一种基于随机噪声调制的隐蔽通信系统技术方案

一种基于随机噪声调制的隐蔽数字通信系统，发射机以宿主数据为高斯噪声发生器的种子；联合正态分布噪声的相关系数由隐蔽比特来调制；携带隐蔽比特的联合正态分布噪声，线性叠加到宿主发射机数字调制器的输出；在接收端，以宿主数据为种子，生成与发射机相同的高斯噪声，然后再与联合正态分布噪声的估计做相关，经硬判决后即可恢复出隐蔽比特，实现信息的隐蔽传输。本发明专利技术具有较强的隐蔽性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于随机噪声调制的隐蔽通信系统
本专利技术涉及无线通信和信息安全
，具体涉及一种基于随机噪声调制的隐蔽通信系统。
技术介绍
由于电磁空间的开放性及电磁信号传输的辐射性，承载着重要信息的通信信号完全暴露在自由的空间中，以及标准协议的广泛采用，使得移动数据在传输过程中容易遭到非法用户的窃听，极有可能导致用户隐私、财务等个人重要信息的泄露。密码技术是将所要传递的明文信息进行加密处理，将明文变成不可识别的密文，使加密后的信息变得难以理解。但这样做却带来了另一个问题，加密技术将明文加密成一堆乱码，反而提醒窃听者，传输的数据存在重要的信息。如何能逃避窃听者的严密监控并实现电磁信号的隐蔽传输，在军事上成为信息对抗、争夺电磁空间控制权的关键；在民用上，保护用户重要信息不被窃听的关键。传统数字发射机(仅考虑基带)，包括了信源、信道编码、数字调制、上采样与根升余弦FIR滤波器，发送到信道。传统数字接收机(仅考虑基带)：包括了下采样与根升余弦滤波、数字解调、信道译码、信宿，恢复出发射机传输的信息。
技术实现思路
为了克服现有的合法用户的无法可靠保证重要信息不被窃听、隐蔽性较差的不足，为了能够让合法用户实现隐蔽数据的安全传输，本专利技术提出了一种随机噪声调制的隐蔽通信系统，它是一种借助于已方(或者他方、甚至敌方)的通信链路上的隐蔽通信系统，由于其信道避免了受到敌方的有意干扰和物理摧毁，是一种具有很强生存性的隐蔽通信手段。它不仅基本不影响原系统业务质量，而且能够有效地保证己方通信畅通。为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种基于随机噪声调制的隐蔽通信系统，包括：隐蔽发射机，用于以宿主通信数据为产生隐蔽系统中的高斯白噪声发生器的种子，产生噪声序列n1、n2；n1、n2构成联合正态分布噪声w，其相关系数隐蔽比特c来调制；随机噪声w叠加到传统数字发射机数字调制的输出，进入到上采样与根升余弦滤波器，再发射到信道中去；隐蔽接收机，用于隐蔽系统接收端的同步、信道估计和随机噪声w的恢复，均借助宿主系统来完成；借助宿主系统的数据作为高斯噪声发生器的种子，生成本地高斯白噪声借助宿主系统得到随机噪声w的估计然后与做相关，再经过硬判决，恢复出隐蔽系统。进一步，在所述的隐蔽发射机中，噪声序列n1、n2，联合正态分布噪声的相关系数由隐蔽比特c来调制，过程如下：隐蔽系统的联合正态分布噪声为：其中，c为隐蔽系统的信息比特；w(t)与n1(t)之间的相关系数由隐蔽比特c来调制，假定发送比特‘0’时，相关系数为ρ，发送比特为‘1’时，相关系数为-ρ；噪声序列n1(t)、n2(t)是相互独立的，均服从的正态分布随机过程；调制之后的随机噪声w，线性叠加到宿主发射机已调符号上。