本發(fā)明涉及一種加密方法，尤其涉及一種基于同步信號的小區(qū)加密方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

lte(longtermevolution，長期演進(jìn))是由3gpp組織制定的umts(通用移動通信系統(tǒng))技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長期演進(jìn)，它引入了ofdm(正交頻分復(fù)用)和mimo(多輸入多輸出)等關(guān)鍵傳輸技術(shù)，顯著增加了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率，并支持多種帶寬分配，且支持全球主流2g/3g頻段和一些新增頻段，因而頻譜分配更加靈活，系統(tǒng)容量和覆蓋也顯著提升。因此，lte預(yù)計將成為第一個真正的全球通行的無線通訊標(biāo)準(zhǔn)，適用范圍及其廣泛。目前，小區(qū)內(nèi)的眾多通信業(yè)務(wù)大多都是基于lte系統(tǒng)的，但由于lte系統(tǒng)的協(xié)議是公開的，規(guī)劃的頻段是有限且基本固定的，那么，在已知頻段的前提下，按照協(xié)議開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)終端可以搜索到標(biāo)準(zhǔn)基站的小區(qū)，進(jìn)而實(shí)施跟蹤和監(jiān)聽；但是在某些場景下，這是被監(jiān)聽小區(qū)希望極力避免的。目前對lte系統(tǒng)的加密和安全機(jī)制的討論多集中在接入層(as)和非接入層(nas)等的密鑰體系和安全性架構(gòu)上，涉及多種復(fù)雜的算法，密鑰的管理也較為繁瑣，尚未有基于同步信號的小區(qū)加密方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)所存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種基于同步信號的小區(qū)加密方法。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于同步信號的小區(qū)加密方法，它基于lte基站；lte基站存在504個物理小區(qū)，分為3個扇區(qū)，每個扇區(qū)又分為168個組，小區(qū)id由組id和扇區(qū)id構(gòu)成唯一標(biāo)識，表示為公式一；

其中，為組id，其取值范圍為0～167；為扇區(qū)id，其取值范圍為0～2；

對于基站發(fā)送側(cè)，唯一的小區(qū)id決定了該小區(qū)唯一的一組主、輔同步信號；其中，主同步信號采用相關(guān)性極強(qiáng)的zc序列，與相關(guān)聯(lián)；輔同步信號采用有一定相關(guān)性的m序列，與相關(guān)聯(lián)；

本加密方法的具體步驟如下：

步驟一、對主同步信號加密：主同步信號的生成方式表示為公式二；

其中，u為生成序列的根，它與一一對應(yīng)；

根據(jù)zc序列的特性和主同步序列的生成方式，通過更換根索引u得到與協(xié)議不同的定制版主同步序列，則標(biāo)準(zhǔn)終端在小區(qū)搜索中就無法得到主同步信號的明顯的相關(guān)峰；此外，由于輔同步序列的生成過程中利用了進(jìn)行加擾，若解錯，相應(yīng)也會導(dǎo)致輔同步序列解錯，最終無法得到正確的小區(qū)id，實(shí)現(xiàn)對小區(qū)的加密效果；

步驟二、對輔同步信號加密：標(biāo)準(zhǔn)輔同步序列的生成方式表示為公式三：

其中，

m0＝m′mod31公式四

序列分別由以下公式獲得：

其中，0≤i≤30，而x(i)定義為：

x(i)的初始值為：x(0)＝0,x(1)＝0,x(2)＝0,x(3)＝0,x(4)＝1；

加擾序列c0(n)和c1(n)與扇區(qū)id有關(guān)，分別由以下公式獲得：

其中，0≤i≤30；此處x(i)的定義為；

x(i)的初始值為：x(0)＝0,x(1)＝0,x(2)＝0,x(3)＝0,x(4)＝1；

加擾序列和是由序列經(jīng)過循環(huán)移位得到的，如下所示：

其中，0≤i≤30，而此處x(i)定義為：

x(i)的初始值為：x(0)＝0,x(1)＝0,x(2)＝0,x(3)＝0,x(4)＝1；

根據(jù)m序列的特性和輔同步序列的生成方式，輔同步信號的加密方式分為以下三種：

ⅰ、對標(biāo)準(zhǔn)輔同步序列進(jìn)行序列內(nèi)交織：

對標(biāo)準(zhǔn)輔同步序列進(jìn)行序列內(nèi)交織，即改變每個序列內(nèi)62個值的排列順序，即得到與協(xié)議不同的168個輔同步序列，則標(biāo)準(zhǔn)終端在小區(qū)搜索中就無法得到輔同步信號的明顯的相關(guān)峰；

