CN110868713B - 一种基于跳转向量的wfrft微加密信号处理方法 - Google Patents

一种基于跳转向量的wfrft微加密信号处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110868713B
CN110868713B CN201910990857.5A CN201910990857A CN110868713B CN 110868713 B CN110868713 B CN 110868713B CN 201910990857 A CN201910990857 A CN 201910990857A CN 110868713 B CN110868713 B CN 110868713B
Authority
CN
China
Prior art keywords
jump
wfrft
user
beta
alpha
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910990857.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110868713A (zh
Inventor
刘芳
冯永新
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenyang Ligong University
Original Assignee
Shenyang Ligong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenyang Ligong University filed Critical Shenyang Ligong University
Priority to CN201910990857.5A priority Critical patent/CN110868713B/zh
Publication of CN110868713A publication Critical patent/CN110868713A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110868713B publication Critical patent/CN110868713B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W12/00—Security arrangements; Authentication; Protecting privacy or anonymity
    • H04W12/03—Protecting confidentiality, e.g. by encryption
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2626—Arrangements specific to the transmitter only
    • H04L27/2627—Modulators
    • H04L27/2628—Inverse Fourier transform modulators, e.g. inverse fast Fourier transform [IFFT] or inverse discrete Fourier transform [IDFT] modulators
    • H04L27/263—Inverse Fourier transform modulators, e.g. inverse fast Fourier transform [IFFT] or inverse discrete Fourier transform [IDFT] modulators modification of IFFT/IDFT modulator for performance improvement
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

一种基于跳转向量的WFRFT微加密信号处理方法：通过引入跳转矩阵和基础调制阶数集，并利用用户的跳转向量建立控制规则，得到动态变化的调制阶数，从而在信号特性微变化的条件下，增强抗扫描能力和信息传输保密性，本方法可以解决现有的固定调制阶数WFRFT系统保密的局限性问题，利用动态变化的调制阶数不但可以不增加系统复杂度，而且在信号特性微变化的条件下，增强抗扫描能力，增强信息传输保密性。

