CN108282438B - 基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输方法，涉及数据通信技术领域。该方法包括下述步骤：基于差分体制进行第二维数据子载波映射；基于OFDM体制进行第一维数据调制；信道传输；接收信号后基于子载波检测进行第二维数据解调；基于FFT进行第一维数据解调。本发明通过将差分体制与OFDM技术相结合，通过增加子载波数目，在原有将第一维传输数据利用并行多子载波调制的基础上，利用第二维传输数据控制子载波的选取，实现对第二维传输数据的隐蔽传输，提高通信过程的抗干扰性。

Description

基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输方法

技术领域

本发明涉及数据通信技术领域，尤其涉及一种基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输方法。

背景技术

OFDM正交频分复用技术，通过将信道分成若干正交子信道，将高速数据流转换成并行多个低速子数据流，每个低速子数据流对应一个子载波进行调制，组成一个多载波同时调制的并行传输系统。可有效对抗多径衰落，具有频谱利用率高的特点。

跳频FHSS(Frequency-Hopping Spread Spectrum)技术通过控制传输信号的载波频率随时间按特定规则进行变化，躲避被检测和干扰，具有抗截获和抗干扰能力强的优点。

将FHSS技术与OFDM技术相结合，如图1所示，构成的FH-OFDM通信系统同时具有抗频率选择性衰落能力强、频谱利用率高和抗干扰性强的优点。

差分跳频技术DFH(Differential Frequency Hopping)基于差分体制，差分跳频信号每一跳的载波频率由上一跳信号的载波频率和本跳待传输的数据，按照G函数规则计算得出。得到的跳频图案与传输数据有关，具有更好的随机性，因而被截获率更低、抗干扰性更强。

但是，现有跳频、差分跳频和OFDM等通信技术只能将单一的数据调制到载波上进行传输，目前未见可同时传递两路数据的通信技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输方法，将差分体制与OFDM技术相结合，通过增加子载波数目，在原有将第一维传输数据利用并行多子载波调制的基础上，利用第二维传输数据控制子载波的选取，实现对第二维传输数据的隐蔽传输。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输方法，包括下述步骤：

步骤1：基于差分体制进行第二维数据子载波映射；

首先，输入子载波数目一半的第二维数据，并进行串并转换；其次，将用于进行IFFT处理的子载波以子载波的频率参数大小为依据进行排序，分为相同数目的前后两部分；最后，根据选取第二维数据串并转换后结果进行子载波映射，映射规则为：若第n位第二维数据为1，则选取前半部分子载波中的第n个子载波用于进行调制，若第n位第二维数据为0，则选取后半部分子载波中的第n个子载波用于进行调制；

步骤2：基于OFDM体制进行第一维数据调制；

首先，输入待传输的第一维数据，并进行符号映射，得到待传输的星座符号；其次，选取子载波数目一半的待传输星座符号进行串并转换；然后，将待传输的第n个星座符号，在由第二维数据映射选取的对应子载波上进行IFFT调制处理，并对IFFT处理结果进行并串转换；接下来，配置循环前缀产生OFDM符号；最后，对OFDM符号进行数模转换和带通滤波(即BPF)，得到基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输信号；

步骤3：将步骤2得到的基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输信号发射到含有噪声信号的信道内进行传输；

步骤4：信号接收端接收二维数据隐蔽传输信号，基于子载波检测进行第二维数据解调；

首先，信号接收端先利用BPF接收基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输信号，进行模数转换、去循环前缀和串并转换；其次，对串并转换结果进行FFT处理；然后，对FFT结果中的子载波分量进行检测，得到用于调制符号的子载波；最后，对传输数据使用的子载波进行解映射，判断第n个符号所使用的子载波位于所有子载波的前半部分还是后半部分，若处于前半部分，则第n位第二维数据传输1，反之，则第n位第二维数据传输0，解调出传输的第二维数据；

步骤5：基于FFT进行第一维数据解调；

首先，在FFT处理结果中，依据步骤4检测出所使用的子载波分量，对传输的n个OFDM符号进行检测和排序；最后，对n个OFDM符号进行并串转换、符号逆映射，得到传输的第一维数据。

