CN111800783A - 通信波形参数捷变的安全无线通信方法、设备即存储设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法、设备及存储设备，其方法包括：通信波形捷变参数包含信道编码码长、信道编码码率、扩频增益、扩频序列、调制样式；可用的通信波形参数以列表形式存储在合法通信双方的发射机与接收机中，每个通信波形参数指示唯一表征一组通信波形参数；一组通信波形参数包含唯一的信道编码码长、信道编码码率、扩频增益、扩频序列、调制样式；合法通信双方在统一的授时网络中根据时间信息，根据伪随机算法计算得到不同时隙的通信波形参数指示；每个时隙的通信波形参数指示不同；合法通信双方的发射机与接收机在通信波形参数指示下提取通信波形参数，并完成对应的解扩、解调、信道译码，还原原始信息。

Description

通信波形参数捷变的安全无线通信方法、设备即存储设备
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法、设备及存储设备。
背景技术
近年来，无线通信的应用领域不断拓展，包含生活、军事、农业、工业等各个方面，已经成为现代信息化社会的重要支柱。无线通信的信息安全问题越来越受到关注。无源探测系统通过开放的无线信道对无线通信信号进行侦测、测向、截获等，导致信息泄露或通信阻断等安全威胁。安全无线通信是保障无线通信信息安全的重要手段。
现有的安全无线通信方法，采用单一加密方法，如调制、扩频、跳频等，若截获方具有波形设计的先验信息，如调制方式、扩频序列、跳频图案等，则会导致隐身通信体制失效。
发明内容
为了解决现有安全无线通信方法参数固定与变化维度单一的问题，本发明提供了一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法、设备及存储设备；
一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法，应用于一种通信波形参数捷变的安全无线通信系统中；所述一种通信波形参数捷变的安全无线通信系统包括：发射机和接收机；发射机和接收机之间通过所述一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法进行通信；
其特征在于：发射机中包括：第一授时网络、第一参数映射算法模块、通信波形参数列表、信道编码模块、直接序列扩频模块和调制模块；
所述通信波形参数列表存储于合法通信双方的发射机和接收机中，包括多组通信波形参数；每组通信波形参数包括唯一的信道编码码长、信道编码码率、扩频增益、扩频序列和调制样式；每组通信波形参数对应着唯一的通信波形参数指示；
所述一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法包括发射机编码方法和接收机译码方法；在发射端，发射机编码方法包括：
S101：所述第一授时网络提供当前时隙的时间信息t给所述第一参数映射算法模块；
S102：所述第一参数映射算法模块将所述时间信息t转换为通信波形参数指示Li,并根据Li从通信波形参数列表中读取对应的通信波形参数，包括：包含信道编码码长leni、编码码率ratei、扩频增益gaini、扩频序列seqi、调制样式modi；
每个通信时隙对应的通信波形参数指示不同，即通信波形参数不同，显著提高了截获方的分析难度与计算复杂度，使得截获方无法从截获的片段波形中正确分析与提取波形参数，进而使其无法还原原始信息；
S103：所述信道编码模块根据编码码长leni、编码码率ratei将原始信息输入比特si进行信道编码，得到编码后的比特scode；
S104：所述直接序列扩频模块根据扩频增益gaini、扩频序列seqi将scode进行直接序列扩频，得到扩频后的比特sdsss；
S105：所述调制模块根据调制样式modi将sdsss进行调制，输出符号smod；并将smod发送至合法通信的接收机。
进一步地，信道编码采用低密度奇偶校验码，信道编码码长包括4种：200、600、2000、4000；信道编码码率包括4种：0.1、0.3、0.5、0.8；直接序列扩频的扩频序列包括m序列、M序列、GOLD序列3种；扩频增益包括6档：1、4、16、64、256、1024；调制样式包括二进制相移键控、四相移相键控、八相移相键控和最小频移键控(MSK)4类；
通信波形参数的组合一共有4*4*6*3*4＝1152种，即包括1152组通信波形参数；所有组合都存储在通信波形参数列表中，通信波形参数指示Li取值范围为1～1152。
