基于多參數(shù)分?jǐn)?shù)傅里葉變換和星座圖加擾的保密通信方法
【專利摘要】基于多參數(shù)分?jǐn)?shù)傅里葉變換和星座圖加擾的保密通信方法，涉及保密通信領(lǐng)域。它是為了提高現(xiàn)有方法在通信過程中的信息安全性能。它的信號發(fā)射方法為：將數(shù)據(jù)源信號進(jìn)行數(shù)字基帶映射，并依此進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換、N點多參數(shù)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換、星座圖加擾、添加循環(huán)前綴，并進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換、數(shù)/模轉(zhuǎn)換和上變頻處理后發(fā)射至信道；它的信號接收方法：將接收到的信號進(jìn)行下變頻、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、串/并轉(zhuǎn)換、移除循環(huán)前綴、星座圖解擾、N點多參數(shù)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換、并/串轉(zhuǎn)換和數(shù)字基帶解映射后獲得原始數(shù)據(jù)源信號。本發(fā)明適用于保密通信的過程中。
【專利說明】基于多參數(shù)分?jǐn)?shù)傅里葉變換和星座圖加擾的保密通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及保密通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，信息的傳輸和交換在人們的日常生活中已經(jīng)無處不在，而實際通信系統(tǒng)特別是在軍事應(yīng)用中不可避免的存在敵對方或干擾方。在這種環(huán)境中，通信雙方需要考慮的一個問題是通信信息的保密性。
[0003]在傳統(tǒng)的信號抗截獲技術(shù)中技術(shù)最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的就是直擴(kuò)、跳頻、跳時和混沌擴(kuò)頻等方式。其中直擴(kuò)和混沌擴(kuò)頻的主要出發(fā)點都是將信號的發(fā)射功率放在更寬的頻帶上，降低信號的功率譜密度，使得信號能夠淹沒在噪聲中，達(dá)到抗截獲的目的；跳時和跳頻則是通過一定的算法靈活分配信號占用的時隙或者頻帶，當(dāng)非合作接收機(jī)不能獲知信號占用時隙或者頻帶規(guī)律的時候，截獲發(fā)生困難。然而近年來針對直接序列擴(kuò)頻技術(shù)的截獲手段已經(jīng)取得了較大的提高，這些傳統(tǒng)保密方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實際需求。本發(fā)明 申請人:的一項申請?zhí)枮椤?00810136939.5”，發(fā)明名稱為“基于多參數(shù)四項加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換的通信加密和解密方法”的專利申請公開了一種基于多參數(shù)四項加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換的通信加密方法。在該方法中通過選取適當(dāng)?shù)淖儞Q參數(shù)QPSK經(jīng)“星座分裂”后會表現(xiàn)出16QAM信號的形式。然而在實際使用中，當(dāng)多參數(shù)四項加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換的變換參數(shù)選取保證QPSK可以分裂成為16QAM信號的形式時，此時的星座分裂是具有特定分裂規(guī)律的圖1所示。圖中以相同編號標(biāo)識的星座點是由原始QPSK星座圖的同一點分裂而得到的。因此當(dāng)通信過程中的非合作接收機(jī)通過枚舉等方式獲知了多參數(shù)四項加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換的星座映射方式時，通信過程中的信息安全性同樣要受到嚴(yán)重的影響。
[0004]申請?zhí)枮?00810136939.5、名稱為:《基于多參數(shù)四項加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換的通信加密和解密方法》中提出了一種可以干擾非合作接收機(jī)，使非合作接收機(jī)對接收信號的調(diào)制方式產(chǎn)生混淆的保密方法(如將QPSK信號進(jìn)行多參數(shù)四項加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換后會呈現(xiàn)出16QAM調(diào)制方式類似的星座圖)。但是由于其變換的局限性，變換后的信號在星座圖在結(jié)構(gòu)上具有固定的映射關(guān)系，因此為了在保證繼承“基于多參數(shù)四項加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換通信加密和解密方法”中提到的“星座分裂”造成的非接收機(jī)接收信號調(diào)制方式判決混淆的性質(zhì)，并進(jìn)一步加強(qiáng)信息的安全性能，提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了提高現(xiàn)有方法在通信過程中的信息安全性能，從而提供一種基于多參數(shù)分?jǐn)?shù)傅里葉變換和星座圖加擾的保密通信方法。
