一種基于雙向時(shí)域波形混疊的高安全通信技術(shù)的制作方法
【專利摘要】一種基于雙向時(shí)域波形混疊的高安全通信技術(shù)，屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明充分利用通信雙方已有的本地信號(hào)對(duì)對(duì)方信號(hào)進(jìn)行混疊與掩蓋。通信雙方均發(fā)送及接收混合信號(hào)，雙方在接收并分離出對(duì)方信號(hào)后，分別與本地信號(hào)進(jìn)行混疊后再發(fā)送出去。接收到混合信號(hào)后，合作方可利用本地信號(hào)采用波形重構(gòu)抵消方法分離出對(duì)方信號(hào)，完成正常通信，而非合作方法不知曉任何一方的信號(hào)樣本，無法分離混合信號(hào)，保證了信息傳輸安全性。本發(fā)明針對(duì)當(dāng)前通信信息安全面臨威脅日益增大的情況，提供一種基于雙向時(shí)域波形混疊的高安全通信技術(shù)，該技術(shù)中通信全過程中信道傳輸?shù)男盘?hào)始終是兩信號(hào)的混疊，能夠?qū)崿F(xiàn)全程安全通信，而且不需要增加額外的通信帶寬。
【專利說明】一種基于雙向時(shí)域波形混疊的高安全通信技術(shù)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】的安全通信方向，涉及混合信號(hào)傳輸及波形重構(gòu)抵消技術(shù)，可應(yīng)用于強(qiáng)調(diào)信息傳輸安全的多種通信場(chǎng)合。
【背景技術(shù)】
[0002]通信的基本方式是:發(fā)送設(shè)備將待傳送的信息經(jīng)過調(diào)制后在物理信道中發(fā)送，接收設(shè)備從相應(yīng)信道中接收信號(hào)并解調(diào)恢復(fù)出原始的發(fā)送信息。在涉及國(guó)家軍事、政治、經(jīng)濟(jì)等重要場(chǎng)合，保密通信十分重要。當(dāng)前通信領(lǐng)域，加強(qiáng)通信安全的主要手段是信源加密和信道抗截獲技術(shù)。信源加密就是在信道編碼之前利用加密算法對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行加密處理，接收端在解調(diào)信號(hào)以后，必須利用對(duì)應(yīng)的解密規(guī)則對(duì)信號(hào)解密才能獲得原始信息，目前大部分保密通信系統(tǒng)均采用該手段。但這種保密手段以數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，理論上是可以破解的，隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的發(fā)展，尤其是量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，大大降低了密碼破譯的周期。信道抗截獲技術(shù)就是采用一定的技術(shù)手段隱藏信道傳輸過程中的信號(hào)特征，提高信號(hào)的抗檢測(cè)、抗定位及抗截獲能力，如擴(kuò)頻、跳頻、成對(duì)載波多址技術(shù)等。
[0003]信道抗截獲技術(shù)近年來得到廣泛應(yīng)用，截獲技術(shù)也同樣發(fā)展迅速。擴(kuò)頻、跳頻技術(shù)具有較強(qiáng)的抗檢測(cè)及抗截獲能力，但采用非線性檢測(cè)算法，仍能有效檢測(cè)到信號(hào)，如高階累積量、混沌陣子等方法，在不知道偽隨機(jī)碼的情況下，依然可以檢測(cè)出傳統(tǒng)擴(kuò)頻、跳頻信號(hào)。信號(hào)被檢測(cè)出之后，極有可能被定位和截獲。因?yàn)閷?duì)于一般的擴(kuò)頻、跳頻信號(hào)，利用高性能計(jì)算機(jī)，可以分析出擴(kuò)頻碼和跳頻圖案，從而對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。換言之，傳統(tǒng)的基于擴(kuò)頻/跳頻的抗截獲技術(shù)存在通信安全隱患。
