CN103428124B - 一种基于双向时域波形混叠的高安全通信方法 - Google Patents

Abstract

一种基于双向时域波形混叠的高安全通信方法，属于通信技术领域。本发明充分利用通信双方已有的本地信号对对方信号进行混叠与掩盖。通信双方均发送及接收混合信号，双方在接收并分离出对方信号后，分别与本地信号进行混叠后再发送出去。接收到混合信号后，合作方可利用本地信号采用波形重构抵消方法分离出对方信号，完成正常通信，而非合作方法不知晓任何一方的信号样本，无法分离混合信号，保证了信息传输安全性。本发明针对当前通信信息安全面临威胁日益增大的情况，提供一种基于双向时域波形混叠的高安全通信方法，该方法的通信全过程中信道传输的信号始终是两信号的混叠，能够实现全程安全通信，而且不需要增加额外的通信带宽。

Description

一种基于双向时域波形混叠的高安全通信方法

技术领域

本发明属于通信技术领域的安全通信方向，涉及混合信号传输及波形重构抵消技术，可应用于强调信息传输安全的多种通信场合。

背景技术

通信的基本方式是：发送设备将待传送的信息经过调制后在物理信道中发送，接收设备从相应信道中接收信号并解调恢复出原始的发送信息。在涉及国家军事、政治、经济等重要场合，保密通信十分重要。当前通信领域，加强通信安全的主要手段是信源加密和信道抗截获技术。信源加密就是在信道编码之前利用加密算法对传输的信号进行加密处理，接收端在解调信号以后，必须利用对应的解密规则对信号解密才能获得原始信息，目前大部分保密通信系统均采用该手段。但这种保密手段以数学理论为基础，理论上是可以破解的，随着计算机计算能力的发展，尤其是量子计算机的发展，大大降低了密码破译的周期。信道抗截获技术就是采用一定的技术手段隐藏信道传输过程中的信号特征，提高信号的抗检测、抗定位及抗截获能力，如扩频、跳频、成对载波多址技术等。

信道抗截获技术近年来得到广泛应用，截获技术也同样发展迅速。扩频、跳频技术具有较强的抗检测及抗截获能力，但采用非线性检测算法，仍能有效检测到信号，如高阶累积量、混沌阵子等方法，在不知道伪随机码的情况下，依然可以检测出传统扩频、跳频信号。信号被检测出之后，极有可能被定位和截获。因为对于一般的扩频、跳频信号，利用高性能计算机，可以分析出扩频码和跳频图案，从而对信号进行解调。换言之，传统的基于扩频/跳频的抗截获技术存在通信安全隐患。

1997年由MarkD.Dankberg等人提出了成对载波多址技术(PCMA)，该技术应用于卫星通信，利用通信终端上行信号在时频空域均发生混叠，难以被分离解调的特点，达到抗截获的目的。在这种通信方式中，相互通信的两个终端使用相同的上、下行链路进行通信，发射的信号经卫星转发后在时/频域完全重叠；通信双方在本地存储有发射信号样本，接收到混合信号后可将本地干扰信号去除，分离出对方发送的信号，保证正常通信。而对于截获方而言，由于不具备任何一方信号样本，无法将混合信号分离，从而使得这种方式具有很强的抗截获性能。但是，对于PCMA技术而言，其上行信号为单路信号，不具备抗截获性能；组成下行混合信号的两个信号由不同的终端发送，且需要借助一个透明的转发器进行信号混叠，使得整个技术方案的应用场合受到限制，且实现过程复杂、设备昂贵。

为进一步加强通信的安全性，本发明提供一种基于双向时域波形混叠的高安全通信方法，该方法利用通信双方已有的本地信号对对方信号进行混叠与掩盖，实现对通信全程的保密处理，目前未见有关该技术的专利申明。

发明内容

本发明提供一种基于双向时域波形混叠传输来提高信道传输安全性的方法。本发明通信全过程采用混合信号通信，非合作方很难从混合信号中分离出有用信号，保证了通信的信息安全。该方法的基本思想在于充分利用通信双方已有的本地信号对对方信号进行混叠与掩盖。通信双方均发送及接收混合信号，双方在接收并分离出对方信号后，分别与本地信号进行混叠后再发送出去。接收到混合信号后，合作方可利用本地信号采用波形重构抵消方法分离出对方信号，完成正常通信，而非合作方法不知晓任何一方的信号样本，无法分离混合信号，保证了信息传输安全性。

本发明的技术实现方案如下：

基于双向时域波形混叠的高安全通信方法，首先将原始信息调制成发送波形，与动态伪装波形送入到波形混叠模块中，在时域上对两个信号波形进行混叠，即对原始波形进行伪装和隐藏后，再送入信道中传输。通信步骤包括：

步骤1：发送方接收对方传输的信号并解调译码得到对方发送信息，并由该信息重构伪装波形S₁。

步骤2：发送方根据待发送信息生成发送波形S₂，并将该波形与步骤1得到的伪装波形送入混叠模块，使得两个信号在时/频域发生混叠，得到混叠信号S_1，2，再将混叠信号送入信道传输。

步骤3：接收方接收混叠信号之后，首先根据本地保存的已发送信息和同步估计的时延，信道特性重构伪装波形S₁，并从接收波形中去除该波形，从而恢复发送端的原始波形S₂，再进行解调译码，获取有用信息。

在步骤3中，接收端的混合信号经过时延和信道畸变，引入了信道噪声和码间串扰等，为获取传输信息，首先需要对混合信号进行分离，得到对方的原始传输波形。该步骤中需要进行同步处理和信道参数估计，并根据同步参数重构伪装波形及进行波形消除。