进一步地，步骤S101中，所述时间信息t包括：年Y、月M、日D、时H、分I、秒S、毫秒MS。
进一步地，步骤S102中，所述第一参数映射算法模块将所述时间信息t转换为通信波形参数指示Li,并根据Li从通信波形参数列表中读取对应的通信波形参数；具体包括：
S201：所述第一参数映射算法模块根据下式将所述时间信息转换为唯一的时隙编号i；
i＝(((((Y×12+M)×31+D)×24+H)×60+I)×60+S)×1000+MS
S202：设定相邻两个时隙的间隔为1ms，根据下式对时隙进行归一化，得到归一化后的时隙表征：
Figure BDA0002504630830000031
上式中，0≤xi<1，N为预设系数；
S203：参数映射算法模块的伪随机算法采用混沌随机过程Logistic映射如下式，当xi变化时，通信波形参数指示Li呈现伪随机变化；通信波形参数指示Li为所求结果的向上取整，有1≤Li≤1152：
Figure BDA0002504630830000032
S204：参数映射算法模块根据通信波形参数指示Li从通信波形参数列表中读取时隙编号i对应的信道编码码长leni、编码码率ratei、扩频增益gaini、扩频序列seqi、调制样式modi通信波形参数。
进一步地，N＝1012，以保证31.7年内xi不重复。
进一步地，与发射机对应，接收机中包括：第二授时网络、第二参数映射算法模块、通信波形参数列表、解调模块、解扩模块和信道译码模块；
在接收端，所述接收机译码方法包括：
S301：所述第二授时网络提供时间信息t给所述第二参数映射算法模块；
S302：所述第二参数映射算法模块将所述时间信息t转换为通信波形参数指示Li,并根据Li从通信波形参数列表中读取对应的通信波形参数，包括：包含信道编码码长Leni、编码码率ratei、扩频增益gaini、扩频序列seqi、调制样式modi；
S303：所述解调模块根据调制样式modi将接收的符号smod进行解调，输出比特rdem；
S304：解扩模块根据扩频增益gaini、扩频序列seqi对rdem进行解扩，输出为rdsss；
S305：信道译码模块根据编码码长leni、编码码率ratei将rdsss进行信道译码，输出比特信息rdec。
进一步地，所述第一授时网络与所述第二授时网络相同；所述第一参数映射算法模块与所述第二参数映射算法模块相同。
一种存储设备，所述存储设备存储指令及数据用于实现一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法。
一种通信波形参数捷变的安全无线通信设备，包括：处理器及所述存储设备；所述处理器加载并执行所述存储设备中的指令及数据用于实现一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例提出的技术方案可以便捷、高效、快速地在改变通信波形参数，生成无序、伪随机的通信波形特征，在保障合法通信方正确解调与译码的同时，显著提高截获方的计算复杂度，降低截获方的截获概率，保障信息安全。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法的发射机架构图；
图2是本发明实施例中一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法的接收机架构图；
图3是本发明实施例中硬件设备工作的示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法；应用于一种通信波形参数捷变的安全无线通信系统中；
所述一种通信波形参数捷变的安全无线通信系统包括：发射机和接收机；发射机和接收机之间通过所述一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法进行通信；
可用的通信波形参数以列表形式存储在合法通信双方的发射机与接收机中，每个通信波形参数指示唯一表征一组通信波形参数；通信波形捷变参数包含信道编码码长、信道编码码率、扩频增益、扩频序列、调制样式；一组通信波形参数包含唯一的信道编码码长、信道编码码率、扩频增益、扩频序列、调制样式；合法通信双方在统一的授时网络中根据时间信息，根据伪随机算法计算得到不同时隙的通信波形参数指示；每个时隙的通信波形参数指示不同；合法通信双方的发射机与接收机在通信波形参数指示下提取通信波形参数，并完成对应的解扩、解调、信道译码，还原原始信息。
请参阅图1，图1是本发明实施例中一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法的发射机架构图；