[0004]1997年由Mark D.Dankberg等人提出了成對(duì)載波多址技術(shù)(PCMA)，該技術(shù)應(yīng)用于衛(wèi)星通信，利用通信終端上行信號(hào)在時(shí)頻空域均發(fā)生混疊，難以被分離解調(diào)的特點(diǎn)，達(dá)到抗截獲的目的。在這種通信方式中，相互通信的兩個(gè)終端使用相同的上、下行鏈路進(jìn)行通信，發(fā)射的信號(hào)經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)后在時(shí)/頻域完全重疊；通信雙方在本地存儲(chǔ)有發(fā)射信號(hào)樣本，接收到混合信號(hào)后可將本地干擾信號(hào)去除，分離出對(duì)方發(fā)送的信號(hào)，保證正常通信。而對(duì)于截獲方而言，由于不具備任何一方信號(hào)樣本，無法將混合信號(hào)分離，從而使得這種方式具有很強(qiáng)的抗截獲性能。但是，對(duì)于PCMA技術(shù)而言，其上行信號(hào)為單路信號(hào)，不具備抗截獲性能；組成下行混合信號(hào)的兩個(gè)信號(hào)由不同的終端發(fā)送，且需要借助一個(gè)透明的轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行信號(hào)混疊，使得整個(gè)技術(shù)方案的應(yīng)用場(chǎng)合受到限制，且實(shí)現(xiàn)過程復(fù)雜、設(shè)備昂貴。
[0005]為進(jìn)一步加強(qiáng)通信的安全性，本發(fā)明提供一種基于雙向時(shí)域波形混疊的高安全通信技術(shù)，該技術(shù)利用通信雙方已有的本地信號(hào)對(duì)對(duì)方信號(hào)進(jìn)行混疊與掩蓋，實(shí)現(xiàn)對(duì)通信全程的保密處理，目前未見有關(guān)該技術(shù)的專利申明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種基于雙向時(shí)域波形混疊傳輸來提高信道傳輸安全性的方法。本發(fā)明通信全過程采用混合信號(hào)通信，非合作方很難從混合信號(hào)中分離出有用信號(hào)，保證了通信的信息安全。該方法的基本思想在于充分利用通信雙方已有的本地信號(hào)對(duì)對(duì)方信號(hào)進(jìn)行混疊與掩蓋。通信雙方均發(fā)送及接收混合信號(hào)，雙方在接收并分離出對(duì)方信號(hào)后，分別與本地信號(hào)進(jìn)行混疊后再發(fā)送出去。接收到混合信號(hào)后，合作方可利用本地信號(hào)采用波形重構(gòu)抵消方法分離出對(duì)方信號(hào)，完成正常通信，而非合作方法不知曉任何一方的信號(hào)樣本，無法分離混合信號(hào)，保證了信息傳輸安全性。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案如下:
[0008]基于雙向時(shí)域波形混疊的高安全通信技術(shù)，首先將原始信息調(diào)制成發(fā)送波形，與動(dòng)態(tài)偽裝波形送入到波形混疊模塊中，在時(shí)域上對(duì)兩個(gè)信號(hào)波形進(jìn)行混疊，即對(duì)原始波形進(jìn)行偽裝和隱藏后，再送入信道中傳輸。通信步驟包括:
[0009]步驟1:發(fā)送方接收對(duì)方傳輸?shù)男盘?hào)并解調(diào)譯碼得到對(duì)方發(fā)送信息，并由該信息重構(gòu)偽裝波形Si。
[0010]步驟2:發(fā)送方根據(jù)待發(fā)送信息生成發(fā)送波形S2,并將該波形與步驟I得到的偽裝波形送入混疊模塊，使得兩個(gè)信號(hào)在時(shí)/頻域發(fā)生混疊，得到混疊信號(hào)Su，再將混疊信號(hào)送入信道傳輸。
[0011]步驟3:接收方接收混疊信號(hào)之后，首先根據(jù)本地保存的已發(fā)送信息和同步估計(jì)的時(shí)延，信道特性重構(gòu)偽裝波形S1，并從接收波形中去除該波形，從而恢復(fù)發(fā)送端的原始波形S2,再進(jìn)行解調(diào)譯碼，獲取有用信息。
[0012]在步驟3中，接收端的混合信號(hào)經(jīng)過時(shí)延和信道畸變，引入了信道噪聲和碼間串?dāng)_等，為獲取傳輸信息，首先需要對(duì)混合信號(hào)進(jìn)行分離，得到對(duì)方的原始傳輸波形。該步驟中需要進(jìn)行同步處理和信道參數(shù)估計(jì)，并根據(jù)同步參數(shù)重構(gòu)偽裝波形及進(jìn)行波形消除。