一种基于频谱检测的物联网物理层隐蔽通信方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于频谱检测的物联网物理层隐蔽通信方法及装置，属于无线通信领域。本发明专利技术在发射端通过针对物联网信号传输系统物理层射频端进行脉冲调制，将原始传输信号的部分频谱能量搬移到空闲频段上，从而实现针对隐蔽信息调制；在接收端通过针对指定频段的信号频谱能量进行检测，从而实现针对隐蔽信号的解调。相比传统的信号加密手段和针对信号时域信息的解调方式，本发明专利技术在不改变原有传输系统的硬件及传输方式的同时兼具低功耗、低成本、高隐蔽性和高可靠性的特点。并在一定范围内，可通过增大隐蔽信息的传输功率来提升传输的可靠性，或降低隐蔽信息的传输功率来提升传输的隐蔽性。本发明专利技术可广泛地应用于已有的物联网传输设备。

【技术实现步骤摘要】
一种基于频谱检测的物联网物理层隐蔽通信方法及装置
本专利技术涉及一种基于频谱检测的物联网物理层隐蔽通信方法及装置，属于无线通信领域。
技术介绍
物联网常用的无线通信技术包括Zigbee技术、WiFi技术、Bluetooth(蓝牙)技术以及LoRa技术等。这些技术所传输的信号能量均集中于指定的频段上，因此，若在信号发射的射频端，通过开关键控的方式针对物联网信号传输系统物理层射频端信号进行脉冲调制，可将该信号的部分能量搬移到空闲的频段上，即可实现在不影响原始信号的基础上，建立隐蔽信道，完成针对隐蔽信息的调制。而在接收端通过针对相应频段的频谱能量进行检测，即可完成针对隐蔽信息的解调。目前现有的隐蔽传输方法主要采用的是在数据链路层基于密钥的加密技术，但这种加密技术存在结构复杂，需要设计特殊的发射机和接收机的局限性；而且这种加密技术在传输过程中的密文相对监听端缺乏隐蔽性，较为容易受到攻击。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于频谱检测的物联网物理层隐蔽通信方法及装置，其具有结构简单，可实现性高，隐蔽性强等特点。本专利技术的目的是通过如下技术方式实现的：在发射端，通对原始传输系统的射频前端进行开关键控的方式，对原始信号进行脉冲调制，从而在原始信号中嵌入包含隐蔽信息的脉冲信号，再将调制后的信号通过天线发射出去，从而达到以原始物联网信号为载体传输隐蔽信息的目的。由于当隐蔽信号脉宽低于原物联网基带信号的采样周期时，所以本专利技术涉及的信号传输将不会对原始信号的传输造成任何影响。而且该方法及装置所建立的隐蔽信道无法被直接监听，具有结构简单易于实现、隐蔽性强、不影响原传输系统的收发、不受原传输系统信号调制体制的限制、可应用于现有的物联网成熟发射系统等优势，可以实现低功耗、高可靠性的隐蔽传输。同时，专利技术可在不影响原系统传输的基础上，通过减小脉冲调制的脉宽或周期，从而降低隐蔽信号的传输功率，提升隐蔽信息传输的隐蔽性；或通过增大脉冲调制的脉宽或周期，从而增大隐蔽信号的传输功率，提升隐蔽信息传输的可靠性。一种基于频谱检测的物联网物理层隐蔽通信方法，其步骤如下：步骤1、隐蔽信息获取及存储模块不断从环境或上位机中获取待传输的隐蔽信息，并存储在寄存器中；步骤2、指令发送计算机基于需求设置脉冲调制的周期；步骤3、指令发送计算机向隐蔽信息获取及调制模块发送唤醒指令，隐蔽信息存储模块开始从寄存器中读取已存在隐蔽信息，经过编码模块得到串行单比特隐蔽信息数据流B；步骤4、控制模块将隐蔽信息数据流B转化为电平信号C，并用于作为射频开关阻抗切换的控制信息；步骤5、射频开关基于电平信号C对原传输系统的射频信号进行调制，并将调制后的信号由射频天线发出；步骤6、隐蔽接收机通过检测指定频段的频谱能量，实现针对隐蔽信号的解调。进一步地，所述步骤5中射频开关对原传输系统射频信号的调制的方式如下：首先利用单刀双掷射频开关基于电平信号C进行阻抗切换，再将开关切换后的一个支路信号延时一定时间长度后，通过合路器与原支路信号相加。令原始传输系统射频信号A为y(t)，当隐蔽信息数据传输0时，电平信号C为低电平时，阻抗开关保持闭合状态，而当隐蔽信息数据流传输1时，C为周期为T1，持续时间为T2的方波，阻抗开关按照周期T1进行阻抗切换，持续时间为T2。且令持续时间为阻抗开关切换周期的N倍，即T2＝NT1。则当C为低电平时，输出信号D1为：yD1(t)＝y(t)；输出信号D2为：yD2(t)＝0；合并后信号D为：yD(t)＝y(t)。当C为高电平时，输出信号D1为：令D2相对D1的延时为τ，则输出信号D2为：将信号D1和D2通过合路器合并后，则输出信号为：通过这种方式，在隐蔽信息传输1时，对原始信息实现了脉冲调制。进一步地，所述步骤6中隐蔽接收机针对隐蔽信息解调的方式如下：若令原始传输信号C所对应的频谱为Y(f)，则当发送0时，接收端所对应的频谱即为Y(f)。而当发送1时，接收端的时域波形可以等效于：因此，所对应的频谱为：由此可见，当发送1时，接收端的频谱相比发送0时与间隔为的周期冲激串进行了卷积，因此，即发送1时，频谱进行了间隔为的周期延拓。基于此，针对周期延拓后的频谱相应频点进行频谱能量检测即可解调出相应的隐蔽信息。具体来说：步骤6-1、隐蔽信息接收端根据脉冲周期和原物联网信号传输体制，确定隐蔽信号的接收频点；步骤6-2、隐蔽信息接收端针对接收到的信号进行同步；步骤6-3、隐蔽信息接收端以检测相应频点的频谱能量；步骤6-4、隐蔽信息接收端针对相应频点的频谱能量进行自适应门限判决，获取单比特数据流；步骤6-5、隐蔽信息接收端针对相应单比特数据流进行解码，以获取隐蔽信息。