[0006]基于多參數(shù)分?jǐn)?shù)傅里葉變換和星座圖加擾的保密通信方法，它由以下步驟實現(xiàn):
[0007]它的信號發(fā)射方法:
[0008]步驟一、將數(shù)據(jù)源信號進(jìn)行數(shù)字基帶映射，獲得調(diào)制后的長度為N的QPSK信號；N為正數(shù)；[0009]步驟二、將步驟一獲得的長度為N為QPSK信號進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換，獲得并行數(shù)據(jù)；
[0010]步驟三、將步驟二獲得的并行數(shù)據(jù)以變換參數(shù)NV，MV和α進(jìn)行N點多參數(shù)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換，獲得N點變換后的數(shù)據(jù)；
[0011]步驟四、對步驟三獲得的N點變換后的數(shù)據(jù)以隨機(jī)擾動相位進(jìn)行星座圖加擾處理，獲得加擾后序列；
[0012]步驟五、對步驟四獲得的加擾后序列添加循環(huán)前綴，并進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換、數(shù)/模轉(zhuǎn)換和上變頻處理后發(fā)射至信道；
[0013]它的信號接收方法:
[0014]步驟六、接收端將接收到的信號進(jìn)行下變頻、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、串/并轉(zhuǎn)換后，移除循環(huán)前綴，獲得處理后的接收信號；
[0015]步驟七、將步驟六獲得的處理后的接收信號以隨機(jī)擾動相位進(jìn)行星座圖解擾處理，獲得解擾后的序列；
[0016]步驟八、將步驟七獲得的解擾后的序列以變換參數(shù)NV，MV和-α進(jìn)行N點多參數(shù)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換，獲得N點變換后的數(shù)據(jù)；
[0017]步驟九、將步驟八獲得的N點變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換，獲得串行數(shù)據(jù)；
[0018]步驟十、將步驟九獲得的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字基帶解映射，獲得原始數(shù)據(jù)源信號；
[0019]步驟七中隨機(jī)擾動相位與步驟四中的隨機(jī)擾動相位相反。
[0020]步驟三中的變換參數(shù)NV，MV和α采用變換參數(shù)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生。
[0021 ] 步驟四中隨機(jī)擾動相位采用隨機(jī)擾動相位產(chǎn)生模塊產(chǎn)生。
[0022]步驟七中隨機(jī)擾動相位采用隨機(jī)擾動相位產(chǎn)生模塊產(chǎn)生。
[0023]步驟八中的變換參數(shù)NV，MV和-α采用變換參數(shù)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生。
[0024]步驟四和步驟七中所述隨機(jī)擾動相位產(chǎn)生模塊產(chǎn)生隨機(jī)擾動相位的方法是:
[0025]采用P個擾動相位基產(chǎn)生模塊產(chǎn)生P個隨機(jī)擾動相位的基相位，P為大于I的整數(shù)，采用P個隨機(jī)碼產(chǎn)生模塊產(chǎn)生P組二元偽隨機(jī)序列，將所述P個隨機(jī)擾動相位的基相位分別與P組二元偽隨機(jī)序列相乘，然后合并為一路作為隨機(jī)擾動相位后輸出。
[0026]P個隨機(jī)擾動相位的基相位滿足條件；2π>φλ>φ2> φ,..>φρ > O。
[0027]P個隨機(jī)擾動相位的基相位的取值為:φΡ = -1s^spo
[0028]本發(fā)明提高了現(xiàn)有方法在通信過程中的信息安全性能，同比提高10%以上。同時，本發(fā)明保證了繼承“基于多參數(shù)四項加權(quán)分?jǐn)?shù)傅立葉變換通信加密和解密方法”中提到的“星座分裂”造成的非接收機(jī)接收信號調(diào)制方式判決混淆的性質(zhì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1和圖2是原始多參數(shù)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換星座分裂示意圖；
[0030]圖3是基于多參數(shù)分?jǐn)?shù)傅里葉變換和星座圖加擾的保密通信系統(tǒng)框圖；
[0031]圖4是隨機(jī)擾動相位模塊的實現(xiàn)原理示意圖；式中:曲線41為標(biāo)準(zhǔn)誤碼曲線；曲線42為星座加擾后，正常解擾的解調(diào)誤碼曲線；曲線43為按照星座映射關(guān)系進(jìn)行解調(diào)的曲線(解調(diào)關(guān)系I);曲線44為按照星座映射關(guān)系進(jìn)行解調(diào)的曲線(解調(diào)關(guān)系2);曲線45為星座加擾后，錯誤解擾的解調(diào)誤碼曲線；[0032]圖5是【具體實施方式】一中誤碼曲線對比圖；
[0033]圖6是原始QPSK信號星座圖；