ⅱ、改變序列中x(i)序列的遞推公式：將公式八、公式十、公式十二分別用公式十三、公式十四、公式十五進(jìn)行替換，并保證x(i)的初始值不變，即得到與協(xié)議不同的168個輔同步序列；

ⅲ、改變序列的加擾方式：將公式九、公式十一分別用公式十六、公式十七進(jìn)行替換，即得到與協(xié)議不同的168個輔同步序列；

加密方式ⅰ、ⅱ、ⅲ單獨(dú)使用或兩兩搭配使用或共同使用，選擇使用的加密方式越多，對小區(qū)的加密效果越好。

步驟一中，為了保持zc序列的低互相關(guān)性，選擇的根索引u要保證定制版主同步序列與協(xié)議規(guī)定的不成周期，或者使定制版主同步序列與根索引u的映射關(guān)系與協(xié)議規(guī)定的每每不同，且不選0、63這樣使主同步序列變?yōu)槿?或全-1序列的值。

步驟二的加密方法ⅱ中，三個公式的替換方法單獨(dú)使用或兩兩搭配使用或共同使用。

步驟二的加密方式ⅲ中，兩種公式的替換方法單獨(dú)使用或共同使用。

步驟一和步驟二中的加密方式單獨(dú)使用或共同使用，共同使用的加密效果比單獨(dú)使用更好。

本發(fā)明利用同步信號的相關(guān)特性，通過同步信號定制化來實(shí)現(xiàn)小區(qū)加密，從根源上極大程度地降低了小區(qū)被搜索到的可能性，并具備易于實(shí)現(xiàn)、難以破解、且不影響小區(qū)內(nèi)其他業(yè)務(wù)的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為tdd、fdd的主、輔同步信號映射位置圖。

圖2為主、輔同步信號的星座圖。

圖3為主同步序列相關(guān)測試圖樣。

圖4為標(biāo)準(zhǔn)pss的相關(guān)檢測圖樣。

圖5為替換pss的對比檢測圖樣。

圖6為標(biāo)準(zhǔn)sss的相關(guān)測試圖樣.

圖7為替換第一類定制版sss的相關(guān)測試圖樣。

圖8為替換第二類定制版sss的相關(guān)測試圖樣。

圖9為替換第三類定制版sss的相關(guān)測試圖樣。

圖10為替換定制版主、輔同步序列的pss相關(guān)測試圖樣。

圖11為替換定制版主、輔同步序列的sss相關(guān)測試圖樣。

圖12為本發(fā)明的整體過程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖12所示，本發(fā)明建立在lte系統(tǒng)同步原理的基礎(chǔ)之上；lte基站存在504個物理小區(qū)，分為3個扇區(qū)，每個扇區(qū)又分為168個組，小區(qū)id由組id(groupid)和扇區(qū)id(sectionid)構(gòu)成唯一標(biāo)識，表示為公式一；

其中，為組id，其取值范圍為0～167；為扇區(qū)id，其取值范圍為0～2；

lte的定時同步依靠主輔同步信號來實(shí)現(xiàn)，主同步信號(primarysynchronizationsignal，pss)采用相關(guān)性極強(qiáng)的zc序列，與相關(guān)聯(lián)；輔同步信號(secondarysynchronizationsignal，sss)采用有一定相關(guān)性的m序列，與相關(guān)聯(lián)。對于基站發(fā)送側(cè)，唯一的小區(qū)id決定了該小區(qū)唯一的一組主、輔同步信號，且根據(jù)協(xié)議規(guī)定，tdd、fdd的主、輔同步信號分別占用固定的時頻資源；對于終端接收側(cè)，則可根據(jù)相關(guān)檢測算法確定基站的主、輔同步序列，進(jìn)而確定所關(guān)聯(lián)的扇區(qū)id和組id以確定小區(qū)id，并根據(jù)主、輔同步序列在時域出現(xiàn)的位置確定幀結(jié)構(gòu)、幀頭，完成5ms和10ms同步。

