CN104363085A - 一种远距离安全通信方法 - Google Patents

Abstract

一种远距离安全通信方法，解决远距离通信安全的方法。其基本原理是：在扩频信号的基础上，叠加一个适当强度的噪声信号，将有效信息隐藏在强噪声背景下，再进行传输，由于噪声与有效信息同时变频、放大，无论传输距离远近，通信安全均得到有效保证。

Description

一种远距离安全通信方法

技术领域

本发明涉及通信领域、安全领域。

背景技术

扩频技术出现于20世纪40年代，广义的扩频通信是指系统占用的频带宽度远大于要传输的用户基带信号原始带宽的通信方式。在发送端，通过扩频调制的方法对信号进行频谱展宽，接收端通过扩频解调(解扩)将有用数据信号还原为窄带信号。扩频通信的典型特征是存在处理增益，产生处理增益的原因是解扩是将接收到的扩展频谱信号与一个和发端相同的伪随机码进行相关处理实现的，当收到的信号与伪随机码相同时，所提取的信号就会恢复到扩展之前的原始带宽，功率谱密度得到相应提升；而与之不匹配的干扰信号频谱则被扩展至更宽的频带上(或带宽不发生变化)，通过滤波得到抑制。

扩频增益的存在使扩频通信具有许多突出优点，如：低发射功率谱密度、可在低信噪比环境工作、抗杂波干扰与多径衰落、具有安全保密等特点。然而，在将扩频技术用于远距离安全保密通信时，扩频技术存在一定的缺陷：为提高传输距离，发送端往往需要较高的发送功率，发送功率的提高，为近距离窃听提供了便利。虽然可以通过加长扩频码长度提高远程通信的安全性，但长度很高的扩频序列不仅寻找困难，而且降低了通信效率。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种解决远程通信信息安全的方法，其基本原理是：在扩频技术的基础上，通过加噪，降低输出信噪比，将信号掩盖在噪声下，再进行传输，由于噪声与有效信息同时变频、放大，无论传输距离远近，通信安全均得到有效保证；为防止长时间使用相同的扩频码产生安全隐患，本发明还提供了一种动态切换扩频码的方法进一步提高通信安全性。

进一步的，本发明所指的扩频技术包括但不限于直接序列扩频和跳频技术。

进一步的，本发明所指的加噪是指通过各种技术手段，将扩频信号的信噪比降低到适当水平，使窃听者在未知扩频码的情况下无法成功截获信息的方法。包括在扩频信号的基础上叠加适当强度的噪声信号，如各种白噪声信号、带限噪声信号(包括噪声带宽大于、小于和等于扩频后信号带宽等各种情况)；也包括将扩频信号进行衰减，将信噪比降低到适当水平的情况。

进一步的，本发明所涉及的远距离安全通信方法中扩频信号与噪声信号的叠加可以在系统的任何位置实现。

进一步的，所述的扩频码保护方法是指为避免长时间采用相同扩频码时，窃听者通过累积信息，可能会破译扩频码，从而产生安全隐患所采取的保护措施。保护方法包括但不限于通信双方事先约定、在通信过程中动态切换等方式。

进一步的，通信双方在进行扩频码动态切换时，具体切换方法包括但不限于通过数据加密、采用索引表文件等实现。

附图说明

图1系统组成框图

图2加噪过程工作原理示意图

图3解扩过程工作原理示意图

图4通过可控衰减器降低输出信噪比示意图

具体实施方式

本发明的目的是目的在于提供一种解决远程通信信息安全的方法。

本发明是在传统的扩频通信基础上通过加噪技术，将信息隐藏在噪声水平以下进行传输，从而达到安全保密通信的目的。

进一步地，为防止长时间使用相同扩频码产生安全隐患，收发双方可以根据需要，在通信过程中动态切换扩频码。

如图1所示，整个系统由发送系统、接收系统、空间传输信道、扩频码管理系统组成。

发送系统典型地，由信息调制部分、扩频部分、扩频码管理部分、噪声发生部分、加噪部分、变频部分、功率放大部分和天线部分组成。

发送系统处理流程如下：

步骤1：用户信号(信码)通过信息调制部分，进行第一次调制，信息调制通常对应传统的数字、模拟调制，如AM、FM、ASK、QPSK、OQPSK等调制方式，信息调制通常不改变信号带宽。

步骤2：通过扩频部分，实现频谱展宽，通信中常用的扩频方式包括：直接序列扩频、跳变频率扩频、跳变时间扩频等方式，无论何种扩频方式，其目的均为展宽信号频谱，展宽信号频谱的关键在于扩频码必须具有良好的随机性。

步骤3：通过加噪部分，进行加噪，加噪的目的在于，将扩频后的信号频谱淹没在噪声功率谱以下，提高通信的保密性。

步骤4：进行变频，将信号加载到适合空间传输的载波上。变频后，若信号功率足以达到要求的通信距离，转第六步，否则转第五步。

步骤5：通过功率放大部分，提升信号功率，以提高通信距离。

步骤6：通过天线部分，将信号发送出去。

其中步骤1、4、5、6与传统的扩频通信发送系统完全相同，本发明的核心在于：为提高通信保密性，在传统扩频通信发送系统的基础上增加了信号加噪过程，同时在步骤2信号扩频过程中，增加了扩频码管理部分。