所述步骤2中利用IFFT将待传输符号调制到对应子载波上的调制公式为：

其中，S(M)为IFFT处理后的信号；2N为子载波数目；

为传输的第i+1个星座符号；f_i为第二维数据映射选取的第i+1个子载波；M为处理数据采样点。

所述步骤4中对串并转换结果进行FFT处理按下式进行：

其中，f(M)为FFT处理后的第M个频率点的功率谱密度结果，S_rec(M)为接收信号经模数转换后的第M个采样值，f_n为传输第n个符号使用的子载波。

所述步骤5中对各子载波传输的符号进行解调按下式进行：

其中，

为第n个子载波传输的星座符号，f_n为传输第n个符号使用的子载波。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输方法，将差分体制与OFDM技术相结合，先基于差分体制利用第二维数据映射选取传输使用的子载波，再基于OFDM技术将第一维数据调制在选取的子载波上。利用本发明提供的方法传输二维数据，对非合作方而言，仅能看出基于OFDM技术的第一维数据的传输和子载波的变化，而无从知晓利用子载波变化传输的第二维数据，并无法对传输的第一维数据进行排序，因而具有较强的隐蔽性和保密性；此外，在存在干扰的情况下，若第n个子载波被干扰，由于采用差分体制，传输的第一维数据存在前后部分子载波间跳变的可能性，因而信道干扰率降低50％，具有更强的抗干扰能力。

附图说明

图1为FH-OFDM通信系统框图；

图2为本发明实施例提供的基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输原理框图；

图3为本发明实施例提供的基于第二维数据的子载波映射原理。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

一种基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输方法，如图2所示，本实施例的方法如下所述。

步骤1：基于差分体制进行第二维数据子载波映射，具体包含2步：

(1)输入子载波数目一半的第二维数据D₂，D₂＝{d₂₁,…,d_2n,…,d_2N}，其中d_2n为第二维数据元素，d_2n∈{0,1}，n∈N⁺，1≤n≤N，2N为子载波数目；

(2)进行串并转换后按照下式进行子载波映射，

f_n＝f(n+(1-d_2n)*N)，

其中，子载波以频率参数大小为依据进行排序，被分为相同数目的前后两部分，前1到N个为前半部分，N+1到2N个为后半部分，f_n为传输第n个符号使用的子载波，1≤n≤N；

若第n位第二维数据为1，则选取前半部分子载波中的第n个子载波用于进行调制，反之，若第n位第二维数据为0，则选取后半部分子载波中的第n个子载波用于进行调制；原理如图3所示。

步骤2：基于OFDM体制进行第一维数据调制传输，具体包含6步：

(1)输入第一维数据D₁，D₁＝{d₁₁,…,d_1n,…}，其中d_1n为第一维数据元素，d_1n∈{0,1}，n∈N⁺；

(2)对第一维数据进行符号映射得到映射后的符号集合Φ₁，

即

其中，

为传输的第n个星座符号；

(3)选取子载波数目一半的待传输星座符号进行串并转换，得到即串并转换后的符号集合Φ₁’，

(4)将待传输的第n个星座符号，利用IFFT调制在由第二维数据映射选取的子载波f_n上，即

其中，S(M)为IFFT处理后的信号；

为传输的第i+1个星座符号，M为经IFFT后时域信号的采样点；f_i为第二维数据映射选取的第i+1个子载波；i＝0时，f₀是直流频率成分；

(5)对IFFT结果进行并串转换，配置循环前缀，得到并串转换、配置保护间隔和循环前缀后的信号S’(M)，即S(M)→S’(M)；

(6)对信号S’(M)进行模数转换和带通滤波，得到模数转换和带通滤波后的信号S_fliter(t)，即S’(M)→S_fliter(t)。

步骤3：将步骤2得到的基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输信号S_fliter(t)发射在含有噪声信号n(t)的信道内进行传输。

步骤4：基于子载波检测进行第二维数据解调，具体包含4步：

(1)接收基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输信号，进行模数转换、去循环前缀和串并转换；

接收的信号为S_rec(t)，S_rec(t)＝S_fliter(t)+n(t)；对信号S_rec(t)模数转换后的信号为S_rec(M)＝S’(M)+n(M)，其中n(M)为经模数转换后的噪声信号；对S_rec(M)进行去循环前缀和串并转换后的信号为S(M)+n’(M)，其中n’(M)为经串并转换后的噪声信号；

(2)对串并转换结果按下式进行FFT处理，

其中，f(M)为FFT处理后第M个频率点的功率谱密度结果；

(3)对FFT结果中子载波对应分量进行检测，识别使用的子载波f_n，即f_2N(i)→f_n；

(4)进行子载波解映射，得到传输的第二维数据d_2n，即f_n→d_2n。

步骤5：基于FFT的第一维数据解调，具体包含3步：

(1)按下式对各子载波传输的符号进行检测，得到传输的第一维数据符号，

其中，

为第n个子载波传输的星座符号；2N个子载波中只有N个是携带符号的子载波，通过对携带符号的子载波进行解调得到传输的N个符号；

(2)对传输的第一维数据符号进行排序，得到串并转换后的符号集合Φ₁’，即

(3)对符号进行并串转换和符号逆映射，得到传输的第一维数据，即Φ₁’→Φ₁；Φ₁→D₁。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输方法，其特征在于：包括下述步骤：

步骤1：基于差分体制进行第二维数据子载波映射；

首先，输入子载波数目一半的第二维数据，并进行串并转换；其次，将用于进行IFFT处理的子载波以子载波的频率参数大小为依据进行排序，分为相同数目的前后两部分；最后，根据选取第二维数据串并转换后结果进行子载波映射，映射规则为：若第n位第二维数据为1，则选取前半部分子载波中的第n个子载波用于进行调制，若第n位第二维数据为0，则选取后半部分子载波中的第n个子载波用于进行调制；

步骤2：基于OFDM体制进行第一维数据调制；

首先，输入待传输的第一维数据，并进行符号映射，得到待传输的星座符号；其次，选取子载波数目一半的待传输星座符号进行串并转换；然后，将待传输的第n个星座符号，在由第二维数据映射选取的对应子载波上进行IFFT调制处理，并对IFFT处理结果进行并串转换；接下来，配置循环前缀产生OFDM符号；最后，对OFDM符号进行数模转换和带通滤波(即BPF)，得到基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输信号；

步骤3：将步骤2得到的基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输信号发射到含有噪声信号的信道内进行传输；

步骤4：信号接收端接收二维数据隐蔽传输信号，基于子载波检测进行第二维数据解调；

首先，信号接收端先利用BPF接收基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输信号，进行模数转换、去循环前缀和串并转换；其次，对串并转换结果进行FFT处理；然后，对FFT结果中的子载波分量进行检测，得到用于调制符号的子载波；最后，对传输数据使用的子载波进行解映射，判断第n个符号所使用的子载波位于所有子载波的前半部分还是后半部分，若处于前半部分，则第n位第二维数据传输1，反之，则第n位第二维数据传输0，解调出传输的第二维数据；

步骤5：基于FFT进行第一维数据解调；

首先，在FFT处理结果中，依据步骤4检测出所使用的子载波分量，对传输的n个OFDM符号进行检测和排序；最后，对n个OFDM符号进行并串转换、符号逆映射，得到传输的第一维数据。

2.根据权利要求1所述的基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输方法，其特征在于：所述步骤2中利用IFFT将待传输符号调制到对应子载波上的调制公式为：

其中，S(M)为IFFT处理后的信号；2N为子载波数目；

为传输的第i+1个星座符号；f_i为第二维数据映射选取的第i+1个子载波；M为处理数据采样点。

3.根据权利要求2所述的基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输方法，其特征在于：所述步骤4中对串并转换结果进行FFT处理按下式进行：

其中，f(M)为FFT处理后的第M个频率点的功率谱密度结果，S_rec(M)为接收信号经模数转换后的第M个采样值，f_n为传输第n个符号使用的子载波。

4.根据权利要求3所述的基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输方法，其特征在于：所述步骤5中对各子载波传输的符号进行解调按下式进行：

其中，

为第n个子载波传输的星座符号。

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