再进一步，所述宿主系统为传统数字通信系统，发射和接收处理过程如下：宿主系统采用的码率为2/3、约束长度向量为[5,4]以及码生成矩阵为[23,35,0；0,5,13]的卷积码来纠正信道产生的错码；在接收端采用Viterbi算法进行信道译码；采用格雷编码的16QAM进行数字调制和解调；采用滚降系数为0.25和4倍上采样/下采样的根升余弦滤波器，来实现脉冲成形和匹配滤波。其它类型的多进制数字调制方式、信道纠错编码，以及脉冲成形与匹配滤波，本专利技术均适用。所述隐蔽接收机中，传统接收机经过数字解调之后，再经过数字调制，获得了发射调制符号的估计再从接收信号中减去得到隐蔽发射机联合正态分布随机噪声的估计高斯白噪声发生器种子来源于全部或者预先约定的部分宿主通信数据产生噪声与输入到相关器，得到相关系数的估计再经过硬判决，恢复成隐蔽比特所述隐蔽接收机中，理论误码率的推导过程如下：设定隐蔽系统发送的比特为‘0’，则接收机对联合正态分布噪声的估计包含信道引入的信道噪声和宿主已调符号错误引入的调制噪声，把调制噪声归入到信道噪声中去，两者之和记为n(t)，假定宿主系统经过信道纠错译码之后，收发双方的数据是相同的，则隐蔽系统接收机能够生成与发射机一致的高斯白噪声n1(t)，假定n1(t)、n2(t)、n(t)都是高斯白噪声，因此其离散之后的采样值{n1,kn2,k,nk,k＝1,2,…,N}是相互独立的；设隐蔽系统的信噪比γ为隐蔽系统的噪声功率与信道噪声功率之比，也即式中，E[]为期望，令相关器的输出为式中N为一个隐蔽比特持续时间内的离散采样的个数，虽然u不是高斯的，但根据中心极限定理，u收敛于高斯分布，其均值为方差为：因此，假定隐蔽比特‘0’、‘1’是等概率的，则其误码率为：式中补误差函数定义为本专利技术的构思为：本专利技术是一种寄宿于宿主系统的随机噪声调制数字隐蔽通信系统。隐蔽通信系统的发射功率远远低于宿主系统，对宿主系统的影响甚小；经过强信道纠错编码之后，宿主系统的收发信息完全相同，因此隐蔽系统收发双方的随机数种子也是完全一致的，收发双方能产生相同的随机高斯噪声；联合正态分布噪声的相关系数由隐蔽比特来决定；叠加于宿主数字调制上的联合正态分布噪声，属于常见的信道噪声类型之一；如果窃听者未能预先获取隐蔽系统的工作机制，则窃听者不能感知宿主系统中内嵌的隐蔽信息；进一步，如果把基于收发双方唯一的、随机的信道密钥添加到随机数发生器种子中，因为窃听者无法获取宿主系统的随机信道密钥，所以窃听者无法产生与隐蔽通信系统一致的随机高斯噪声，这样就算窃听者知道隐蔽通信系统的工作机制也无法恢复出隐蔽比特。当信道信噪比较高时，经过信道纠错编码之后，宿主系统的收发双方数据是完全相同的。隐蔽接收机借助于宿主系统的数据为随机数的种子，由于收发双发的高斯噪声发生器的种子相同，产生上述隐蔽发射机相同的高斯噪声序列。同时，从信道接收到的信号，减去宿主系统的调制信号，即为含有信道噪声的联合正态分布噪声。然后高斯噪声与含有信道噪声的联合正态分布噪声做相关，得到其相关系数的估计，经过硬判决，得到隐蔽比特的估计。本专利技术的有益效果为：将欲传输的隐蔽比特转化为联合正态分布随机序列，叠加到传统的数字通信系统中。这种方法窃听者对此不敏感，而合法用户实现信息的隐蔽传输。附图说明图1所示为隐蔽通信系统整体框图。图2所示为隐蔽通信系统调制后的联合正态分布噪声叠加在宿主通信系统上的星座图。图3所示为隐蔽通信系统在不同信噪比条件下的误比特率。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作进一步描述。