主、輔同步信號的資源映射方式如下：

對于tdd，主同步信號映射在特殊子幀(子幀1、6)的第3個符號(符號2)的中間6個rb，輔同步信號信號映射在5ms的第1個子幀(子幀0、5)的最后1個符號(符號13)的中間6個rb；對于fdd，主輔同步信號映射在5ms的第1個子幀(子幀0、5)的符號6的中間6個rb，輔同步信號映射在5ms的第1個子幀(子幀0、5)的符號5的中間6個rb。其中，6個rb所包含的72個re中前后各空5個re，主、輔同步信號的62個值映射在中間62個re上。tdd、fdd的主、輔同步信號映射位置如圖1所示。

以小區(qū)id為95(扇區(qū)id為2，組id為31)為例，主、輔同步信號的星座圖如圖2所示。

本發(fā)明的具體步驟為：

步驟一、主同步信號的加密方法：

主同步信號序列由zc序列組成，zc序列主要有以下特性：

1)恒包絡(luò)特性：任意長度的zc序列幅值恒定；

2)理想的周期自相關(guān)特性：任意zc序列移位n位后，n不是zc序列的周期的整倍數(shù)時，移位后的序列與原序列不相關(guān)；

3)良好的互相關(guān)特性：互相關(guān)和部分相關(guān)值接近于0；

4)低峰均比特性：任意zc序列組成的信號，其峰值與其均值的比值很低；

5)傅里葉變換后仍然是zc序列：任意zc序列經(jīng)過傅里葉正反變化后仍然是zc序列。

由于zc序列的相關(guān)特性極好，常被用于通信系統(tǒng)的同步算法中。

主同步信號的生成方式表示為公式二；

其中，u為生成序列的根，它與一一對應(yīng)；主同步序列的根索引如表1所示；

表1

在一組信號的頭部加入由公式一生成的主同步序列，組成信號stest，根索引u取29(對應(yīng))，采用3個主同步序列分別與信號stest求互相關(guān)，得到圖3所示結(jié)果。

從圖3中可以看出，只有采用與協(xié)議相同的主同步序列才可以得到明顯的相關(guān)峰，若基站的發(fā)送側(cè)采用與協(xié)議不同的主同步序列，標(biāo)準(zhǔn)終端在小區(qū)搜索中就無法得到主同步信號的明顯的相關(guān)峰，那么就有2/3的概率解錯而且輔同步序列的生成過程中利用了進(jìn)行加擾，若解錯，相應(yīng)也會導(dǎo)致輔同步序列解錯，最終無法得到正確的小區(qū)id；即使碰巧得到正確的也會由于峰值位置的搜索錯誤而無法找到本小區(qū)的幀頭，則無法與本小區(qū)實(shí)現(xiàn)同步。

為了便于對比分析，利用頻譜儀抓取標(biāo)準(zhǔn)基站tdd小區(qū)95的發(fā)送信號下采樣濾波后得到待處理信號s，采用協(xié)議規(guī)定的3個主同步序列分別對其進(jìn)行相關(guān)檢測，檢測結(jié)果如圖4的左側(cè)所示。從圖中可以看出，時得到了明顯的相關(guān)峰(左3)，將待處理信號s的主同步序列的出現(xiàn)位置更換成的標(biāo)準(zhǔn)主同步序列的時域信號(乘以信道影響因子并加入隨機(jī)噪聲，以模擬真實(shí)情況)，采用同樣的方式分別進(jìn)行相關(guān)檢測，得到圖4右側(cè)的相關(guān)圖樣，可見與左側(cè)狀態(tài)一致，也在時得到了明顯的相關(guān)峰(右3)。