Description

一种基于跳转向量的WFRFT微加密信号处理方法
技术领域
本发明涉及保密通信技术领域，尤其是一种基于跳转向量的WFRFT微加密信号处理方法。
背景技术
加权类分数傅里叶变换(Weighted Fractional Fourier Transform,WFRFT)是无线通信系统中新兴的一种变换域信号处理手段。通常WFRFT信号处理的调制阶数为定值，但是考虑具有扫描能力的非授权接收的存在，尤其是调制阶数扫描误差小于0.01时，非授权接收误码基本可以达到破解的能力，为此面对具有快速扫描能力的非授权接收机，传统的WFRFT处理方法保密性能将受到影响。因此，具有更强保密性能的WFRFT处理方法研究成为关键。
发明内容
本发明提出一种基于跳转向量的WFRFT微加密信号处理方法，目的是为解决现有的固定调制阶数WFRFT系统保密的局限性问题，引入跳转矩阵和基础调制阶数集，并利用用户的跳转向量建立控制规则，得到动态变化的调制阶数，从而在信号特性微变化的条件下，达到加密处理的目的。
采用的技术方案是：
一种基于跳转向量的WFRFT微加密信号处理方法：在WFRFT信号处理过程中，考虑调制阶数与加权系数的关系成周期性变化，一个基础周期为[0 4]，为此分析一个周期内调制阶数β0的变化规律与WFRFT处理信号的星座图关系，可发现无论调制阶数β0为何值，其β0和β0+2条件时的WFRFT处理信号的星座图最接近，也即此两种条件时的信号特性差异最微小，最不易被发现或检测。
为此，引入跳转矩阵和基础调制阶数集，并利用每个用户的跳转向量建立相应的控制规则，从而在每个跳转驻留时间内控制得到动态变化的调制阶数。进一步每次跳转驻留时间内，利用选出的调制阶数对此用户的待传输数据进行WFRFT处理。
其优点在于：
通过引入跳转矩阵和基础调制阶数集，并利用用户的跳转向量建立控制规则，得到动态变化的调制阶数，从而在信号特性微变化的条件下，增强抗扫描能力和信息传输保密性，本方法可以解决现有的固定调制阶数WFRFT系统保密的局限性问题，利用动态变化的调制阶数不但可以不增加系统复杂度，而且在信号特性微变化的条件下，增强抗扫描能力，增强信息传输保密性。
附图说明
图1是本发明一种基于跳转向量的WFRFT微加密信号处理方法机理图。
具体实施方式
一种基于跳转向量的WFRFT微加密信号处理方法：
设定系统的用户数上限为M，m为用户ID，m∈[1 M]。定义一个基础调制阶数集β，第m个用户的基础调制阶数为βm。进而，提出跳转矩阵C，C的集合由0、1组成，每个用户利用C中的某一行向量，用户m的跳转向量Cm为C中第m行向量。
每个行向量的跳转率设为R，每次跳转驻留时间为T，如式(1)所示。对于每个用户而言都有动态变化的调制阶数，每隔T时间调制阶数的数值变换一次，用户m的第i次T时间的调制阶数为αmi，其数值由Cm控制从βm和βm+2中选择，控制规则如式(2)所示，其中，i∈[1R]。
T＝1/R   (1)。
Figure BDA0002238227640000021
进一步每次跳转驻留时间T内，利用选出的αmi对此用户的待传输数据dm(n)进行αmi阶的WFRFT处理，如式(3)所示。其中
Figure BDA0002238227640000025
为αmi阶WFRFT处理函数，四种态函数dm(n)，Dm(n)，dm(-n)，Dm(-n)分别为dm(n)的0、1、2、3次傅立叶变换结果。ωl(αmi)为加权系数，其定义如式(4)所示。
Figure BDA0002238227640000022
对于授权接收机而言，每个用户的跳转向量的跳转率都为R，第m用户的跳转向量为Cm，第i次T时间的解调阶数为α'mi，α'mi的数值由Cm控制从-βm和-βm-2中选择，控制规则如式(5)所示，其中，i∈[1 Rc]。
Figure BDA0002238227640000023
进而，授权接收机对接收信号sm(n)进行α′mi阶的WFRFT处理，如式(6)所示。由于反变换解调阶数满足α′mi＝-αmi，且每次跳转驻留时间T内跳转规则与发送方同步，从而利用WFRFT的旋转可加性，授权接收机的反变换结果等于dm(n)，可以达到正确接收的目的。
Figure BDA0002238227640000024
然而，对于非授权接收机而言，反变换解调阶数设为μ，如果通过大量的扫描，可以估计得到μ与某跳转驻留时间T内的调制阶数-αI近似满足式(7)的关系。
μ＝-αI+Δα   (7)。
如果此时αI恰好与某用户的基础调制阶数相等，即αI＝βm，则表明此时Cm(i)跳转到0，则Cm(i)跳转的成功符号位为0，失败符号位为1。为此每当Cm(i)跳转到0时，αmi＝βm，非授权接收机非法扫描成功，其扫描结果如式(8)所示；而每当Cm(i)跳转到1时，αmi＝βm+2，非授权接收机扫描失败，扫描结果如式(9)所示。
Figure BDA0002238227640000031
Figure BDA0002238227640000032
同理，如果此时αI＝βm+2，则表明此时Cm(i)跳转到1，则Cm(i)跳转的成功符号位为1，失败符号位为0。为此每当Cm(i)跳转到1时，αmi＝βm+2，非授权接收机扫描成功，扫描结果为式(10)；而每当Cm(i)跳转到0时，αmi＝βm，非授权接收机扫描失败，扫描结果为式(11)。
Figure BDA0002238227640000033
Figure BDA0002238227640000041
可见，无论非授权接收机扫描成功的条件满足αI＝βm还是αI＝βm+2，αI都是固定不变的数值，但是信号传输时αmi是在每隔T时间变换一次。每当Cm(i)跳转到相应的成功符号位时，都可以近似接收传输数据，每当Cm(i)跳转到相应的失败符号位时，都无法接收传输数据。为此，定义跳转率γ为式(12)所示，其中，ε为非授权接收机扫描的成功符号位数量，N为跳转变量Cm总长度。
γ＝ε/N   (12)。
因此，γ决定着接收数据的抗扫描能力，γ越大则非授权接收机成功扫描的概率越大，即系统的抗扫描能力越弱，而γ越小则非授权接收机成功扫描的概率越小，即抗扫描能力越强。

Claims (1)

1.一种基于跳转向量的WFRFT微加密信号处理方法，其特征在于包括下列步骤：
设定系统的用户数上限为M，m为用户ID，m∈[1 M]；定义一个基础调制阶数集β，第m个用户的基础调制阶数为βm；进而，提出跳转矩阵C，C的集合由0、1组成，每个用户利用C中的某一行向量，用户m的跳转向量Cm为C中第m行向量；
每个行向量的跳转率设为R，每次跳转驻留时间为T，如式[1]所示；对于每个用户而言都有动态变化的调制阶数，每隔T时间调制阶数的数值变换一次，用户m的第i次T时间的调制阶数为αmi，数值由Cm控制从βm和βm+2中选择，控制规则如式[2]所示，其中，i∈[1 R]；
T＝1/R              [1]；
Figure FDA0002238227630000011
进一步每次跳转驻留时间T内，利用选出的αmi对此用户的待传输数据dm(n)进行αmi阶的WFRFT处理，如式[3]所示；其中，
Figure FDA0002238227630000012
为αmi阶WFRFT处理函数，四种态函数dm(n)，Dm(n)，dm(-n)，Dm(-n)分别为dm(n)的0、1、2、3次傅立叶变换结果；ωl(αmi)为加权系数，定义如式[4]所示；
Figure FDA0002238227630000013
Figure FDA0002238227630000014
对于授权接收机而言，每个用户的跳转向量的跳转率都为R，第m用户的跳转向量为Cm，第i次T时间的解调阶数为α'mi，α'mi的数值由Cm控制从-βm和-βm-2中选择，控制规则如式[5]所示，其中，i∈[1 Rc]；
Figure FDA0002238227630000015
进而，授权接收机对接收信号sm(n)进行α’mi阶的WFRFT处理，如式[6]所示；由于反变换解调阶数满足α’mi＝-αmi，且每次跳转驻留时间T内跳转规则与发送方同步，从而利用WFRFT的旋转可加性，授权接收机的反变换结果等于dm(n)，达到正确接收的目的；
Figure FDA0002238227630000021
CN201910990857.5A 2019-10-18 2019-10-18 一种基于跳转向量的wfrft微加密信号处理方法 Active CN110868713B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910990857.5A CN110868713B (zh) 2019-10-18 2019-10-18 一种基于跳转向量的wfrft微加密信号处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910990857.5A CN110868713B (zh) 2019-10-18 2019-10-18 一种基于跳转向量的wfrft微加密信号处理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110868713A CN110868713A (zh) 2020-03-06
CN110868713B true CN110868713B (zh) 2023-04-07