参照图1～图3，一种基于随机噪声调制的隐蔽通信系统，包括：隐蔽发射机，用于以宿主通信数据为产生隐蔽系统中的高斯白噪声发生器的种子，产生噪声序列n1、n2；n1、n2构成联合正态分布噪声w，其相关系数隐蔽比特c来调制；随机噪声w叠加到传统数字发射机数字调制的输出，进入到上采样与根升余弦滤波器，再发射到信道中去；隐蔽接收机，用于隐蔽系统接收端的同步、信道估计和随机噪声w的恢复，均借助宿主系统来完成；借助宿主系统的数据作为高斯噪声发生器的种子，生成本地高斯白噪声借助宿主系统得到随机噪声w的估计然后与做相关，再经过硬判决，恢复出隐蔽系统。所述宿主系统为传统数字通信系统，数字发射机包括信源、信道编码、数字调制、上采样与根升余弦FIR滤波器，发送到信道。假定信源A的‘0’、‘1’是等概率、随机产生的。信道编码采用了码率为2/3、约束长度向量为[5,4]以及码生成矩阵为[23,35,0；0,5,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于随机噪声调制的隐蔽通信系统，其特征在于：所述系统包括：隐蔽发射机，用于以宿主通信数据为产生隐蔽系统中的高斯白噪声发生器的种子，产生噪声序列n1、n2；n1、n2构成联合正态分布噪声w，其相关系数隐蔽比特c来调制；随机噪声w叠加到传统数字发射机数字调制的输出，进入到上采样与根升余弦滤波器，再发射到信道中去；隐蔽接收机，用于隐蔽系统接收端的同步、信道估计和随机噪声w的恢复，均借助宿主系统来完成；借助宿主系统的数据作为高斯噪声发生器的种子，生成本地高斯白噪声

【技术特征摘要】
1.一种基于随机噪声调制的隐蔽通信系统，其特征在于：所述系统包括：隐蔽发射机，用于以宿主通信数据为产生隐蔽系统中的高斯白噪声发生器的种子，产生噪声序列n1、n2；n1、n2构成联合正态分布噪声w，其相关系数隐蔽比特c来调制；随机噪声w叠加到传统数字发射机数字调制的输出，进入到上采样与根升余弦滤波器，再发射到信道中去；隐蔽接收机，用于隐蔽系统接收端的同步、信道估计和随机噪声w的恢复，均借助宿主系统来完成；借助宿主系统的数据作为高斯噪声发生器的种子，生成本地高斯白噪声借助宿主系统得到随机噪声w的估计然后与做相关，再经过硬判决，恢复出隐蔽系统。2.如权利要求1所述的一种基于随机噪声调制的隐蔽通信系统，其特征在于：在所述的隐蔽发射机中，噪声序列n1、n2，联合正态分布噪声的相关系数由隐蔽比特c来调制，过程如下：隐蔽系统的联合正态分布噪声为：其中，c为隐蔽系统的信息比特；w(t)与n1(t)之间的相关系数由隐蔽比特c来调制，假定发送比特‘0’时，相关系数为ρ，发送比特为‘1’时，相关系数为-ρ；噪声序列n1(t)、n2(t)是相互独立的，均服从的正态分布随机过程；调制之后的随机噪声w，线性叠加到宿主发射机已调符号上。3.如权利要求1或2所述的一种基于随机噪声调制的隐蔽通信系统，其特征在于：所述宿主系统为传统数字通信系统，发射和接收处理过程如下：宿主系统采用的码率为2/3、约束长度向量为[5,4]以及码生成矩阵为[23,35,0；0,5,13]的卷积码来纠正信道产生的错码；在接收端采用Viterbi算法进行信道译...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亢，周国民，李国军，董齐芬，
申请(专利权)人：浙江警察学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33