加噪过程通过噪声发生部分、加噪部分完成。噪声发生部分典型的可采用数字伪随机码、高斯白噪声，也可以采用模拟的宽带噪声发生装置实现。

加噪部分在本质上就是一个加法器，加噪的比例可通过噪声发生部分和加噪部分之间的比例因子乘法器控制实现。一般而言，噪声比例越大，保密性越高，相应地抗干扰性能会有所下降。

附图2示出了一个典型的扩频、加噪系统中，各级联电路输出功率谱的变化情况。带宽较窄的基带信号经扩频进行频谱展宽后与宽带噪声发生电路输出的噪声信号叠加，叠加后信噪比下降，有效信息淹没在噪声中，在后续的变频、功放阶段，虽然信号的中心频率、功率有所变化，但输出信噪比基本维持不变。

采用噪声发生部分和加噪部分的根本目的在于降低输出信噪比。降低信号比的其他典型实施例还包括：在扩频后，先对信号进行衰减，降低信噪比后，再进行变频、放大等方法，典型系统组成如图4所示。

扩频码管理部分是实现保密性能的重要组成部分，收发双发通过后台支持、通信握手等手段，可以动态更改通信过程中使用的扩频码，由于加噪后的扩频信号信噪比较差，必须利用已知的扩频码进行解扩、滤波，才能有效识别信息。扩频码管理部分的作用就是保护扩频码，一种典型的扩频码保护方式如下：

通信双方通过扩频码索引表保护扩频码，通信双方事先约定一份扩频码索引表，在扩频码索引表中，每个扩频码索引对应唯一一个扩频码，通信过程中，通信双方通过传输(包括加密传输)索引表，实现扩频码动态切换，这样扩频码就不会在通信过程中出现，避免被窃听方直接获取。

接收系统主要由天线部分、低噪放部分、频率变换部分、解扩部分、滤波部分、扩频码管理部分、信息解调部分组成。

接收系统处理流程如下：

步骤1：天线部分将无线信号转换为电信号，输出至低噪放部分。

步骤2：信号通过低噪放进行放大后输出至变频部分。

步骤3：变频部分将频率较高的射频信号转换为频率较低的信号，输出至解扩部分。

步骤4：解扩部分将信号款频谱扩频信号解扩为窄频谱信号。

步骤5：滤波部分对解扩后的窄频谱信号进行滤波处理，提高接收信噪比。

步骤6：经信息解调，获得用户数据。

整个接收系统的组成与传统的扩频通信发送系统基本相同，本发明的核心在于：由于所接收的信号为淹没于噪声中的扩频信号，因此解扩后的信号滤波通常是必须且重要的组成部分；与发送系统对应，接收系统中也具有扩频码管理部分。

图3示出了一个典型的扩频接收系统中，各级联电路输出功率谱的变化情况：经解扩后，有效信息被恢复为窄带信号，功率谱密度升高，而加入的宽带噪声、信道中引入的干扰、噪声带宽被展宽或不发生明显变化，功率谱密度不能得到提升，经滤波后，有效带宽外的信号得到抑制，信噪比得以提升。

扩频码管理部分的工作原理与发送系统相同，发送方将扩频码索引通知接收方后，接收方就可以找到相应的扩频码完成解扩功能。

空间传输信道是存在于收发双方之间物理信道，在远程通信中一般采用无线传输方式，在信道中会进一步引入干扰、噪声、多径效应等，导致信噪比进一步下降，在通信系统设计中应充分考虑信道的影响，将发送系统的输出信噪比控制在适当水平。

扩频码管理系统是指为实现扩频码保密所采取的管理系统，在图1所示的系统中，通过采用扩频码索引表的方式实现扩频码保护。在该系统中，扩频码索引表由专门的机构负责建立，固化于通信收发系统内部，在通信过程中，扩频码只能通过扩频码索引号选择后供内部电路扩频、解扩使用，在收发双方的通信数据中可以出现扩频码索引号，不允许显式出现扩频码的具体值，通信双方可进一步通过数据加密的方式提高扩频码的安全性。

Claims (3)

1.一种远距离安全通信方法，其特征在于在扩频信号的基础上，叠加一个适当强度的噪声信号，将有效信息隐藏在强噪声背景下，再进行传输，由于噪声与有效信息同时变频、放大，无论传输距离远近，通信安全均得到有效保证。步骤如下：

(1)进行信号调制，并通过扩频，实现频谱展宽，展宽信号频谱；

(2)通过加噪，将扩频后的信号频谱淹没在噪声功率谱以下，提高通信的保密性；

(3)进行变频，将信号加载到适合空间传输的载波上；

(4)通过功率放大，提升信号功率，并通过天线部分，将信号发送出去；

(5)接收部分将信号转换为电信号，通过低噪进行放大；

(6)将频率较高的信号转换为频率较低的信号，将频谱扩频信号解扩为窄频谱信号；

(7)对解扩后的窄频谱信号进行滤波处理，提高接收信噪比；

(8)经信息解调，获得数据。

2.如权利要求所述的方法，其特征在于加噪过程中可采用数字伪随机码、高斯白噪声，也可以采用模拟的宽带噪声实现。

3.如权利要求所述的方法，其特征在于扩频步骤如下：通信双方事先约定一份扩频码索引表，在扩频码索引表中，每个扩频码索引对应唯一一个扩频码，通信过程中，通信双方通过传输扩频码索引表，实现扩频码动态切换，避免扩频码在通信过程中出现。