Family

ID=69652231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910990857.5A Active CN110868713B (zh) 2019-10-18 2019-10-18 一种基于跳转向量的wfrft微加密信号处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110868713B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013039952A1 (en) * 2011-09-12 2013-03-21 Microschip Technology Incorporated Code hopping based system with increased security
CN109067678A (zh) * 2018-06-22 2018-12-21 达新宇 基于高阶累积量wfrft信号级联调制识别方法、无线通信系统
CN109150368A (zh) * 2018-06-22 2019-01-04 达新宇 一种基于ml-wfrft与an辅助的卫星抗参数扫描通信方法
CN110138539A (zh) * 2019-05-24 2019-08-16 沈阳理工大学 一种基于混沌映射参数池的wfrft安全通信方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3806378A1 (en) * 2015-08-14 2021-04-14 Sun Patent Trust Modulation order adaptation for partial subframes

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013039952A1 (en) * 2011-09-12 2013-03-21 Microschip Technology Incorporated Code hopping based system with increased security
CN109067678A (zh) * 2018-06-22 2018-12-21 达新宇 基于高阶累积量wfrft信号级联调制识别方法、无线通信系统
CN109150368A (zh) * 2018-06-22 2019-01-04 达新宇 一种基于ml-wfrft与an辅助的卫星抗参数扫描通信方法
CN110138539A (zh) * 2019-05-24 2019-08-16 沈阳理工大学 一种基于混沌映射参数池的wfrft安全通信方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
联合多层WFRFT与人工噪声的抗截获通信技术;达新宇等;《华中科技大学学报(自然科学版)》(第10期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110868713A (zh) 2020-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. Novel hybrid image compression–encryption algorithm based on compressive sensing
EP2147389B1 (en) Mobile unit parental control
Jung et al. High-capacity index based data hiding method
WO2015013419A1 (en) Watermark extractor enhancements based on payload ranking
Bulan et al. High capacity color barcodes: Per channel data encoding via orientation modulation in elliptical dot arrays
CN111182550B (zh) 大规模mimo系统在导频攻击下的攻击检测方法
CN110868713B (zh) 一种基于跳转向量的wfrft微加密信号处理方法
Yu et al. Reversible data hiding in encrypted images for coding channel based on adaptive steganography
Luo et al. MIMOCrypt: Multi-User Privacy-Preserving Wi-Fi Sensing via MIMO Encryption
Goergen et al. Extrinsic channel-like fingerprint embedding for authenticating MIMO systems
EP3442185B1 (en) Signal decoding in mimo communication systems
Lu et al. Physical-layer authentication based on channel phase responses for multi-carriers transmission
US20110017821A1 (en) Access to a remote machine from a local machine via smart card
JP5596098B2 (ja) アンテナ合成
Zeng et al. An efficient detection algorithm of pilot spoofing attack in massive MIMO systems
WO2018119890A1 (zh) Cdma系统的物理层安全配置方法及装置
WO2021146859A1 (en) Data privacy protection based polar coding
US10993175B1 (en) Spectrum information query system and a secured query proxy device
US20100322325A1 (en) Wireless communication apparatus and wireless communication method
CN107994992B (zh) 一种rfid双向认证协议方法及装置
Bandyopadhyay et al. A graphical based video steganography
Han et al. PHY-PSIONICS: Physical-layer phase secret key encapsulation in correlated subchannels
Mogale et al. Web Authentication Security Using Image Steganography and AES Encryption
Ma et al. Physical-Layer Attack Detection and Countermeasures for RIS-Assisted MIMO Systems
CN116248288A (zh) 语义通信系统的通信方法、装置、电子设备及介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant