专利名称：无线通信系统中对通过空中通信进行加密方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及无线通信系统，且更具体地涉及在无线通信系统中对通过空中通信进行加密。
背景技术：
在通常的无线通信系统中，当建立通信会话时，在发射和接收通信设备之间分配会话密钥。随后，通过发射通信以执行通过空中发射的数据的层2或层3的加密，使用该会话密钥。不执行物理层(即，层1)加密，也就是说，没有对调制波形进行加密。此外，通常仅仅加密用户数据而不对导频码元和同步码元进行加密，其中该码元必须被用作定时同步和衰落恢复的参考。
层2或层3加密的性能使得数据容易受到截听通信设备进行的解密的攻击，所述截听通信设备截听会话密钥或者是通过强力应用程序来解密数据。因此，需要存在一种方法和装置，使得空中接口相对于无线通信系统中通信的不期望的截听者进行的解密来说更加安全。
图1示出了根据本发明实施例的无线通信系统的框图。
图2示出了根据本发明各种实施例的图1的通信系统的体系结构的框图。
图3示出了根据本发明各种实施例的图2的通信系统的发射侧的操作的逻辑流程图。
图4示出了根据本发明实施例的图2的发射侧的码字生成器的框图。
图5示出了根据本发明各种实施例的图2的发射侧的码字生成器的操作的逻辑流程图。
图6示出了根据本发明实施例的图2的发射侧的移相器的框图。
图7示出了根据本发明实施例的图2的发射侧的移相器的操作的逻辑流程图。
图8示出了根据本发明各种实施例的图2的通信系统的接收侧的操作的逻辑流程图。
具体实施例方式
为了解决对于如下装置和方法的需要，其中所述装置和方法使得空中接口相对于无线通信系统中通信的不期望截听者的解密来说更加安全，提供一种通信设备，其将比特流转换为多个码元，且通过移动多个码元中的每个码元的相位以生成多个加密码元，从而提供物理层处的加密。利用正交子载波，对多个加密码元的每个加密码元进行调制，以产生至少一个调制子载波，并且随后，经由无线链路发射至少一个调制子载波。在接收侧，接收通信设备接收所发射的加密码元，并通过对每个加密码元移动与发射侧处用于加密码元的相位相对应的相位，提供物理层处的解密。
通常，本发明的实施例包括一种用于加密无线传输的方法。该方法包括接收多个码元；移动多个码元中的每个码元的相位，以产生多个相移码元；利用正交子载波，对多个相移码元中的每个相移码元进行调制，以生成至少一个调制子载波；以及，经由无线链路，发射该至少一个调制子载波。
本发明的另一实施例包括一种用于接收加密无线传输的方法。该方法包括经由无线链路接收至少一个调制子载波；解调该至少一个调制子载波，以生成多个加密码元；以及，向多个加密码元的每个加密码元施加相移，以产生多个解密码元。
本发明的又一实施例包括一种具有耦合到发射机部分的信号处理单元的通信设备。该信号处理单元包括移相器，其接收多个码元并且向多个码元中的每个码元施加相移，以生成多个相移码元。该信号处理单元进一步包括正交调制器，其接收该多个相移码元，并且利用正交子载波对多个相移码元中的每个相移码元进行调制，以产生至少一个调制子载波。发射机部分经由无线链路发射该至少一个调制子载波。
本发明的还一实施例包括一种通信设备，该通信设备具有信号处理单元，该信号处理单元包括正交调制器且耦合到发射机部分。该正交调制器包括串行-并行转换器，该串行-并行转换器向多个频率子带中的频率子带指配多个码元中的每个码元，以产生多个指配码元；以及，移相器模块，该移相器模块产生多个相移码元，其中移相器模块包括多个移相器，且其中多个移相器的每个移相器接收多个指配码元中的指配码元并且移动指配码元的相位，以产生相移码元。正交调制器进一步包括变换器，该变换器将多个相移码元中的每个相移码元变换到与码元的频率子带相关联的时域子载波，以产生多个调制时域子载波，其中多个调制子载波是并行形式；以及，并行-串行转换器，该和并行-串行转换器将多个调制子载波从并行形式转换为串行形式，以产生输出信号。发射机部分经由无线链路发射该多个相移码元。
本发明的又一实施例包括一种通信设备，该通信设备包括耦合到信号处理单元的接收机部分。接收机部分经由无线链路接收调制载波，且对该调制载波进行下变频，以产生下变频信号。信号处理单元包括正交解调器，该正交解调器接收下变频信号且对下变频信号进行解调，以产生加密码元流；以及，移相器，该移相器接收加密码元流且向加密码元流的每个码元施加相移，以产生多个解密码元。
本发明的还一实施例包括一种通信设备，该通信设备包括耦合到信号处理单元的接收机部分。接收机部分经由无线链路接收调制载波，且对该调制载波进行下变频，以产生下变频信号。信号处理单元包括正交调制器，该正交调制器包括串行-并行转换器，该串行-并行转换器将下变频信号指配给多个时域子载波；以及，反向变换器，该反向变换器将多个时域子载波的每个时域子载波变换为频域子载波，以产生多个加密码元，其中该多个加密码元是并行形式。该信号处理单元进一步包括移相器模块，该移相器模块产生多个解密码元，其中移相器模块包括多个移相器，且其中多个移相器的每个移相器接收多个加密码元中的加密码元并且移动加密码元的相位，以产生解密码元；以及并行-串行转换器，该并行-串行转换器将多个解密码元从并行形式转换为串行形式，以产生解密码元流。
可以参考图1-8更加充分地描述本发明。图1示出了根据本发明实施例的无线通信系统100的框图。通信系统100包括基站收发信机站(BTS)102，其能够经由空中接口104参与同移动站(MS)110的无线通信，所述移动站例如是蜂窝电话、无线电电话、或无线数据调制解调器。空中接口104包括前向链路108，该前向链路108包括业务信道、导频信道、寻呼信道和信令信道。空中接口104进一步包括反向链路106，该包括反向链路106业务信道、接入信道和信令信道。
优选地，通信系统100是正交频分多路复用(OFDM)通信系统。OFDM是宽带调制方案，其将为通信会话分配的频率带宽分为多个较窄频率的子带。每个子带包括射频(RF)子载波，其中每个子载波与被包括在每个其他子信道中的射频子载波算术地正交。子载波的正交性允许其单独的频谱重叠，而不会与其他载波发生干扰。然而，本领域普通技术人员认识到，通信系统100可以根据使用正交调制方案的任何无线电信系统操作，其中该正交调制方案用于将信息调制到载波上且随后传输该调制信号，无线电信系统例如是码分多址(CDMA)通信系统、CDMA2000通信系统、通用分组无线电服务(GPRS)通信系统、宽带CDMA(WCDMA)通信系统。在CDMA中，子载波具有相同的频率但是具有不同码域。在IS2000中其被称为Walsh码，且在UMTS中其被称为正交向量扩频因子(OVSF)。
图2示出了根据本发明实施例100的通信系统的体系结构的框图。在通信系统100的发射侧，诸如BTS102的发射通信设备202接收比特流，将比特流转换为相应的码元流，通过对码元流进行加密，提供物理层处的加密，以产生加密码元流，并且经由诸如空中接口104的空中接口发射所述加密码元流。在通信系统100的接收侧，诸如MS110的接收通信设备250接收所发射的加密码元流，并通过对接收码元进行解密，提供物理层处的解密，以恢复与每个接收到的数据码元相对应的发射比特流的比特。然而，本领域普通技术人员可以意识到，相对于本发明的实施例而言，每个BTS102和MS110都可以被操作为发射通信设备或者接收通信设备。
每个发射通信设备202和接收通信设备250包括各自的信号处理单元204、270，例如是本领域普通技术人员所公知的一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、或上述其他设备的组合。每个发射通信设备202和接收通信设备250进一步包括各自的至少一个与各自的信号处理单元相关联的存储器设备240、290，例如随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、和/或只读存储器(ROM)或其等效物，所述存储器设备保存可以由信号处理单元执行且允许信号处理单元在通信系统100中操作的数据和程序。每个发射通信设备202和接收通信设备250进一步在其各自的至少一个存储器设备240、290中保存会话密钥，如在现有技术中已知的，在发射和接收通信设备之间建立通信会话期间，通过这两个通信设备交换该会话密钥。每个发射通信设备202和接收通信设备250可以进一步在其各自的至少一个存储器设备240、290中保存唯一地与MS110相关联的移动序号。如本领域普通技术人员所意识到的，此处描述的信号处理单元204、270的各种功能可以可替换地以硬件电路实现，例如可编程逻辑阵列(PLA)或专用集成电路(ASIC)。
现在参考图3，示出了根据本发明实施例的通信系统100的发射侧202的操作的逻辑流程图300。当数据源(未示出)向编码器206提供二进制格式(例如比特)的输入数据时，逻辑流程300开始(302)。编码器206通过向数据应用例如前向纠错码(FEC)的纠错码从，对比特流进行编码(304)。例如，编码器206可以通过利用例如Viterbi编码算法的卷积码对数据进行编码，然而也可以使用分组码(blockcode)。卷积码和分组码在现有技术中都是公知的，且不对其进行更详细的描述。所使用的纠错码的类型并非本发明的关键，且本领域普通技术人员可以意识到在不背离本发明的精神和范围的情况下可以对数据应用多种类型的纠错码。无论如何，编码器206的输出包括优选地以二进制数据(比特)格式表示的信息。编码器206输出的比特流被随后提供至码元映射器208。
在本发明的另一实施例中，其中输入数据包括多个数据类型，例如用户数据、导频数据和同步数据，仅仅对用户数据进行编码，以及不对一种或多种其他数据类型(即导频数据和同步数据)进行编码。在上述实施例中，码元映射器208可以包括多个码元映射器，其中将用户数据提供到多个码元映射器的第一码元映射器之前，对该用户数据进行编码，以及每种其他数据类型被直接传送到多个码元映射器的相应的其他码元映射器。
码元映射器208或当码元映射器208包括多个码元映射器时的多个码元映射器中的每个，将码元映射器接收到的比特流分为多个P比特的组(P元组)，以及将每个P元组映射(306)到对应的码元，以产生码元流。为此，在多维空间内(优选地在复数的二维(I，Q)空间内)定义了包括M个可能码元的信号星座(constellation)。每个码元包括二维空间内的点，该点可以被表示为二进制基向量‘I’和‘Q’的向量和。用于定义特定点的两个基本向量的各自幅度可以被认为是该点的二维坐标。为了实现期望的映射，码元映射器208将编码器204输出的二进制值(比特)汇编为P元组。每个P元组随后被用于从M个可能的码元中选择码元，其中M＝2P。在一个实施例中，例如BPSK或QPSK的MPSK调制方案被用于每个P元组；然而本领域普通技术人员可以意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下，存在可以使用的多种类型的多维码元映射方案，例如其他MPSK方案或多正交幅度调制(MQAM)方案。
通信系统200可以进一步包括发射侧202的交织模块，其对码元映射器208产生的码元进行交织以，使产生猝发信道影响的错误最小化。在本发明的一个实施例中，模块交织可以这样使用，其中将码元流读取为二维矩阵的行，以及读出为列的形式，这导致了码元流中的任何两个相邻码元的分离。当所发射的码元被接收且被反向交织(inverse interleaving)模块解交织时，任何由信道引入的错误猝发被解除，这减少了错误的影响且增加了校正上述错误的前向纠错码的能力。
码元映射器208将码元流传送到移相器210。随后，移相器210通过移动码元的相位，对移相器接收到的每个码元进行加密(308)，以产生加密的相移码元。信号处理单元204根据耦合到移相器210的码字生成器212输出的码字‘θ’，确定相移。优选地，自建立通信会话时发射侧202和接收侧250交换的一个或多个会话密钥以及唯一地与MS110相关联的移动序号，获得码字。
当在发射通信设备202和接收通信设备250之间建立通信会话时，信号处理单元204通过将会话密钥输入到码字生成器212中，使码字生成器212初始化，所述会话密钥通常是比特串、或者从会话密钥获得的比特串、和/或移动序号、或者从移动序号获得的比特串。与输入到幅度和相位调节器210中的每个码元相对应，幅度和相位调节器210读取码字生成器212输出的比特。随后，信号处理单元204根据读取的比特确定相移。
如在现有技术中已知的，数据通过空中在被称为帧的组中发射。在建立通信会话之后，每次发射侧202开始新的帧时，信号处理单元204都使码字生成器212重新初始化，从而使得及时地根据重新初始化过的码字生成器212，对被加密以嵌入在新帧中的第一码元进行加密。新帧的报头包括新帧指示符(NFI)，其表示这是新的帧，以及该NFI向接收通信设备250指出接收通信设备应该同时使其码字生成器重新初始化。由此，在发射侧202和接收侧250的码字生成器之间保持同步。
移相器210将加密的相移码元流传送到正交调制器214。当码元映射器208包括多个码元映射器(其每个将多种数据类型的数据类型映射到码元星座)时，只有根据用户数据产生码元流的码元映射器向移相器210传送所产生的码元流。随后，移相器210移动与用户数据相关联的每个码元的相位，以产生加密的，即，相移的码元流，该相移码元流被传送到正交调制器214。基于相关联的非用户数据产生码元流的其他码元映射器中的每个绕过移相器210，且向正交调制器214直接传送非加密的，即，未移相的码元流。
正交调制器214利用正交子载波，对正交调制器接收到的每个码元进行调制，正交子载波例如是OFDM通信系统中的多个频率子带中的一个、或正交码、或CDMA通信系统中的OVSF。在本发明的一个实施例中，OFDM实施例，正交调制器214包括耦合到变换器218的串行-并行(S/P)转换器216，该变换器进一步耦合到并行-串行(P/S)转换器220。响应于接收每个码元，正交调制器214将接收到的码元路由至S/P转换器216。S/P转换器216向多个(‘N’个)正交子载波中的一个(即，频率子带)指配(310)每个码元，实际上将从移相器210接收到的码元流从串行形式转换为并行形式，且产生N个并行码元，其中N是包含在为通信会话分配的频率带宽中的子载波数。随后，S/P转换器216将N个并行码元施加到变换器218。当正交调制器214接收到的码元与多种数据类型(例如用户数据、导频数据和同步数据)相关联时，S/P转换器216将与相同数据类型相关联的每个码元指配给来自一个或多个正交子载波的相同集合的正交子载波。即，与用户数据相关联的码元可以被指配给来自第一集合的正交子载波的一个或多个正交子载波，与导频数据相关联的码元可以被指配给来自第二正交子载波集合的一个或多个正交子载波，以及与同步数据相关联的码元被指配给来自第三正交子载波集合的一个或多个正交子载波。
变换器218将N个并行码元的每个码元变换(312)为时域信号，即，时域子载波，其中所述码元被指配给频率子带，即，频域子载波，由此产生了多个(N)调制正交时域子载波，其中每个子载波对应于被包括在该频带中的子带。多个正交频率子带fn(t)，n＝0，1，...，N-1可以被认为是对于t∈
的正弦或复指数形式ej2II(W/N)nt，其中W是可用的频率带宽，且W/N表示子载波之间的频率间隔。
如在OFDM系统中已知的，可以利用逆快速傅里叶变换(IFFT)实现变换器218的功能，或可替换地，利用逆离散傅里叶变换(IDFT)实现变换器218的功能。N个并行码元被提供作为IFFT的输入，且IFFT输出频率fn的N个并行时域子载波，其中通过N个并行输入码元的对应输入码元，对N个并行子载波的每个子载波进行调制。随后，构成IFFT输出的调制时域子载波被传送到P/S转换器220。
在本发明的另一实施例中，移相器210可以包括移相器模块，其插入在S/P转换器216和变换器218之间，而不是位于S/P转换器之前。在上述实施例中，移相器210可以包括多个移相器，PS1-PSN，其中多个移相器的每个移相器与S/P转换器输出的多个(‘N’个)并行码元中的码元相关联，且从S/P转换器216接收S/P转换器输出的多个(‘N’个)并行码元中的所述码元。多个移相器PS1-PSN的每个移相器进一步与对应的多个(‘N’个)频率子带中的对应的一个相关联。每个上述移相器接收码字生成器212产生的码字θ、连同多个移相器PS1-PSN接收到的‘N’个并行码元的每个集合，其中码字θ与提供至多个移相器PS1-PSN的其他移相器的码字不同。响应于接收码元和码字，多个移相器PS1-PSN的每个移相器通过移动码元的相位，对该码元进行加密，其中所述相移基于所述码字，以产生加密的相移码元。随后，每个移相器PS1-PSN将相移码元施加至变换器218，用于从对应的频率子带(即，频域子载波)变换到对应的时域信号(即，时域子载波)。
在本发明的实施例中，其中码元映射器208包括多个码元映射器，其每个将不同的数据类型映射至码元星座，只有与用户数据相关联的S/P转换器216输出的指配码元才被传送到多个移相器PS1-PSN中的一个。其他指配码元绕过移相器210且由S/P转换器216直接传送至变换器218。多个移相器PS1-PSN的每个移相器接收与用户数据相关联的指配码元，并且移动该码元的相位，以产生被传送到变换器218的相移码元。随后，变换器218将从移相器PS1-PSN接收到的每个相移码元从对应的频率子带(即，频域子载波)变换到对应的时域信号(即，时域子载波)，以产生与用户数据相关联的调制时域子载波。变换器218进一步将直接从S/P转换器216接收到的每个非相移码元从对应的频率子带(即，频域子载波)变换到对应的时域信号(即，时域子载波)，以产生与非用户数据相关联的调制时域子载波。自变换多个相移和非相移码元得到的调制时域子载波随后被传送到P/S转换器220。
P/S转换器220，优选地是多路复用器，将从变换器218接收到的时域子载波从并行形式转换为串行形式，以产生第一输出信号。P/S转换器220将第一输出信号传送到循环前缀(C/P)添加器222，其向第一输出信号附加(318)保护带间隔或循环前缀，以产生第二输出信号。通常，附加循环前缀包括附加每个OFDM码元的最后Tg秒，作为其自身的前缀。优选地，Tg是16抽头(tap)的预先指配长度，或者0.8us；然而，当设计者权衡过较长循环前缀给予的较好保护相对于较长前缀的低效率时，本领域普通技术人员可以了解，循环前缀的预先指配长度取决于系统的设计者。C/P添加器222将第二输出信号传送到发射侧202的发射机部分230，该发射侧202耦合到信号处理单元204。发射机部分230包括耦合到放大器234的调制器232。发射机部分230将第二输出信号路由至调制器232。调制器232将第二输出信号从基带频率上变频(320)至发射频率，以产生上变频信号。上变频信号被传送至功率放大器(PA)234，其放大(322)该信号，以生成放大信号，并经由天线236和空中接口104，发射(324)该放大信号。随后，逻辑流程300结束(326)。
在本发明的另一实施例中，CDMA实施例，正交调制器214可以包括至少一个扩频器(代替S/P转换器)、变换器和P/S转换器。在上述实施例中，所述至少一个扩频器利用正交扩频码，即，CDMA子载波，对从移相器210接收到的相移码元进行扩频(316)，以产生第一输出信号，即，调制的(即，扩频)的码元流。例如，正交调制器214可以包括多个串行的扩频器，其中所述多个扩频器的一个扩频器利用长码对每个码元进行扩频，以及多个扩频器的另一扩频器利用Walsh码或OVSF对所述码元进行扩频。当传送到正交调制器214的码元包括与多种数据类型相关联的码元时，正交调制器利用指配给对应数据类型的正交扩频码，对每个接收到的码元进行扩频，以产生调制子载波。扩频码元被随后传送到发射机部分230。即，可以利用第一一个或多个正交子载波(即，扩频码)，对与用户数据相关联的码元进行扩频，可以利用第二一个或多个正交子载波，对与导频数据相关联的码元进行扩频，以及可以利用第三一个或多个正交子载波，对与同步数据相关联的码元进行扩频。在CDMA实施例中，信号处理单元204可以包括或可以不包括插在正交调制器214和发射机部分230之间的C/P添加器222，该C/P添加器222可以向正交调制器输出的扩频码元流添加前缀。
现在参考图4和5，其示出了根据本发明实施例的码字生成器212的操作。图4示出了根据本发明实施例的码字生成器212的框图。图5示出了根据本发明实施例的方法的逻辑流程图500，利用该方法，码字生成器212生成移相器210所使用的码字‘θ’，其中移相器210使用该码字‘θ’，以移动该移相器接收到的码元的相位。
当使用用于产生码字‘θ’的比特序列对码字生成器212的循环缓冲器414进行加载(504)时，逻辑流程图500开始(502)。当建立通信会话时，初始地加载循环缓冲器514，以及当每次发射通信设备202开始新帧的时候，对循环缓冲器514重新加载。即，如在现有技术中已知的，在帧中发射数据。每次信号处理单元204汇编新帧时，该信号处理单元都使循环缓冲器414重新初始化，从而使得及时地根据重新初始化过的循环缓冲器，对被加密用于嵌入在新帧中的第一码元进行加密。新帧的报头包括新帧指示符(NFI)，其指出这是新的帧，以及该NFI向接收通信设备250指出，接收通信设备应该同时使其循环缓冲器重新初始化。由此在该发射和接收通信设备202，250的码字生成器之间保持同步。
优选地，利用如下比特序列加载循环缓冲器414。信号处理单元204提供第一加密密钥402，以及组合器410接收第一加密密钥402。优选地，第一加密密钥402是动态16比特密钥，其仅在呼叫的持续时间内有效且用于单一的分组猝发，例如这样的16比特密钥，该密钥得自于通信会话建立期间由发射通信设备202和接收通信设备250交换的会话密钥，并且保存在至少一个存储器设备240中。在本发明的一个实施例中，第一加密密钥402可以经由混频器406传送到组合器410，其中利用第一扩频码404对第一加密密钥进行扩频，该第一扩频码保存在每个发射通信设备202和接收通信设备250中的至少一个存储器设备240、290中的每个中。在本发明的另一实施例中，第一加密密钥402可以被直接传送至组合器410。
信号处理单元204进一步提供第二加密密钥408，以及组合器410接收第二加密密钥408。优选地，第二加密密钥408是对于MS110唯一的静态48比特密钥，例如唯一地与MS相关联且保存在发射通信设备202的至少一个存储器设备240中的移动序号，比如电子序号(ESN)。