[0034]圖7是原始QPSK信號只經(jīng)過WFRFT變換后的星座改圖星座圖；
[0035]圖8和圖9是原始QPSK信號在進(jìn)行加擾時的加擾相位選取不同時的星座圖；
[0036]圖10是原始QPSK信號為非合作接收機(jī)在解擾錯誤，但是加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉反變換階數(shù)正確時的解碼星座圖；
[0037]圖11是合作接收機(jī)的解碼星座圖。
【具體實施方式】
[0038]【具體實施方式】一、基于多參數(shù)分?jǐn)?shù)傅里葉變換和星座圖加擾的保密通信方法，它由以下步驟實現(xiàn):
[0039]在數(shù)據(jù)發(fā)送端:
[0040]步驟A、數(shù)據(jù)源經(jīng)過數(shù)字基帶映射后調(diào)制成為通信系統(tǒng)常用的QPSK信號形式。
[0041]步驟B、經(jīng)基帶映射后的長度為N的串行信號經(jīng)串并轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)為并行數(shù)據(jù)。
[0042]步驟C、長度為N的并行數(shù)據(jù)在利用變換參數(shù)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的變換參數(shù)NV，MV, α在N點多參數(shù)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換模塊中進(jìn)行變換，產(chǎn)生N點變換后的數(shù)據(jù)。
[0043]步驟D、隨機(jī)擾動相位產(chǎn)生模塊產(chǎn)生隨機(jī)相位序列=^ AT其中m決定了隨機(jī)相位序列中一個相位元素ek與步驟3中N點變換后的數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)m=l時，iA ?.-, -A' = N'與步驟3中N點變換后的數(shù)據(jù)是一一對應(yīng)的，當(dāng)m=L，L是大于I的正整數(shù)，
那么。中的每個元素是與步驟3中N點變換后的數(shù)據(jù)中L個相鄰的元素對應(yīng)的。
[0044]步驟E、將步驟3中產(chǎn)生的N點變換后的數(shù)據(jù)利用步驟4中產(chǎn)生的隨機(jī)相位序列?)?η [ = Wm,在星座圖加擾模塊中進(jìn)行加擾處理，產(chǎn)生N點加擾后的序列。加擾
過程根據(jù)知行處理，其中s(n)代表步驟3中的N點變換后的數(shù)據(jù)的
第η個元素。負(fù)《)為N點加擾后的序列的第η個元素；
[0045]步驟F、N點加擾后的序列在經(jīng)過添加循環(huán)前綴以及并串轉(zhuǎn)換后經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換以及上變頻發(fā)射進(jìn)入信道。
[0046]在數(shù)據(jù)接收端:
[0047]步驟G、將接收到的信號進(jìn)行下變頻處理得到下變頻處理后的信號。
[0048]步驟H、將步驟G中得到的下變頻處理后的信號進(jìn)行濾波處理以及模數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得變換后的數(shù)字信號。
[0049]步驟1、將步驟H中得到的變換后的數(shù)字信號串并轉(zhuǎn)換以及移除循環(huán)前綴處理得到N點并行的接收數(shù)據(jù)；
[0050]步驟J、在接收端的隨機(jī)擾動相位產(chǎn)生模塊產(chǎn)生隨機(jī)相位序列按照數(shù)據(jù)發(fā)送端步驟D的產(chǎn)生方式產(chǎn)生和數(shù)據(jù)發(fā)送端產(chǎn)生的隨機(jī)相位序列相位相反的相位序列.9
[0051]步驟K、將步驟I中產(chǎn)生的并行的接收數(shù)據(jù)利用步驟D中產(chǎn)生的隨機(jī)相位序列 [ =在星座圖加擾模塊中進(jìn)行解擾處理，獲得N點解擾后的接收數(shù)據(jù)。解擾過程與發(fā)送端步驟E中的加擾過程保持一致。
[0052]步驟L、長度為N的解擾后的接收數(shù)據(jù)利用變換參數(shù)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的變換參數(shù)MV，NV,-α在N點多參數(shù)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換模塊中進(jìn)行變換，產(chǎn)生N點變換后的接收數(shù)據(jù)。
[0053]步驟Μ、N點變換后的接收數(shù)據(jù)經(jīng)并串轉(zhuǎn)換后進(jìn)行數(shù)字基帶解映射處理得到數(shù)字解調(diào)后的結(jié)果。
[0054]隨機(jī)擾動相位產(chǎn)生機(jī)理:
[0055]如圖4所示，隨機(jī)擾動相位產(chǎn)生模塊主要由兩部分組成，一個是擾動相位基產(chǎn)生模塊，以及P個偽隨機(jī)碼產(chǎn)生模塊。其中P為大于I的正整數(shù)。
[0056]擾動相位基產(chǎn)生模塊的功能是產(chǎn)生P個用以產(chǎn)生隨機(jī)擾動相位的基相位。該相位可以隨意進(jìn)行設(shè)置，且滿足條件:20。典型的，該相位基的取值為φρ = rInjrIp ,\<ρ<Ρ α