根據(jù)zc序列的特性和主同步序列的生成方式，本發(fā)明通過更換根索引來更換主同步序列，從而達(dá)到對小區(qū)的加密效果。

更換主同步序列的根索引u(以表2的根索引為例)，得到與協(xié)議不同的3個主同步序列，以下稱為定制版主同步序列，將上述待處理信號s的主同步序列的出現(xiàn)位置更換成的定制版主同步序列的時域信號(乘以信道影響因子并加入隨機(jī)噪聲，以模擬真實(shí)情況)，采用3個標(biāo)準(zhǔn)主同步序列分別對信號s進(jìn)行相關(guān)檢測，得不到明顯的相關(guān)峰(圖5左側(cè))，采用3個定制版主同步序列分別對信號s進(jìn)行相關(guān)檢測，依舊可以在時得到明顯的相關(guān)峰(圖5右3)。

表2

上述展示了通過更換主同步序列的根索引的方式實(shí)現(xiàn)對主同步信號、對小區(qū)的加密效果。

需要說明的是，由于zc序列具備理想的周期自相關(guān)特性，為了保持zc序列的低互相關(guān)性，選擇的根索引u要保證定制版主同步序列與協(xié)議規(guī)定的不成周期(以使相關(guān)檢測中得不到明顯的相關(guān)峰)或者使與u的映射關(guān)系與協(xié)議規(guī)定的每每不同(以使相關(guān)檢測中即使得到明顯的相關(guān)峰，也得出錯誤的)，且不選0、63這樣使主同步序列變?yōu)槿?或全-1序列的值。根據(jù)主同步序列的生成公式一，根索引組的選擇范圍是(0，63)的開區(qū)間任選3個值(每組有6種排列)，并除去25、29、34與的對應(yīng)關(guān)系和協(xié)議一致的組，共有種選擇?？梢姡?dāng)不知道定制版主同步序列選擇的根索引u時，破解起來是比較困難的。

因此，根據(jù)zc序列的特性和主同步序列的生成方式，通過更換根索引u得到與協(xié)議不同的定制版主同步序列，則標(biāo)準(zhǔn)終端在小區(qū)搜索中就無法得到主同步信號的明顯的相關(guān)峰。

步驟二、對輔同步信號加密：

輔同步信號采用的是m序列。在所有的偽隨機(jī)序列中，m序列是最重要、最基本的一種偽隨機(jī)序列，它容易產(chǎn)生，規(guī)律性強(qiáng)，有很好的自相關(guān)性和較好的互相關(guān)特性。輔同步信號的產(chǎn)生與相關(guān)聯(lián)，生成過程中使用加擾，且子幀0、5采用不同的輔同步信號，以實(shí)現(xiàn)5ms定時。

同一周期的m序列組，其兩兩m序列對的互相關(guān)特性差別很大，有的m序列對的互相關(guān)特性好(互相關(guān)值小)，有的則較差(互相關(guān)值大)，實(shí)際使用中，需要選擇互相關(guān)特性好的m序列組，以達(dá)到便于檢測、抗干擾的目的。

依舊以前面提到的待處理信號s為分析對象。采用協(xié)議規(guī)定的168組輔同步序列分別對其進(jìn)行相關(guān)檢測，檢測結(jié)果如圖6所示。從圖6中可以看出，時得到了明顯的相關(guān)峰(如圖6上)，將待處理信號s的輔同步序列的出現(xiàn)位置更換成的標(biāo)準(zhǔn)輔同步序列的時域信號(乘以信道影響因子并加入隨機(jī)噪聲，以模擬真實(shí)情況)，采用同樣的方式分別進(jìn)行相關(guān)檢測，得到下方的相關(guān)圖樣，可見與上方狀態(tài)一致，也在時得到了明顯的相關(guān)峰(如圖6下)。