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明提供的雙向時(shí)域波形混疊通信技術(shù)的通信頻譜示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明提供的雙向時(shí)域波形混疊通信技術(shù)的工作原理示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明的雙向時(shí)域波形混疊通信技術(shù)的同步控制工作示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明的雙向時(shí)域波形混疊通信技術(shù)的波形重構(gòu)抵消原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了使本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)更清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0018]圖1給出了本發(fā)明提供的雙向時(shí)域波形混疊通信技術(shù)的通信頻譜示意圖。發(fā)送波形S2和偽裝波形S1在時(shí)域上完全混疊，頻域上也完全混疊。通信雙方協(xié)議及制式是一致的，所以兩個(gè)信號(hào)帶寬也是一致的，不需要增加額外的帶寬開銷。
[0019]圖2給出了本發(fā)明提供的雙向時(shí)域波形混疊通信技術(shù)的工作原理示意圖。通信雙方分別為A、B端，A、B間通過上/下行信道分別向?qū)Ψ桨l(fā)送波形信號(hào)。A端接收并恢復(fù)出B端信息后，根據(jù)B端信息生成偽裝波形對(duì)本地發(fā)射的波形進(jìn)行疊加發(fā)送，因而在信道中傳輸?shù)氖茿端信號(hào)和偽裝B端信號(hào)混疊后的信號(hào)；B端采用同樣原理發(fā)送混疊后的信號(hào)出端在發(fā)射信號(hào)的同時(shí)在本地保留了發(fā)射信息樣本，在接收到混疊信號(hào)后，可以先根據(jù)本地信息樣本生成偽裝波形，然后從接收波形中將偽裝波形去除，從而恢復(fù)出A端發(fā)射的原始波形信號(hào)；A端可采用同樣的原理恢復(fù)出B端發(fā)射的信號(hào)，然后再解調(diào)譯碼恢復(fù)的波形信號(hào)即可完成通信。可見，盡管在信道中傳輸?shù)氖腔殳B波形，但收發(fā)雙方可借助于本地留存的發(fā)送信息樣本，從混疊波形中恢復(fù)出對(duì)方發(fā)送的原始信號(hào)。而對(duì)截獲方而言，由于不具備任何一方的發(fā)射信息樣本，也就無法生成偽裝信號(hào)，從而無法從混疊信號(hào)中恢復(fù)出任何一方的原始信號(hào)。由于是利用對(duì)方發(fā)送的信息調(diào)制成偽裝波形來對(duì)本地波形進(jìn)行偽裝遮掩，而發(fā)送的信息是時(shí)刻變化且隨機(jī)的，從而偽裝波形也是時(shí)刻變化且隨機(jī)的，保證了通信的抗截獲性能。
[0020]圖3給出了本發(fā)明的雙向時(shí)域波形混疊通信技術(shù)的同步控制工作示意圖。同步控制流程主要包括以下幾個(gè)步驟:
[0021]初始時(shí)收發(fā)雙方(A、B端)的波形混疊模塊和波形分離模塊均處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0022](I)A端產(chǎn)生訓(xùn)練用的原始波形信號(hào)，不經(jīng)過混疊直接送入信道中傳輸，B端接收到信號(hào)后直接回傳，A端收到回傳波形信號(hào)后，進(jìn)行傳輸延遲和信道畸變的初始估計(jì)；
[0023](2)A端停止發(fā)射信號(hào)，B端按(I)相同的原理發(fā)發(fā)送和接收信號(hào)，估計(jì)出相應(yīng)的傳輸延遲和信道畸變；
[0024](3) A、B端分別發(fā)射不經(jīng)過混疊的原始信號(hào)，并分別接收對(duì)方發(fā)射的信號(hào)，不進(jìn)行波形分離處理；
[0025](4) A端啟動(dòng)波形混疊，即將接收到的B端波形作為偽裝波形與A端產(chǎn)生的原始波形進(jìn)行疊加后發(fā)送端啟動(dòng)波形分離，即將本地產(chǎn)生的波形經(jīng)延遲、信道補(bǔ)償后，從接收混合波形中去除，分離出A端發(fā)射的原始波形；
[0026](5)按照(4)同樣的原理，B端啟動(dòng)波形混疊，同時(shí)A端啟動(dòng)波形分離。至此，同步過程完成。
[0027]圖4給出了本發(fā)明的雙向時(shí)域波形混疊通信技術(shù)的波形重構(gòu)抵消原理圖。首先根據(jù)接收信號(hào)估計(jì)信道參數(shù)和時(shí)延，由本地保存信息重構(gòu)偽裝波形，在進(jìn)行信道補(bǔ)償和功率匹配之后，進(jìn)行偽裝波形抵消。