发射机中包括：第一授时网络、第一参数映射算法模块、通信波形参数列表、信道编码模块、直接序列扩频模块和调制模块；
所述通信波形参数列表存储于合法通信双方的发射机和接收机中，包括多组通信波形参数；每组通信波形参数包括唯一的信道编码码长、信道编码码率、扩频增益、扩频序列和调制样式；每组通信波形参数对应着唯一的通信波形参数指示；
一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法包括发射机编码方法和接收机译码方法；
其中，在发射端，发射机编码方法包括：
S101：所述第一授时网络提供当前时隙的时间信息t给所述第一参数映射算法模块；
S102：所述第一参数映射算法模块将所述时间信息t转换为通信波形参数指示Li,并根据Li从通信波形参数列表中读取对应的通信波形参数，包括：包含信道编码码长leni、编码码率ratei、扩频增益gaini、扩频序列seqi、调制样式modi；
每个通信时隙对应的通信波形参数指示不同，即通信波形参数不同，显著提高了截获方的分析难度与计算复杂度，使得截获方无法从截获的片段波形中正确分析与提取波形参数，进而使其无法还原原始信息；
S103：所述信道编码模块根据编码码长leni、编码码率ratei将原始信息输入比特si进行信道编码，得到编码后的比特scode；
S104：所述直接序列扩频模块根据扩频增益gaini、扩频序列seqi将scode进行直接序列扩频，得到扩频后的比特sdsss；
S105：所述调制模块根据调制样式modi将sdsss进行调制，输出符号smod；并将smod发送至合法通信的接收机。
步骤S101中，所述时间信息t包括：年Y、月M、日D、时H、分I、秒S、毫秒MS。
本发明实施例中，假设时隙为1ms；步骤S102中，所述第一参数映射算法模块将所述时间信息t转换为通信波形参数指示Li,并根据Li从通信波形参数列表中读取对应的通信波形参数；具体包括：
S201：所述第一参数映射算法模块根据下式将所述时间信息转换为唯一的时隙编号i；
i＝(((((Y×12+M)×31+D)×24+H)×60+I)×60+S)×1000+MS
S202：设定相邻两个时隙的间隔为1ms，根据下式对时隙进行归一化，得到归一化后的时隙表征：
Figure BDA0002504630830000061
上式中，0≤xi<1，N为预设系数；
在本发明实施例中，取N＝1012，以保证31.7年内xi不重复。
S203：参数映射算法模块的伪随机算法采用混沌随机过程Logistic映射如下式，当xi变化时，通信波形参数指示Li呈现伪随机变化；通信波形参数指示Li为所求结果的向上取整，有1≤Li≤1152：
Figure BDA0002504630830000062
S204：参数映射算法模块根据通信波形参数指示Li从通信波形参数列表中读取时隙编号i对应的信道编码码长leni、编码码率ratei、扩频增益gaini、扩频序列seqi、调制样式modi通信波形参数。
发射机采用不同的信道编码、直接序列扩频与调制方法对输入信息比特进行处理，生成该时隙的通信波形。接收机采用对应的解调、解扩与信道译码对输入符号进行处理，还原原始信息比特，从而完成通信。
请参阅图2，图2是本发明实施例中一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法的接收机架构图；
与发射机对应，接收机中包括：第二授时网络、第二参数映射算法模块、通信波形参数列表、解调模块、解扩模块和信道译码模块；
在接收端，所述接收机译码方法包括：
S301：所述第二授时网络提供时间信息t给所述第二参数映射算法模块；
S302：所述第二参数映射算法模块将所述时间信息t转换为通信波形参数指示Li,并根据Li从通信波形参数列表中读取对应的通信波形参数，包括：包含信道编码码长leni、编码码率ratei、扩频增益gaini、扩频序列seqi、调制样式modi；
S303：所述解调模块根据调制样式modi将接收的符号smod进行解调，输出比特rdem；
S304：解扩模块根据扩频增益gaini、扩频序列seqi对rdem进行解扩，输出为rdsss；
S305：信道译码模块根据编码码长leni、编码码率ratei将rdsss进行信道译码，输出比特信息rdec。
所述第一授时网络与所述第二授时网络相同；所述第一参数映射算法模块与所述第二参数映射算法模块相同；每个通信时隙，通信波形参数不同，然而由于合法通信双方的发射机与接收使用统一的授时网络、参数映射算法模块与通信波形参数列表，因而合法的接收机可以从输入符号中正确解析出原始信息。