组合器410组合接收到的第一加密密钥402和接收到的第二加密密钥408，以产生用于输入到循环缓冲器414中的第一码字412。优选地，码字412的长度为64比特，其中从第一加密密钥402获得16比特最高有效比特，以及从第二加密密钥408获得剩余的48比特。然而，本领域技术人员可以意识到，用于组合第一加密密钥402和第二加密密钥408的算法对于本发明来说并非关键点，且在不背离本发明的精神和范围的情况下，组合器410可以使用各种算法中的任何算法组合第一加密密钥和第二加密密钥。组合器410可以进一步包括并置功能(concatenation function)，该并置功能将一个或多个第一加密密钥402、第二加密密钥408或第一加密密钥和第二加密密钥的组合并置，以便生成期望长度的码字，即，适合于循环缓冲器414的长度。在本发明的另一实施例中，可以仅仅从第一加密密钥402或第二加密密钥404中的一个获得码字412，该密钥可以被直接提供至循环缓冲器414，或可以经由一个或多个并置功能和扩频器、或乘法器，提供到循环缓冲器。
循环缓冲器414将第一码字412转换为循环的串行数据。优选地，循环缓冲器414是左移位寄存器，其中最高有效比特(MSB)最先串行并且最低比特(LSB)最后串行。每次从缓冲器414中读取MSB时，该缓冲器在左侧移位一个位置，并且该MSB被加载回到缓冲器作为LSB。结果，当存储在缓冲器中的码字到达最初存储的码字的LSB时，该序列将再次以最初存储的码字的MSB继续。
随后，从循环缓冲器414中读取(506)串行序列，以及将该串行序列路由至耦合到缓冲器的码字扩展器416。码字扩展器416根据存储在循环缓冲器414中的64比特码字，对从循环缓冲器414中读取的串行序列进行扩展(508)，从而形成更长的、128比特的第二码字418。优选地，码字扩展器416是二分之一(1/2)的卷积编码器，其在现有技术中是已知的，且在IEEE802.16标准的Section 8.2.1.2.1.3中有定义。根据存储在循环缓冲器414中的64比特码字，二分之一卷积编码器向从循环缓冲器414中读取的串行序列添加冗余，以产生更长的、128比特的第二码字418。
码字扩展器416将第二码字418传送到异或(XOR)门422。然而，在本发明的另一实施例中，当从缓冲器414中读取的串行序列具有不需要扩展的大小时，码字生成器可以不包括码字扩展器416。在上述实施例中，从循环缓冲器414中读取的串行序列可以被直接路由至异或(XOR)门422。除了接收码字418之外，XOR门422进一步接收随机或伪噪声(PN)序列420。XOR门420利用序列420，对码字418进行异或操作(510)，以产生第三码字424。通过利用序列420对码字418进行异或操作，由码字生成器212提供至移相器210的码字‘θ’被进一步随机化，由此使得移相器所引入的相移更难被检测。优选地，序列420是用于对导频信号进行扩频的导频序列，例如由IEEE802.16标准的Section 8.3.3.4.2或Section 8.4.9.4.1定义的导频序列。上述导频序列通常包括良好的随机序列的属性。然而，本领域技术人员可以意识到，此处可以使用任何随机或PN序列。
XOR门422将第三码字424传送到串行-并行(S/P)缓冲器426，该缓冲器对码字进行缓存(512)。随后，信号处理单元204从S/P缓冲器426中读取(514)码字，并且将所读取的码字430路由至乘法器。乘法器进一步接收多个子载波索引的子载波索引432，连同从缓冲器426中读取的每个码字，其中多个子载波索引的每个子载波索引对应于多个(‘N’个)子载波的子载波。随后，乘法器434使从缓冲器426中读取的每个码字430乘以(516)子载波索引432，以产生了与多个(‘N’个)子载波中的子载波相关联的码字436。通过使乘法器434接收到的每个码字乘以不同的子载波索引值，码字生成器212可以向‘N’个并行码元的每个码元引入与该‘N’个并行码元中其他码元所引入的相移不同的相移，其中所述子载波索引值与指配给如下码元的子载波相关联，所述码元是将要根据码字被相移的码元。这进一步增加了对通信设备进行截听以解密该加密码元的难度。
比如，当移相器210包括插在S/P转换器216和变换器218之间的移相器模块时，乘法器434可以使S/P缓冲器426输出的第一码字乘以第一子载波索引432。所得到的码字被随后传送到多个移相器PS1-PSN的第一移相器PS1。乘法器434可以随后使仍然是由S/P缓冲器426输出的相同的码字乘以第二子载波索引432，并且将所获得的码字传送到多个移相器PS1-PSN的第二移相器PS2(未示出)等等。由此传送到每个移相器PS1-PSN的每个码字不同于传送到其他移相器的码字。然而，在本发明的另一实施例中，并且为了减少码字生成器212的复杂性，乘法器434可以不必被包括在码字生成器中，并且从缓冲器426中读取的码字430可以不必乘以对应的子载波索引值。
随后，乘法器434将每个码字436传送到截断功能438。截断功能438截断(518)每个码字436，以生成截断的码字，该截断码字是被提供至移相器210的码字‘θ’。码字‘θ’的长度取决于通信系统100的设计者，并且应当是适合于通信系统100的设计者期望的间隔尺度水平的长度，以用于通过移相器210引入相移。优选地，码字‘θ’为八(8)比特；然而本领域技术人员可以意识到，‘θ’可以是任何长度。在本发明的另一实施例中，从S/P缓冲器426中读取的、或由乘法器434产生的每个码字430的长度可以是适合于码字‘θ’的长度。在上述实施例中，当码字可能不需要被截断以产生码字‘θ’时，码字生成器212可以不必包括截断功能438。逻辑流程图500随后结束(520)。
随后，移相器210使用码字‘θ’，以向由移相器从码元映射器208接收到的码元施加相移。现在参考图6和7，示出了根据本发明实施例的移相器600的操作，例如移相器210的操作，或者当移相器210包括多个移相器PS1-PSN时，多个移相器PS1-PSN的每个移相器的操作。图6示出了根据本发明实施例的移相器600的框图。图7示出了根据本发明实施例的方法的逻辑流程图700，移相器600执行该方法以实现移相器接收到的码元中的相移。
当移相器600接收(704)来自码字生成器212的码字‘θ’时，逻辑流程图700开始(702)。移相器600将所接收到的码字路由至正弦和余弦函数生成器602。根据接收到的码字，正弦和余弦函数生成器602生成(706)对应于正弦函数‘sinα’的第一值和对应于余弦函数‘cosα’的第二值，其中‘α’是与从码字生成器212接收到的码字‘θ’相对应的角度。比如，当‘θ’是‘n’比特码字时，则α＝C×(360°/2n)，其中C对应于码字‘θ’所表示的值。比如，假定‘θ’是八(8)比特码字。进一步，假如由码字生成器212提供至移相器210的码字‘θ’是‘10001001’。该码字对应于值137，则α等于‘137×(360°/256)’或者大约192°。正弦和余弦函数生成器602随后生成对应于192°的正弦的第一值，以及生成对应于192°的余弦的第二值。优选地，正弦和余弦函数生成器602通过参考由至少一个存储器设备240保存的查找表，生成对应于‘sinα’和‘cosα’的值。正弦和余弦函数生成器602随后将第一和第二值，即，‘sinα’和‘cosα’路由至正交加密器604。
正交加密器604从正弦和余弦函数生成器602接收第一和第二值，即，‘sinα’和‘cosα’。正交加密器604进一步接收(708)码元映射器208产生的码元(Iin，Qin)。随后，正交加密器604根据从正弦和余弦函数生成器602接收到的‘sinα’和‘cosα’，移动(710)码元的相位，以产生加密的相移码元(Iout，Qout)。更具体地，正交加密器604通过执行保存在至少一个存储器设备240中的以下公式，产生相移码元(Iout，Qout)Iout＝(Iinxcosα)-(Qinxsinα)，以及Qout＝(Iinxsinα)+(Qinxcosα).
