算時間長度內(nèi)仍然可以保持各子載波之間的正交性[16]。一般，循環(huán)前綴的選擇是將OFDM符號尾部的一部分復(fù)制后放到前部，即將符號周期由T增加至T+△T，△T是保護(hù)間隔，也就是循環(huán)前綴。然而在這種情況中，由于多徑傳播的影響，則會產(chǎn)生信道間干擾（ICI），即子載波之間的正交性遭到破壞，不同的子載波之間產(chǎn)生干擾。為了最大限度地消除ISI，在每個OFDM符號之間要插入保護(hù)間隔（GI），該保護(hù)間隔的長度一般要大于無線信道的最大多徑時延擴(kuò)展tmax，這樣一個符號的多徑分量就不會對下一個符號造成干擾。由于載波間有部分重疊，所以它比傳統(tǒng)的FDMA提高了頻帶利用率[14]。正交信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾ICI。 OFDM原理正交頻分復(fù)用技術(shù)，實際上是MCM MultiCarrier Modulation，多載波調(diào)制的一種。在傳統(tǒng)的單載波通信系統(tǒng)中，碼間串?dāng)_的影響十分突出，而OFDM調(diào)制技術(shù)通過將寬信道分解為大量窄帶信道，克服多徑效應(yīng)，簡化接收機(jī)設(shè)計，從而大大改善了系統(tǒng)瓶頸。直到70年代，人們提出了采用離散傅立葉變換來實現(xiàn)多個載波的調(diào)制，從而簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得OFDM技術(shù)更趨于實用化。這種技術(shù)是HPA聯(lián)盟工業(yè)規(guī)范的基礎(chǔ)，它采用一種不連續(xù)的多音調(diào)制技術(shù)，將被稱為載波的不同頻率中的大量信號合并成單一的信號，從而完成信號傳送。 80年代后，OFDM的調(diào)整技術(shù)再一次成為研究熱點。 OFDM技術(shù) OFDM發(fā)展概述OFDM的概念于20世紀(jì)50—60年底提出，1970年OFDM的專利被發(fā)表，其基本思想通過采用允許子信道頻譜重疊，但相互間又不影響的頻分復(fù)用（FDM）方法來并行傳送數(shù)據(jù)。而MIMO技術(shù)由于能夠在空間中產(chǎn)生獨立的并行信道，同時傳輸多路數(shù)據(jù)流，從而有效地提高了整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率，而且極大地提高了系統(tǒng)的頻譜效率。第三章 設(shè)計與實現(xiàn)了一種LTE物理層點對點通信的加密方案——星座旋轉(zhuǎn)加密。無線信道會受到多徑傳播、干擾、噪聲等影響，并且還有變化性和隨機(jī)性，鏈路自適應(yīng)技術(shù)可以有效地根據(jù)當(dāng)前的信道狀態(tài)信息對資源的使用方式，如調(diào)制方式、發(fā)送功率等進(jìn)行調(diào)整，使得數(shù)據(jù)的傳輸更加高效[10]。也可以通過分集方式獲得分集增益，可用于對抗無線信道衰落。目前各大公司均在研制實驗系統(tǒng)。但是若移動臺移動速度過快，就使得訓(xùn)練時間太短，這樣快速信道估計或盲處理就成為重要的研究內(nèi)容。比如說，各文獻(xiàn)大多假定信道為分段恒定衰落信道。OFDM技術(shù)還可以與自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)、MIMO技術(shù)相結(jié)合，提高系統(tǒng)的容量[8]。伴隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)高速發(fā)展，OFDM技術(shù)得到了更加廣泛的應(yīng)用。正交頻分復(fù)用OFDM是一種把高速率的串行數(shù)據(jù)通過頻分復(fù)用來實現(xiàn)并行傳輸?shù)亩噍d波傳輸技術(shù)，其思想早在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)提出了，但由于并行傳輸系統(tǒng)需要基帶成形捧波器陣列，正弦波載波發(fā)生器陣列及相干解調(diào)陣列，采用傳統(tǒng)的模擬的方法實現(xiàn)是相當(dāng)復(fù)雜的、昂貴的，因而早期并沒有得到實際應(yīng)用。（3），靈活的頻譜部署。LTE是為了確保3G系統(tǒng)未來的持續(xù)競爭力，為用戶需求提供更高的數(shù)據(jù)速率和服務(wù)質(zhì)量。LTE旨在降低系統(tǒng)的時延、提高數(shù)據(jù)的傳輸速率并增大系統(tǒng)容量。相對目前的3G系統(tǒng)，4G系統(tǒng)除了更高傳輸速率、頻帶效率和覆蓋范圍以外，還要適應(yīng)基于分組的突發(fā)業(yè)務(wù)。按照目前的規(guī)劃，無線傳輸峰值速率將至少達(dá)到100Mbps，這將極大地促進(jìn)移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展。以寬帶和提供多媒體業(yè)務(wù)為特征的新一代移動通信系統(tǒng)的發(fā)展，將以市場為導(dǎo)向，帶動新技術(shù)和業(yè)務(wù)的發(fā)展，不斷探索新型的經(jīng)營模式。2004年初，以IEEE 802系列為代表的無線接入網(wǎng)絡(luò)，大多采用了OFDM技術(shù)作為核心技術(shù)，具有較高的數(shù)據(jù)速率（實際上速率的提升主要是靠使用更大的帶寬，而OFDM技術(shù)更適合用于帶寬較大的場合），成為了無線通信領(lǐng)域討論的熱門話題，尤其是具有移動性的IEEE （俗稱WiMAX：Worldwide Interoperability for Microwave Access，可譯作全球互通微波接入系統(tǒng)），使得業(yè)界對由電信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展而來的3G系統(tǒng)產(chǎn)生了懷疑，在電信界引起了很大的震動，從而使未來移動通信系統(tǒng)的發(fā)展及演進(jìn)問題成為廣泛的研究熱點[2]。這些系統(tǒng)除了提供語音通信服務(wù)外還能夠提供多媒體業(yè)務(wù)，能為用戶提供更高數(shù)據(jù)速率的移動接入[1]。代表性的有全球移動通信系統(tǒng)（GSM）、數(shù)字高級移動電話業(yè)務(wù)（DAMPS）、碼分多址復(fù)用（IS95CDMA）以及個人數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)（PDC），其中GSM系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛。這三代技術(shù)的介紹和典型代表如下所述：第一代（1G）移動通信系統(tǒng)采用模擬技術(shù)，基于FDMA，主要支持語音業(yè)務(wù)，不能傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)?！娟P(guān)鍵詞】LTE MIMO OFDM 星座旋轉(zhuǎn) 加密AbstractBroadband wireless munication is a booster of information society development, which is changing the way people live. In rece