標(biāo)準(zhǔn)輔同步序列的生成方式表示為公式三：

其中，

m0＝m′mod31公式四

序列分別由以下公式獲得：

其中，0≤i≤30，而x(i)定義為：

x(i)的初始值為：x(0)＝0,x(1)＝0,x(2)＝0,x(3)＝0,x(4)＝1；

加擾序列c0(n)和c1(n)與扇區(qū)id有關(guān)，分別由以下公式獲得：

其中，0≤i≤30；此處x(i)的定義為；

x(i)的初始值為：x(0)＝0,x(1)＝0,x(2)＝0,x(3)＝0,x(4)＝1；

加擾序列和是由序列經(jīng)過循環(huán)移位得到的，如下所示：

其中，0≤i≤30，而此處x(i)定義為：

x(i)的初始值為：x(0)＝0,x(1)＝0,x(2)＝0,x(3)＝0,x(4)＝1；

根據(jù)m序列的特性和輔同步序列的生成方式，本發(fā)明中輔同步信號的加密方式分為以下三種：

ⅰ、對標(biāo)準(zhǔn)輔同步序列進(jìn)行序列內(nèi)交織：

對標(biāo)準(zhǔn)輔同步序列進(jìn)行序列內(nèi)交織，即改變每個序列內(nèi)62個值的排列順序，即得到與協(xié)議不同的168個輔同步序列，以下稱為第一類定制版輔同步序列。

以表3所示的交織表為例，對標(biāo)準(zhǔn)輔同步序列進(jìn)行序列內(nèi)交織。將待處理信號s的輔同步序列的出現(xiàn)位置更換成的第一類定制版輔同步序列的時域信號(乘以信道影響因子并加入隨機(jī)噪聲，以模擬真實(shí)情況)，采用168個標(biāo)準(zhǔn)輔同步序列分別對信號s進(jìn)行相關(guān)檢測，結(jié)果如圖7所示，得不到明顯的相關(guān)峰(如圖7上)，采用第一類168個定制版輔同步序列分別對信號s進(jìn)行相關(guān)檢測，依舊可以在時得到明顯的相關(guān)峰(如圖7下)。

表3

ⅱ、改變序列中x(i)序列的遞推公式：將公式八、公式十、公式十二分別用公式十三、公式十四、公式十五進(jìn)行替換，并保證x(i)的初始值不變，即得到與協(xié)議不同的168個輔同步序列，以下稱為第二類定制版輔同步序列。

說明：

a)采用上述任意一種改變公式來生成輔同步序列即可達(dá)到加密的目的，使用時為了加強(qiáng)效果和增加破譯難度可以疊加使用；

b)上述3個生成公式的改變方法之下的m序列互相關(guān)性較好，相關(guān)檢測對比圖樣類似，不一一列出，此處僅以將公式八改變?yōu)楣绞南嚓P(guān)檢測對比圖樣為例。

將待處理信號s的輔同步序列的出現(xiàn)位置更換成的第二類定制版輔同步序列的時域信號(乘以信道影響因子并加入隨機(jī)噪聲，以模擬真實(shí)情況)，采用168個標(biāo)準(zhǔn)輔同步序列分別對信號s進(jìn)行相關(guān)檢測，得不到明顯的相關(guān)峰(如圖8上)，采用第一類168個定制版輔同步序列分別對信號s進(jìn)行相關(guān)檢測，依舊可以在時得到明顯的相關(guān)峰(如圖8下)。

ⅲ、改變序列的加擾方式：將公式九、公式十一分別用公式十六、公式十七進(jìn)行替換，即得到與協(xié)議不同的168個輔同步序列，以下稱為第三類定制版輔同步序列。

說明：

a)采用上述任意一種改變公式來生成輔同步序列即可達(dá)到加密的目的，使用時為了加強(qiáng)效果和增加破譯難度可以共同使用；

b)上述2個生成公式的改變方法之下的m序列互相關(guān)性較好，相關(guān)檢測對比圖樣類似，不一一列出，此處僅以將公式九改變?yōu)楣绞南嚓P(guān)檢測對比圖樣為例。