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙向時(shí)域波形混疊的高安全通信技術(shù)，通過將原始信息調(diào)制成的發(fā)送波形與接收信息調(diào)制成的偽裝波形進(jìn)行混疊后傳輸，達(dá)到提高通信安全性的目的。其通信步驟包括: 步驟1:發(fā)送方接收對(duì)方傳輸?shù)男盘?hào)并解調(diào)譯碼得到對(duì)方發(fā)送信息，并由該信息重構(gòu)偽裝波形Si。 步驟2:發(fā)送方根據(jù)待發(fā)送信息生成發(fā)送波形S2,并將該波形與步驟I得到的偽裝波形送入混疊模塊，使得兩個(gè)信號(hào)在時(shí)/頻域發(fā)生混疊，得到混疊信號(hào)S1,2，再將混疊信號(hào)送入信道傳輸。 步驟3:接收方接收混疊信號(hào)之后，首先根據(jù)本地保存的已發(fā)送信息以及同步獲得的時(shí)延，信道特性重構(gòu)偽裝波形S1，并從接收波形中去除該波形，從而恢復(fù)發(fā)送端的原始波形S2,再進(jìn)行解調(diào)譯碼，獲得有用信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向時(shí)域波形混疊的高安全通信技術(shù)，其特征在于，通信雙方的信號(hào)處理流程是一致的，都包括I中的三個(gè)步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向時(shí)域波形混疊的高安全通信技術(shù)，其特征在于，發(fā)送波形所疊加的偽裝波形來源如下:接收對(duì)方發(fā)送的波形，并進(jìn)行波形分離，再解調(diào)譯碼分離后的波形得到對(duì)方發(fā)送信息，根據(jù)該信息和通信協(xié)議完成對(duì)方發(fā)送波形的重構(gòu)，以此波形作為偽裝波形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向時(shí)域波形混疊的高安全通信技術(shù)，其特征在于，偽裝波形由對(duì)方發(fā)送信息重新調(diào)制生成，具有動(dòng)態(tài)可變性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向時(shí)域波形混疊的高安全通信技術(shù)，其特征在于，接收端在解調(diào)譯碼之前，必須進(jìn)行混疊信號(hào)的分離，分離方法如下:估計(jì)信道參數(shù)和時(shí)延，根據(jù)本地保存的信息重構(gòu)對(duì)方偽裝波形，進(jìn)行信道補(bǔ)償之后，從接收到的混疊信號(hào)中去除偽裝信號(hào)，得到對(duì)方發(fā)送信號(hào)，再進(jìn)行解調(diào)譯碼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向時(shí)域波形混疊的高安全通信技術(shù)，其特征在于，信道中傳輸?shù)男盘?hào)全程為混疊信號(hào)，發(fā)送波形和偽裝波形在時(shí)空頻域均是重疊的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向時(shí)域波形混疊的高安全通信技術(shù)，其特征在于，雙方進(jìn)行混疊通信之前，需要進(jìn)行同步握手操作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向時(shí)域波形混疊的高安全通信技術(shù)，其特征在于，通信雙方設(shè)備是一致的，均包括:三個(gè)調(diào)制模塊、一個(gè)解調(diào)模塊、一個(gè)時(shí)延控制模塊、一個(gè)信道補(bǔ)償模塊、一個(gè)混疊模塊和一個(gè)分離模塊。
【文檔編號(hào)】H04L25/03GK103428124SQ201310312442
【公開日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2013年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月24日
【發(fā)明者】王明, 李立忠, 廖燦輝, 萬堅(jiān), 鄭輝, 程建 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總參謀部第五十七研究所