只要适当，相移码元(Iout，Qout)随后被移相器600传送至诸如正交调制器214的正交调制器或者诸如变换器218的变换器，且逻辑流程图700随后结束(712)。
通信系统100的接收侧250实现相对于发射侧202的相反功能。现在参考图8，示出了根据本发明实施例的接收侧250的操作的逻辑流程图800。当经由天线252接收的信号被路由至接收机部分260时，逻辑流程800开始(802)，其中低噪声放大器(LNA)262对接收信号进行放大(804)。LNA262随后将该放大信号路由至解调器264，该解调器264将该放大信号从发射频率下变频(806)为基带频率。随后，基带信号被传送到接收侧信号处理单元270。
信号处理单元270将该基带信号路由至循环前缀(C/P)移除器272，其移除(808)已经被附加到信号的循环前缀。C/P移除器272将无循环前缀的信号传送到正交解调器274。当对应的发射侧202不包括C/P添加器时，则信号处理单元270可以将基带信号直接路由至正交解调器274。正交解调器274执行与正交调制器214执行的功能相反的功能。在本发明的一个实施例中，OFDM实施例，正交解调器274包括耦合到反向变换器278的S/P转换器276，该反向变换器进一步耦合到P/S转换器280。在上述实施例中，正交解调器274将无循环前缀的信号路由至S/P转换器276。S/P转换器276将下变频的无前缀信号从串行形式转换(810)为并行形式，输出N个并行的调制子载波。N个并行调制子载波被传送至反向变换器278，诸如离散傅里叶变换(DFT)或者快速傅里叶变换(FFT)，其基于在变换器218中使用的N个正交函数的对应正交函数，将N个并行调制子载波的每个子载波从时域变换(812)为频域。即，反向变换器278将每个加密码元变换为与该码元的时域子载波相关联的频域子带或者子载波，以产生多个加密码元。根据‘N’个调制子载波，反向变换器278的输出包括‘N’个并行加密码元，其中‘N’个并行加密码元的每个码元是从发射侧202使用的星座的‘M’个可能的码元得到的。
变换器278将‘N’个并行加密码元传送到P/S转换器280。P/S转换器280将‘N’个并行加密码元从并行形式转换(814)为串行形式，以产生加密码元流，并且将该码元流传送到移相器282。移相器282通过移动加密码元的相位以作为对移相器210添加给码元的相移的补偿，对码元流中的每个加密码元进行解密(818)，由此产生多个解密码元。随后，移相器282将每个解密码元传送到反向码元映射器286。
在本发明的另一实施例中，其中发射数据包括多种数据类型，诸如用户数据、导频数据以及同步数据，并且发射侧移相器只对用户数据进行加密，随后，正交解调器只将与用户数据相关联的码元传送至移相器282。通过移动加密码元的相位以作为移相器210添加给码元的相移的补偿，移相器282对每个加密码元进行解密，即，对与用户数据相关联的码元进行解密，以产生被传送到反向码元映射器286的解密码元流。当通过P/S转换器280输出时，发射侧不会对与非用户数据类型相关联的码元进行加密，因此所述码元具有非加密格式，即，包括非加密码元流。只要适当，非加密码元可以随后被用于同步和导频内插用途，以及可以在不被传送至反向码元映射器286的情况下被丢弃。
根据与用于在移相器210中确定相移的码字相同的码字，移相器282实现了每个加密码元的相移，耦合到移相器282的码字生成器284生成该码字。例如，在本发明的一个实施例中，移相器282可以从码元的相位减去等于移相器210添加给码元的相移的相位。在本发明的另一实施例中，移相器282可以给码元加上这样的相位，即，该相位使得该码元将围绕复平面完成所述码元的360°旋转，即，可以施加近似等于‘360°-θ’的相移。例如，如果移相器210向码元施加192°的相移，则移相器282可以向该码元施加约‘360°-192°’或168°的相移。
码字生成器284输出与码字生成器212输出的码字同步的码字。当在发射通信设备202和接收通信设备270之间最初建立通信会话时，信号处理单元274通过将会话密钥、或者从会话密钥获得的比特串、和/或移动序号、或者从移动序号获得的比特串输入到码字生成器，使码字生成器284初始化。在建立通信会话之后，每次接收通信设备270接收到新的帧时，信号处理单元274都使码字生成器284重新初始化，从而使得及时地根据重新初始化过的码字生成器，对根据该新帧解密的第一码元进行解密。
在本发明的另一实施例中，移相器282可以包括移相器模块，其插在反向变换器278和P/S转换器280之间，而不是跟在P/S转换器之后。在上述实施例中，类似于移相器210，移相器282可以包括多个移相器PS1-PSN，其中多个移相器的每个移相器与反向变换器输出的多个(‘N’个)并行码元的加密码元相关联，并且从反向变换器278接收该反向变换器输出的多个(‘N’个)并行码元的加密码元。多个移相器PS1-PSN的每个移相器进一步与对应的多个(‘N’个)子载波中的一个相关联。每个移相器PS1-PSN接收码字生成器284生成的码字‘θ′’，连同多个移相器PS1-PSN接收到的‘N’个并行码元的每个集合，其中所述码字‘θ′’与提供至其他移相器PS1-PSN的码字不同。响应于接收码元和码字，每个移相器PS1-PSN通过根据码字移动码元的相位，对码元进行解密，以产生解密码元。随后，每个移相器PS1-PSN将该解密码元施加到P/S转换器280，用于从并行形式转换到串行形式。
在发射数据包括多种数据类型，诸如用户数据、导频数据以及同步数据时，反向变换器278经由对应的移相器PS1-PSN，仅将加密码元传送至P/S转换器280，其中所述加密码元是与用户数据相关联的且是由发射侧进行了相移的码元。反向变换器278直接将非加密码元传送至P/S转换器280，其中所述非加密码元是与一个或多个其他数据类型，例如导频数据和同步数据相关联的且没有由发射侧执行相移的码元。换言之，当发射数据包括与用户数据相关联的多个加密码元和与非用户数据(诸如导频数据或者同步数据)相关联的多个非加密码元时，S/P转换器276将下变频信号指配给多个时域子载波，其中多个时域子载波的一个或多个时域子载波与用户数据相关联，以及多个时域子载波的一个或多个时域子载波与导频数据相关联。随后，反向变换器278将与用户数据相关联的每个时域子载波变换为频域子载波，以产生多个加密码元，以及进一步将与非用户数据相关联的每个时域子载波变换为频域子载波，以产生多个非加密码元。随后，反向变换器278将该加密码元传送到移相器模块282，以及更具体地，传送到移相器PS1-PSN，以及将非加密码元传送到P/S转换器280。每个移相器PS1-PSN根据码字移动码元的相位，对接收到的加密码元进行解密，以产生解密码元，以及将解密码元传送到P/S转换器280。随后，P/S转换器280将从移相器模块282接收到的解密码元和从反向变换器278接收到的非加密码元从并行格式转换为串行格式。