將待處理信號s的輔同步序列的出現(xiàn)位置更換成的第三類定制版輔同步序列的時域信號(乘以信道影響因子并加入隨機(jī)噪聲，以模擬真實(shí)情況)，采用168個標(biāo)準(zhǔn)輔同步序列分別對信號s進(jìn)行相關(guān)檢測，得不到明顯的相關(guān)峰(如圖9上)，采用第三類168個定制版輔同步序列分別對信號s進(jìn)行相關(guān)檢測，依舊可以在時得到明顯的相關(guān)峰(如圖9下)。

上述加密方式ⅰ、ⅱ、ⅲ單獨(dú)使用或兩兩搭配使用或共同使用，選擇使用的加密方式越多，對小區(qū)的加密效果越好。

以上展示了通過改變序列的x(i)序列的遞推公式、改變序列的加擾方式、對標(biāo)準(zhǔn)輔同步序列進(jìn)行序列內(nèi)交織三種方式對輔同步信號、對小區(qū)的加密效果。

需要說明的是，首先，三種方式既可以選擇使用，也可以共同使用；另外，公式的改變有多種方法，交織表也有62！＝3.147*10⁸⁵種選擇，可見，當(dāng)不知道定制版輔同步序列使用的加密方式或選擇的交織表時，破解起來是比較困難的。

由于物理小區(qū)id由主、輔同步信號唯一確定，而主、輔同步序列具備良好的相關(guān)特性，因此本發(fā)明從主同步信號、輔同步信號兩方面的加密來實(shí)現(xiàn)小區(qū)加密的方式，對小區(qū)的加密效果較好，破解難度極大。而主、輔同步信號的生成方式簡單，但影響因素多樣，這就使得本發(fā)明能夠以較小的代價實(shí)現(xiàn)難以破解的目的，且基站、終端采用定制主、輔同步信號序列并不會增加協(xié)議棧軟件的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，也不會影響到小區(qū)內(nèi)的其他業(yè)務(wù)。

同步信號的定制化造成其他標(biāo)準(zhǔn)終端無法正確搜索到本小區(qū)，更無法定時同步，另外，小區(qū)信號的加擾和小區(qū)id有關(guān)，其他終端搜索到錯誤的小區(qū)id，就無法對本小區(qū)的其他信道如pbch、pdsch等進(jìn)行正確解擾，即無法跟蹤到本小區(qū)的任何內(nèi)容。

下面通過一項具體實(shí)施例對本發(fā)明的使用效果進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例一：

本實(shí)施例中，將本發(fā)明提供的主同步信號的加密方式和三類輔同步信號的加密方式結(jié)合使用，對小區(qū)進(jìn)行綜合同步加密，效果如下：

將待處理信號s的主、輔同步序列的出現(xiàn)位置分別更換成的通過更改根索引u的定制版主同步序列的時域信號和的共同使用三類加密方式的定制版輔同步序列的時域信號(主、輔同步信號均乘以信道影響因子并加入隨機(jī)噪聲，以模擬真實(shí)情況)，采用標(biāo)準(zhǔn)主、輔同步序列分別對信號s進(jìn)行相關(guān)檢測，檢測結(jié)果分別如圖10、圖11所示；圖中，主、輔同步信號的檢測中均得不到明顯的相關(guān)峰(圖10左，圖11上)，采用定制版主、輔同步序列分別對信號s進(jìn)行相關(guān)檢測，依舊可以在和時得到明顯的相關(guān)峰(圖10右，圖11下)。查看檢測結(jié)果，采用標(biāo)準(zhǔn)主、輔同步序列相關(guān)檢測搜索到的小區(qū)id為279(扇區(qū)id＝0，組id＝93)，是錯誤的，顯然此時搜索到的幀頭位置也是錯誤的；采用定制版主、輔同步序列相關(guān)檢測搜索到的小區(qū)id為95(扇區(qū)id＝2，組id＝31)，是正確的，相應(yīng)搜索到的幀頭位置也是正確的。

上述實(shí)施方式并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的技術(shù)方案范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。