附图说明

图1为本发明提供的双向时域波形混叠通信方法的通信频谱示意图。

图2为本发明提供的双向时域波形混叠通信方法的工作原理示意图。

图3为本发明的双向时域波形混叠通信方法的同步控制工作示意图。

图4为本发明的双向时域波形混叠通信方法的波形重构抵消原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更清楚，下面结合附图对本发明作进一步描述。

图1给出了本发明提供的双向时域波形混叠通信方法的通信频谱示意图。发送波形S₂和伪装波形S₁在时域上完全混叠，频域上也完全混叠。通信双方协议及制式是一致的，所以两个信号带宽也是一致的，不需要增加额外的带宽开销。

图2给出了本发明提供的双向时域波形混叠通信方法的工作原理示意图。通信双方分别为A、B端，A、B间通过上/下行信道分别向对方发送波形信号。A端接收并恢复出B端信息后，根据B端信息生成伪装波形对本地发射的波形进行叠加发送，因而在信道中传输的是A端信号和伪装B端信号混叠后的信号；B端采用同样原理发送混叠后的信号；B端在发射信号的同时在本地保留了发射信息样本，在接收到混叠信号后，可以先根据本地信息样本生成伪装波形，然后从接收波形中将伪装波形去除，从而恢复出A端发射的原始波形信号；A端可采用同样的原理恢复出B端发射的信号，然后再解调译码恢复的波形信号即可完成通信。可见，尽管在信道中传输的是混叠波形，但收发双方可借助于本地留存的发送信息样本，从混叠波形中恢复出对方发送的原始信号。而对截获方而言，由于不具备任何一方的发射信息样本，也就无法生成伪装信号，从而无法从混叠信号中恢复出任何一方的原始信号。由于是利用对方发送的信息调制成伪装波形来对本地波形进行伪装遮掩，而发送的信息是时刻变化且随机的，从而伪装波形也是时刻变化且随机的，保证了通信的抗截获性能。

图3给出了本发明的双向时域波形混叠通信方法的同步控制工作示意图。同步控制流程主要包括以下几个步骤：

初始时收发双方(A、B端)的波形混叠模块和波形分离模块均处于关闭状态。

(1)A端产生训练用的原始波形信号，不经过混叠直接送入信道中传输，B端接收到信号后直接回传，A端收到回传波形信号后，进行传输延迟和信道畸变的初始估计；

(2)A端停止发射信号，B端按(1)相同的原理发发送和接收信号，估计出相应的传输延迟和信道畸变；

(3)A、B端分别发射不经过混叠的原始信号，并分别接收对方发射的信号，不进行波形分离处理；

(4)A端启动波形混叠，即将接收到的B端波形作为伪装波形与A端产生的原始波形进行叠加后发送；B端启动波形分离，即将本地产生的波形经延迟、信道补偿后，从接收混合波形中去除，分离出A端发射的原始波形；

(5)按照(4)同样的原理，B端启动波形混叠，同时A端启动波形分离。至此，同步过程完成。

图4给出了本发明的双向时域波形混叠通信方法的波形重构抵消原理图。首先根据接收信号估计信道参数和时延，由本地保存信息重构伪装波形，在进行信道补偿和功率匹配之后，进行伪装波形抵消。

Claims (8)

1.一种基于双向时域波形混叠的高安全通信方法，通过将原始信息调制成的发送波形与接收信息调制成的伪装波形进行混叠后传输，达到提高通信安全性的目的，其通信步骤包括：

步骤1：发送方接收对方传输的信号并解调译码得到对方发送信息，并由该信息重构伪装波形S₁，

步骤2：发送方根据待发送信息生成发送波形S₂，并将该波形与步骤1得到的伪装波形送入混叠模块，使得两个信号在时/频域发生混叠，得到混叠信号S_1，2，再将混叠信号送入信道传输，

步骤3：接收方接收混叠信号之后，首先根据本地保存的已发送信息以及同步获得的时延，信道特性重构伪装波形S₁，并从接收波形中去除该波形，从而恢复发送端的原始波形S₂，再进行解调译码，获得有用信息。

2.根据权利要求1所述的双向时域波形混叠的高安全通信方法，其特征在于，通信双方的信号处理流程是一致的，都包括1中的三个步骤。

3.根据权利要求1所述的双向时域波形混叠的高安全通信方法，其特征在于，发送波形所叠加的伪装波形来源如下：接收对方发送的波形，并进行波形分离，再解调译码分离后的波形得到对方发送信息，根据该信息和通信协议完成对方发送波形的重构，以此波形作为伪装波形。

4.根据权利要求1所述的双向时域波形混叠的高安全通信方法，其特征在于，伪装波形由对方发送信息重新调制生成，具有动态可变性。

5.根据权利要求1所述的双向时域波形混叠的高安全通信方法，其特征在于，接收端在解调译码之前，必须进行混叠信号的分离，分离方法如下：估计信道参数和时延，根据本地保存的信息重构对方伪装波形，进行信道补偿之后，从接收到的混叠信号中去除伪装信号，得到对方发送信号，再进行解调译码。

6.根据权利要求1所述的双向时域波形混叠的高安全通信方法，其特征在于，信道中传输的信号全程为混叠信号，发送波形和伪装波形在时空频域均是重叠的。

7.根据权利要求1所述的双向时域波形混叠的高安全通信方法，其特征在于，双方进行混叠通信之前，需要进行同步握手操作。

8.根据权利要求1所述的双向时域波形混叠的高安全通信方法，其特征在于，通信双方设备是一致的，均包括：三个调制模块、一个解调模块、一个时延控制模块、一个信道补偿模块、一个混叠模块和一个分离模块。