在本发明的另一实施例中，CDMA实施例，正交解调器274可以包括至少一个解扩频器(代替S/P转换器)、反向变换器和P/S转换器。在上述实施例中，至少一个解扩频器通过应用与正交调制器214使用的正交扩频码相对应的正交扩频码，即，CDMA子载波，接收到的加密码元解扩频(816)，从而解调该接收信号并且产生解调流，即，解扩频的加密码元流。例如，正交解调器274可以包括多个串行的解扩频器，其中所述多个解扩频器的一个解扩频器利用长码对每个码元解扩频，以及多个解扩频器的另一解扩频器利用Walsh码或OVSF对所述码元解扩频。进一步，在本发明的CDMA实施例中，信号处理单元274可以包括或者可以不必包括C/P移除器272。在CDMA实施例中，正交解调器274随后将每个解扩频的加密码元传送到移相器282。如上所详细描述的，随后，通过移动码元的相位以作为对移相器210添加给码元的相移的补偿，移相器282对每个解扩频的加密码元进行解密(818)，由此产生多个解密码元。
根据码元映射器208使用的码元映射方案，反向码元映射器286通过恢复(820)与每个解密码元相对应的P元组，产生了比特流。即，反向码元映射器286将每个码元映射到码元映射器208使用的星座中的对应点，由此恢复与该点相对应的P元组。随后，反向码元映射器286将恢复的比特流传送到解码器288。解码器288根据编码器206所应用的纠错码，对比特流进行解码(822)，并且将解码比特流传送到数据接收器(sink)(未示出)，并且逻辑流程800随后结束(824)。
通过移动基于发射和接收通信设备已知信息而发射的码元的相位，通信系统100提供物理层处的加密，其使得空中接口对于通信的不期望的截听者的解密来说更加安全。在本发明的一个实施例中，包括在发射通信设备中的码元映射器根据接收到的比特流和码元映射方案产生多个码元。随后，包括在发射通信设备中的移相器根据码字来移动每个码元的相位，以产生加密码元，该码字产生器可以根据发射和接收通信设备均已知的一个或多个加密密钥来生成该码字。随后，经由空中接口发射该加密码元。随后，通过将每个接收到的加密码元移动与用于加密该码元的相位相对应的相位，接收通信设备对接收到的加密码元进行解密，由此产生解密码元。随后，反向码元映射器根据发射设备码元映射器使用的码元映射方案，对对应于每个解密码元的比特进行恢复。
尽管已经参考特定的实施例对本本发明进行了具体地阐述和显示，但本领域技术人员应该理解的是，在不背离由以下权利要求书所说明的本发明的精神上和范围的情况下，可以作出各种改变和使用等同物对各部件进行替换。此外，本领域技术人员可以意识到，此处详细说明的发射通信设备和接收通信设备的组件与操作不是排他性的，而仅仅是被提供用于帮助理解和评估本发明的创造性原理和优点，而并非用于以任何方式限制本发明。因此，说明和附图都应该被认为是说明性的而非限制性的，且上述变化和替换都应当被视为被包含在本发明的范围之内。
以上已经参考特定实施例描述了本发明的益处、其他优点和解决方案。然而，可以导致任何益处、优点或者解决方案出现或变得更加明确的益处、优点、问题的解决方案和任何部件(多个)都不应被视为是任何或全部权利要求的关键性的、必须的、或本质的特征或部件。如此处使用的，术语“包括”、“包括的”或者其任何变型是指覆盖了非排他性的包括，由此，包括一系列部件的工艺、方法、物品、或者装置不仅仅包含那些部件，而且还可以包括没有明确列出的或对于上述工艺、方法、物品、或者装置固有的其他部件。此外，除非此处另有说明，相关联术语的使用，如果有的话，例如第一和第二、顶部和底部等等，在实体或者动作之间不必须需要或暗示任何实际的关系或顺序的情况下，该相关联术语被仅仅用来将这样的一个实体与另一个实体或动作相区别。
权利要求
1.一种用于加密无线传输的方法，包括接收多个码元；移动所述多个码元中每个码元的相位，以产生多个相移码元；利用正交子载波对所述多个相移码元中的每个相移码元进行调制，以产生至少一个调制子载波；以及经由无线链路，发射所述至少一个调制子载波。
2.如权利要求1的方法，其中所述多个码元包括与用户数据相关联的码元、以及与导频数据相关联的码元，其中所述移动包括移动与用户数据相关联的每个码元的相位，以产生多个相移码元；以及不移动与导频数据相关联的每个码元的相位，以产生多个非相移码元，以及其中，所述调制包括利用第一正交子载波，对与用户数据相关联的所述多个相移码元中的每个相移码元进行调制，以及利用第二正交子载波，对所述多个非相移码元中的每个非相移码元进行调制。
3.如权利要求1的方法，其中所述多个相移码元包括相移码元流，以及其中所述调制包括将所述多个相移码元中的每个相移码元指配给多个频率子带中的频率子带；以及将每个相移码元变换为与所述相移码元的频率子带相关联的时域子载波，以产生多个调制时域子载波。
4.如权利要求3的方法，其中所述多个调制时域子载波具有并行形式，以及其中所述发射包括将所述多个调制子载波从并行形式转换为串行形式，以产生输出信号；以及经由无线链路发射所述输出信号。
5.如权利要求1的方法，其中所述移动包括将所述多个码元中的每个码元指配给多个频率子带中的频率子带，以产生多个指配码元；移动所述多个指配码元中的每个指配码元的相位，以产生多个相移码元；以及其中所述调制包括将每个相移码元变换为与所述相移码元的频率子带相关联的时域子载波，以产生多个调制时域子载波。
6.如权利要求1的方法，其中所述移动相位包括根据从会话密钥和移动序号中的至少其中之一获得的码字，移动所述多个码元中的每个码元的相位。
7.如权利要求6的方法，其中所述移动相位包括根据会话密钥和移动序号中的至少其中之一生成码字；以及对于所述多个码元中的每个码元，生成sinα以及cosα，其中α是从所述码字获得的；以及根据sinα以及cosα，移动所述码元的相位，以产生相移码元。