在这个过程中，若存在常规接收机，则由步骤5可见，当C为低电平时，常规接收机所接收到的信号(可令其为E1)即为原物联网传输信号D，可以正常解调；当C为高电平时，常规接收机所接收到的信号E1为原物联网传输信号叠加周期为T1，持续时间为T2＝NT1，脉宽为τ的脉冲信号，其中T2＝NT1。此时，令接收端针对E1的采样周期为Ts，则实际接收到的信号为：由此，若τ<Ts，则：由此可见，当脉冲宽度小于采样周期时，隐蔽信息的传输并不会影响原始信号的传输。因此，常规接收机针对接收到的信号经过载波同步、帧头同步、解帧解码模块即可得到原始传输系统的发送信息。有益效果1、相比于现有数字正交调制技术，本专利技术是一种对针对物联网传输系统射频前端进行附加调制的模拟调制技术，与原物联网传输系统的硬件结构或信号调制方式无关，且对原物联网传输系统的硬件结构或信号调制方式无需进行任何改动或限制。因此，本专利技术可广泛地应用于现有的成熟的物联网传输系统。2、相比于现有信息加密技术，本专利技术是一种基于物联网传输系统物理层信息的隐藏方法，对隐蔽信息进行了频谱搬移，且隐蔽信号能量较低，因此既不会影响原始传输系统也不会对空间中可能存在的其余传输系统造成干扰。同时，采用通常的解码方式无法获得隐蔽信息，系统保密性较强。3、针对隐蔽信息的解调，本专利技术采用通过检测信号频谱能量的方式，针对信号频域进行解调，相比传统针对信号时域信息进行解调的方法，本专利技术受到环境变化所产生的影响小，且不易受到信道噪声(如高斯噪声、白噪声)的干扰。附图说明图1是本专利技术基于频谱检测的物联网物理层隐蔽通信方法流程图图2是本专利技术实施例的一种基于频谱检测的物联网物理层隐蔽通信传输装置结构框图；图3是本专利技术实施例的基于频谱检测的物联网物理层隐蔽通信装置发射端结构示意图；图4是本专利技术实施例的基于频谱检测的物联网物理层隐蔽通信装置接收端结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的接收端频域波形示意图其中，图a为隐蔽信息发送0时，本专利技术实施例提供的接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于频谱检测的物联网物理层隐蔽通信方法及装置，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1、隐蔽信息获取及存储模块不断从环境或上位机中获取待传输的隐蔽信息，并存储在寄存器中；/n步骤2、指令发送计算机基于需求设置脉冲调制的周期；/n步骤3、指令发送计算机向隐蔽信息获取及调制模块发送唤醒指令，隐蔽信息存储模块开始从寄存器中读取已存在隐蔽信息，经过编码模块得到串行单比特隐蔽信息数据流B；/n步骤4、控制模块将隐蔽信息数据流B转化为电平信号C，并用于作为射频开关阻抗切换的控制信息；/n步骤5、射频开关基于电平信号C对原传输系统的射频信号进行调制，并将调制后的信号由射频天线发出；/n步骤6、隐蔽接收机通过检测指定频段的频谱能量，实现针对隐蔽信号的解调。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于频谱检测的物联网物理层隐蔽通信方法及装置，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、隐蔽信息获取及存储模块不断从环境或上位机中获取待传输的隐蔽信息，并存储在寄存器中；
步骤2、指令发送计算机基于需求设置脉冲调制的周期；
步骤3、指令发送计算机向隐蔽信息获取及调制模块发送唤醒指令，隐蔽信息存储模块开始从寄存器中读取已存在隐蔽信息，经过编码模块得到串行单比特隐蔽信息数据流B；
步骤4、控制模块将隐蔽信息数据流B转化为电平信号C，并用于作为射频开关阻抗切换的控制信息；
步骤5、射频开关基于电平信号C对原传输系统的射频信号进行调制，并将调制后的信号由射频天线发出；
步骤6、隐蔽接收机通过检测指定频段的频谱能量，实现针对隐蔽信号的解调。


2.如权利要求1所述的一种基于频谱检测的物联网物理层隐蔽通信方法及装置，其特征在于，步骤5的实现方法为：
首先利用单刀双掷射频开关基于电平信号C进行阻抗切换，再将开关切换后的一个支路信号延时一定时间长度后，通过合路器与原支路信号相加；令原始传输系统射频信号A为y(t)，当隐蔽信息数据传输0时，电平信号C为低电平时，阻抗开关保持闭合状态，而当隐蔽信息数据流传输1时，C为周期为T1，持续时间为T2的方波，阻抗开关按照周期T1进行阻抗切换，持续时间为T2；且令持续时间为阻抗开关切换周期的N倍，即T2＝NT1；
则当C为低电平时，输出信号D1为：yD1(t)＝y(t)；输出信号D2为：yD2(t)＝0；合并后信号D为：yD(t)＝y(t)；
当C为高电平时，输出信号D1为：



令D2相对D1的延时为τ，则输出信号D2为：



将信号D1和D2通过合路器合并后，则输出信号为：



通过这种方式，在隐蔽信息传输1时，对原始信息实现了脉冲调制。


3.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：于季弘，杜彩卉，刘家豪，王帅，安建平，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11