[0057]P個隨機(jī)碼產(chǎn)生模塊的功能為隨機(jī)產(chǎn)生P組二元偽隨機(jī)序列，序列元素 〔 {+1，-1沖選取。
[0058]隨機(jī)擾動相位模塊產(chǎn)生的擾動相位Θ k與擾動相位基以及Cp，k的關(guān)系滿足:
[0059]
【權(quán)利要求】
1.基于多參數(shù)分?jǐn)?shù)傅里葉變換和星座圖加擾的保密通信方法，其特征是:它由以下步驟實現(xiàn): 它的信號發(fā)射方法: 步驟一、將數(shù)據(jù)源信號進(jìn)行數(shù)字基帶映射，獲得調(diào)制后的長度為N的QPSK信號；N為正數(shù)； 步驟二、將步驟一獲得的長度為N為QPSK信號進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換，獲得并行數(shù)據(jù)；步驟三、將步驟二獲得的并行數(shù)據(jù)以變換參數(shù)NV，MV和α進(jìn)行N點多參數(shù)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換，獲得N點變換后的數(shù)據(jù)； 步驟四、對步驟三獲得的N點變換后的數(shù)據(jù)以隨機(jī)擾動相位進(jìn)行星座圖加擾處理，獲得加擾后序列； 步驟五、對步驟四獲得的加擾后序列添加循環(huán)前綴，并進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換、數(shù)/模轉(zhuǎn)換和上變頻處理后發(fā)射至信道； 它的信號接收方法: 步驟六、接收端將接收到的信號進(jìn)行下變頻、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、串/并轉(zhuǎn)換后，移除循環(huán)前綴，獲得處理后的接收信號； 步驟七、將步驟六獲得的處理后的接收信號以隨機(jī)擾動相位進(jìn)行星座圖解擾處理，獲得解擾后的序列；` 步驟八、將步驟七獲得的解擾后的序列以變換參數(shù)NV，MV和-α進(jìn)行N點多參數(shù)加權(quán)分?jǐn)?shù)傅里葉變換，獲得N點變換后的數(shù)據(jù)； 步驟九、將步驟八獲得的N點變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換，獲得串行數(shù)據(jù)； 步驟十、將步驟九獲得的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字基帶解映射，獲得原始數(shù)據(jù)源信號； 步驟七中隨機(jī)擾動相位與步驟四中的隨機(jī)擾動相位相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多參數(shù)分?jǐn)?shù)傅里葉變換和星座圖加擾的保密通信方法，其特征在于步驟三中的變換參數(shù)NV，MV和α采用變換參數(shù)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多參數(shù)分?jǐn)?shù)傅里葉變換和星座圖加擾的保密通信方法，其特征在于步驟四中隨機(jī)擾動相位采用隨機(jī)擾動相位產(chǎn)生模塊產(chǎn)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多參數(shù)分?jǐn)?shù)傅里葉變換和星座圖加擾的保密通信方法，其特征在于步驟七中隨機(jī)擾動相位采用隨機(jī)擾動相位產(chǎn)生模塊產(chǎn)生。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多參數(shù)分?jǐn)?shù)傅里葉變換和星座圖加擾的保密通信方法，其特征在于步驟八中的變換參數(shù)NV，MV和-α采用變換參數(shù)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多參數(shù)分?jǐn)?shù)傅里葉變換和星座圖加擾的保密通信方法，其特征在于步驟四和步驟七中所述隨機(jī)擾動相位產(chǎn)生模塊產(chǎn)生隨機(jī)擾動相位的方法是: 采用P個擾動相位基產(chǎn)生模塊產(chǎn)生P個隨機(jī)擾動相位的基相位，P為大于I的整數(shù)，采用P個隨機(jī)碼產(chǎn)生模塊產(chǎn)生P組二元偽隨機(jī)序列，將所述P個隨機(jī)擾動相位的基相位分別與P組二元偽隨機(jī)序列相乘，然后合并為一路作為隨機(jī)擾動相位后輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于多參數(shù)分?jǐn)?shù)傅里葉變換和星座圖加擾的保密通信方法，其特征在于P個隨機(jī)擾動相位的基相位滿足條件丄π>φι>Ψ?之φ3..>φρ > O。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于多參數(shù)分?jǐn)?shù)傅里葉變換和星座圖加擾的保密通信方法，其特征在于P個隨 機(jī)擾動相位的基相位的取值為'φρ=?φ'?么P。
【文檔編號】H04L9/28GK103746804SQ201410022837
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】沙學(xué)軍, 房宵杰, 梅林 , 王焜, 李勇 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)