8.如权利要求1的方法，其中所述移动相位包括根据多个码字中的码字，移动所述多个码元中的每个码元的相位，以及其中所述方法进一步包括根据所述会话密钥和所述移动序号中的至少其中之一，利用比特序列加载缓冲器；从所述缓冲器中读取串行序列；利用不同的序列对所述串行序列进行异或操作，以产生码字；以及使所述码字乘以多个子载波索引中的每个子载波索引，以产生所述多个码字。
9.一种用于接收加密的无线传输的方法，包括经由无线链路接收至少一个调制子载波；对所述至少一个调制子载波进行解调，以产生多个加密码元；以及向所述多个加密码元中的每个加密码元施加相移，以产生多个解密码元。
10.如权利要求9的方法，其中所述至少一个调制子载波包括与用户数据相关联的子载波和与导频数据相关联的子载波，其中所述解调包括对与用户数据相关联的所述子载波进行解调，以产生多个加密码元；以及，对与导频数据相关联的所述子载波进行解调，以产生多个非加密码元，以及其中所述施加相移包括向所述多个加密码元中的每个加密码元施加相移，以产生多个解密码元。
11.如权利要求9的方法，其中所述至少一个调制子载波包括多个调制子载波，其中所述多个加密码元包括加密码元流，以及其中所述解调包括将多个调制子载波从串行形式转换为并行形式，以产生多个并行的调制子载波；通过正交函数，对多个并行的调制子载波中的每个子载波进行解调，以产生多个并行的加密码元；以及将所述多个并行的加密码元从并行形式转换为串行形式，以产生加密码元流；
12.一种通信设备，包括信号处理单元，包括移相器，该移相器接收多个码元并且向所述多个码元中的每个码元施加相移，以产生多个相移码元；正交调制器，该正交调制器接收所述多个相移码元，以及利用正交子载波对所述多个相移码元中的每个相移码元进行调制，以产生至少一个调制子载波；以及发射机部分，该发射机部分耦合到所述信号处理单元，所述发射机部分经由无线链路发射所述至少一个调制子载波。。
13.如权利要求12的通信设备，其中所述多个码元包括与用户数据相关联的多个码元、以及与导频数据相关联的多个码元，其中所述移相器接收与用户数据相关联的所述多个码元，并且移动每个上述码元的相位，以产生多个相移码元，以及其中所述正交调制器接收所述多个相移码元，接收与导频数据相关联的多个非相移码元，利用第一正交子载波对所述多个相移码元中的每个相移码元进行调制，以及利用第二正交子载波对所述多个非相移码元的每个非相移码元码元进行调制。
14.如权利要求12的通信设备，其中所述多个相移码元包括相移码元流，以及其中所述正交调制器包括串行-并行转换器，该串行-并行转换器向多个频率子带中的频率子带指配所述多个相移码元中的每个相移码元；以及变换器，该变换器将每个相移码元变换为与所述码元的频率子带相关联的时域子载波，以产生多个调制时域子载波，其中所述多个调制子载波具有并行形式；以及并行-串行转换器，该并行-串行变换器将所述多个调制子载波从并行形式转换为串行形式，以产生输出信号；以及其中所述发射机部分通过经由所述无线链路发射所述输出信号，发射所述至少一个调制子载波。
15.如权利要求12的通信设备，进一步包括码字生成器，该码字生成器耦合到所述移相器，并且根据会话密钥和移动序号中的至少其中之一生成多个码字，且其中所述移相器根据多个码字中的码字，移动所述多个码元中的每个码元的相位。
16.如权利要求15的通信设备，其中所述码字生成器包括缓冲器，该缓冲器根据所述会话密钥和所述移动序号中的至少其中之一，存储比特序列；异或功能，该异或功能根据存储在所述缓冲器中的所述比特序列，接收串行序列，并且利用不同的序列对所述串行序列执行异或操作，以产生码字；以及乘法器，该乘法器使所述码字乘以多个子载波索引中的每个子载波索引，以产生多个码字。
17.如权利要求15的通信设备，其中所述移相器包括正弦和余弦函数生成器，对于所述多个码元中的每个码元，该正弦和余弦函数生成器生成sinα和cosα，其中α是自所述多个码字中的码字获得的；以及耦合到所述正弦和余弦函数生成器的正交加密器，对于所述多个码元中的每个码元，所述正交加密器根据针对所述码元而生成的所述sinα和cosα，移动所述多个码元中的码元的相位，以产生相移码元。
18.一种通信设备，包括具有正交调制器的信号处理单元，该信号处理单元接收多个码元，且该信号处理单元包括串行-并行转换器，该串行-并行转换器向多个频率子带中的频率子带指配所述多个码元中的每个码元，以产生多个指配码元；移相器模块，该移相器模块产生多个相移码元，其中所述移相器模块包括多个移相器，以及其中所述多个移相器中的每个移相器接收所述多个指配码元中的指配码元，并且移动所述指配码元的相位，以产生相移码元；变换器，该变换器将所述多个相移码元中的每个相移码元变换为与所述码元的频率子带相关联的时域子载波，以产生多个调制时域子载波，其中所述多个调制子载波具有并行形式；并行-串行转换器，该并行-串行转换器将所述多个调制子载波从并行形式转换为串行形式，以产生输出信号；以及发射机部分，该发射机部分耦合到所述信号处理单元，所述发射机部分经由无线链路发射所述多个相移码元。
19.如权利要求18的通信设备，其中所述多个码元包括与用户数据相关联的多个码元以及与导频数据相关联的多个码元，其中所述移相器接收与用户数据相关联的指配码元并且移动每个上述码元的相位，以产生多个相移码元，以及其中所述变换器接收与用户数据相关联的所述多个相移码元，接收指配的、与导频数据相关联的多个非相移码元，将每个相移码元变换为与所述码元的频率子带相关联的时域子载波，以产生与所述用户数据相关联的多个调制时域子载波，并且将每个非相移码元变换为与所述码元的频率子带相关联的时域子载波，以产生与导频数据相关联的多个调制时域子载波。
20.如权利要求18的通信设备，进一步包括耦合到所述移相器模块的码字生成器，该根据会话密钥和移动序号中的至少其中之一生成多个码字，且其中所述多个移相器中的每个移相器根据所述多个码字中的码字，移动所述多个码元中的每个码元的相位。
21.如权利要求20的通信设备，其中所述码字产生器包括缓冲器，该缓冲器根据所述会话密钥和所述移动序号中的至少其中之一，存储比特序列；异或功能，该异或功能根据存储在所述缓冲器中的所述比特序列，接收串行序列，并且利用不同的序列，对所述串行序列执行异或操作，以产生码字；以及乘法器，该乘法器使码字乘以多个子载波索引中的每个子载波索引，以产生多个码字。
22.如权利要求20的通信设备，其中所述多个移相器中的每个移相器包括正弦和余弦函数生成器，对于所述多个码元中的每个码元，该正弦和余弦函数生成器生成sinα和cosα，其中α是自所述多个码字中的码字获得的；以及耦合到所述正弦和余弦函数生成器的正交加密器，对于所述多个加密码元中的每个加密码元，所述正交加密器根据针对所述码元而生成的所述sinα和cosα，移动所述加密码元的相位，以产生解密码元。
23.一种通信设备，包括接收机部分，该接收机部分经由无线链路接收调制载波，且对所述调制载波进行下变频，以产生下变频信号；信号处理单元，该信号处理单元耦合到所述接收机部分且包括正交解调器，该正交解调器接收所述下变频信号，并且对所述下变频信号进行解调，以产生加密码元流；以及移相器，该移相器接收所述加密码元流，并且向所述加密码元流中的每个码元施加相移，以产生多个解密码元。
24.如权利要求23的通信设备，其中所述调制载波包括与用户数据相关联的加密码元、以及与导频数据相关联的非加密码元，其中所述正交解调器解调所述下变频信号，以产生多个加密码元和多个非加密码元，以及其中所述移相器向所述多个加密码元中的每个加密码元施加相移，以产生多个解密码元。
25.如权利要求23的通信设备，其中所述正交调制器包括串行-并行转换器，该串行-并行转换器向多个时域子载波指配所述下变频信号；以及反向变换器，该反向变换器将所述多个时域子载波中的每个时域子载波变换为频域子载波，以产生多个加密码元，其中所述多个加密码元具有并行形式；以及并行-串行转换器，该并行-串行转换器将所述多个加密码元从并行形式转换为串行形式，以产生加密码元流。
26.如权利要求23的通信设备，进一步包括耦合到所述移相器的码字生成器，该码字生成器根据会话密钥和移动序号中的至少其中之一生成多个码字，且其中所述移相器根据所述多个码字中的码字，移动所述多个加密码元中的每个加密码元的相位，以产生解密码元流。
27.如权利要求26的通信设备，其中所述码字产生器包括缓冲器，该缓冲器根据所述会话密钥和所述移动序号中的至少其中之一，存储比特序列；异或功能，该异或功能根据存储在所述缓冲器中的所述比特序列，接收串行序列，并且利用不同的序列对所述串行序列执行异或操作，以产生码字；以及乘法器，该乘法器使所述码字乘以多个子载波索引中的每个子载波索引，以产生多个码字。
28.如权利要求26的通信设备，其中所述移相器包括正弦和余弦函数生成器，对于所述多个码元中的每个码元，该正弦和余弦函数生成器生成sinα和cosα，其中α是自所述多个码字中的码字获得的；以及耦合到所述正弦和余弦函数生成器的正交加密器，对于所述多个加密码元中的每个加密码元，所述正交加密器根据针对所述码元而生成的所述sinα和cosα，移动所述加密码元的相位，以产生解密码元。
29.一种通信设备，包括接收机部分，该接收机部分经由无线链路接收调制载波，且对所述调制载波进行下变频，以产生下变频信号；耦合到所述接收机部分的信号处理单元，其中所述信号处理单元具有正交调制器，该正交调制器接收所述下变频信号且包括串行-并行转换器，该串行-并行转换器向多个时域子载波指配所述下变频信号；反向变换器，该反向变换器将所述多个时域子载波中的每个时域子载波变换为频域子载波，以产生多个加密码元，其中所述多个加密码元具有并行形式；移相器模块，该移相器模块产生多个解密码元，其中所述移相器模块包括多个移相器，以及其中所述多个移相器中的每个移相器接收所述多个加密码元中的加密码元，并且移动所述加密码元的相位，以产生解密码元；以及并行-串行转换器，该并行-串行转换器将所述多个解密码元从并行形式转换为串行形式，以产生解密码元流。
30.如权利要求29的通信设备，其中所述调制载波包括与用户数据相关联的多个加密码元、以及与导频数据相关联的多个非加密码元，其中所述串行-并行转换器向多个时域子载波指配所述下变频信号，其中所述多个时域子载波中的一个或多个时域子载波与用户数据相关联，以及所述多个时域子载波中的一个或多个时域子载波与导频数据相关联，其中所述反向变换器将与用户数据相关联的每个时域子载波变换为频域子载波，以产生多个加密码元，并且将与导频数据相关联的每个时域子载波变换为频域子载波，以产生多个非加密码元，其中所述多个加密码元和多个非加密码元具有并行形式，其中所述移相器模块自所述多个加密码元产生多个解密码元，以及其中所述并行-串行转换器将所述多个解密码元和多个非加密码元从并行形式转换为串行形式。
31.如权利要求29的通信设备，进一步包括耦合到所述移相器模块的码字生成器，该码字生成器根据会话密钥和移动序号中的至少其中之一产生多个码字，且其中所述多个移相器中的每个移相器根据所述多个码字中的码字，移动加密码元的相位，以产生解密码元。。
32.如权利要求31的通信设备，其中所述码字生成器包括缓冲器，该缓冲器根据所述会话密钥和所述移动序号中的至少其中之一，缓冲器比特序列；异或功能，该异或功能根据存储在所述缓冲器中的所述比特序列，接收串行序列，并且利用不同的序列对所述串行序列执行异或操作，以产生码字；以及乘法器，该乘法器使所述码字乘以多个子载波索引中的每个子载波索引，以产生所述多个码字。
33.如权利要求31的通信设备，其中所述多个移相器中的每个移相器包括正弦和余弦函数生成器，对于所述多个加密码元中的每个加密码元，该正弦和余弦函数生成器生成sinα和cosα，其中α是根据所述多个码字中的码字获得的；以及耦合到所述正弦和余弦函数生成器的正交加密器，对于所述多个加密码元中的每个加密码元，所述正交加密器根据针对所述码元而生成的所述sinα和cosα，移动所述加密码元的相位，以产生解密码元。
全文摘要
通信设备(202)将比特流转换为多个码元，并且通过移动多个码元中每个码元的相位以产生多个加密码元，由此提供物理层处的加密。利用正交子载波对多个加密码元中的每个加密码元进行调制(214)，以产生至少一个调制子载波，并且随后，经由无线链路发射至少一个调制子载波。在接收侧(260)，接收(260)通信设备(250)接收所发射(230)的加密码元，并通过对每个加密码元移动与发射侧处用于加密该码元的相位相对应的相位，提供物理层处的解密。
文档编号H04B1/69GK101027849SQ200580032005
公开日2007年8月29日 申请日期2005年9月12日 优先权日2004年9月23日
发明者尤达·Y·卢斯, 罗纳德·T·克罗克, 约翰·M·哈里斯 申请人:摩托罗拉公司