步骤S302中，所述第二参数映射算法模块将所述时间信息t转换为通信波形参数指示Li,并根据Li从通信波形参数列表中读取对应的通信波形参数的方法与步骤S201～S204类似，此处不再赘述。
如表1所示为本发明实施例中通信波形参数具体列表；信道编码采用低密度奇偶校验(LDPC)码，信道编码码长包括4种：200、600、2000、4000；信道编码码率包括4种：0.1、0.3、0.5、0.8；直接序列扩频的扩频序列包括m序列、M序列、GOLD序列3种；扩频增益包括6档：1、4、16、64、256、1024；调制样式包括二进制相移键控(BPSK)、四相移相键控(QPSK)、八相移相键控(QPSK)和最小频移键控(MSK)4类；
因此，本发明实施例中，通信波形参数的组合一共有4*4*6*3*4＝1152种，即包括1152组通信波形参数；所有组合都存储在通信波形参数列表中，则通信波形参数指示Li范围为1～1152。
表1
Figure BDA0002504630830000071
Figure BDA0002504630830000081
请参见图3，图3是本发明实施例的硬件设备工作示意图，所述硬件设备具体包括：一种通信波形参数捷变的安全无线通信设备301、处理器302及存储设备303。
一种通信波形参数捷变的安全无线通信设备301：所述一种通信波形参数捷变的安全无线通信设备301实现所述一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法。
处理器302：所述处理器302加载并执行所述存储设备403中的指令及数据用于实现所述一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法。
存储设备303：所述存储设备303存储指令及数据；所述存储设备303用于实现所述一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法。
本发明的有益效果是：本发明实施例提出的技术方案可以便捷、高效、快速地在改变通信波形参数，生成无序、伪随机的通信波形特征，在保障合法通信方正确解调与译码的同时，显著提高截获方的计算复杂度，降低截获方的截获概率，保障信息安全。
通过不断捷变的通信波形参数，使得通信波形不呈现显著的通信波形特征，使得截获方难以从侦收的无线信号中正确解调与解析，然而合法方可以采用事先约定的规则从无线信号中正确解调并解析出原始信息，从而达到保障无线通信安全的效果，可以用于有保密或安全要求等无线通信场景及系统。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法，应用于一种通信波形参数捷变的安全无线通信系统中；所述一种通信波形参数捷变的安全无线通信系统包括：发射机和接收机；其特征在于：发射机和接收机之间通过所述一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法进行通信；
发射机中包括：第一授时网络、第一参数映射算法模块、通信波形参数列表、信道编码模块、直接序列扩频模块和调制模块；
所述通信波形参数列表存储于合法通信双方的发射机和接收机中，包括多组通信波形参数；每组通信波形参数包括唯一的信道编码码长、信道编码码率、扩频增益、扩频序列和调制样式；每组通信波形参数对应着唯一的通信波形参数指示；
所述一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法包括发射机编码方法和接收机译码方法；在发射端，发射机编码方法包括：
S101：所述第一授时网络提供当前时隙的时间信息t给所述第一参数映射算法模块；
S102：所述第一参数映射算法模块将所述时间信息t转换为通信波形参数指示Li,并根据Li从通信波形参数列表中读取对应的通信波形参数，包括：包含信道编码码长leni、编码码率ratei、扩频增益gaini、扩频序列seqi、调制样式modi；
S103：所述信道编码模块根据编码码长leni、编码码率ratei将原始信息输入比特si进行信道编码，得到编码后的比特scode；
S104：所述直接序列扩频模块根据扩频增益haini、扩频序列seqi将scode进行直接序列扩频，得到扩频后的比特sdsss；
S105：所述调制模块根据调制样式modi将sdsss进行调制，输出符号smod；并将smod发送至合法通信的接收机。
2.如权利要求1所述的一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法，其特征在于：信道编码采用低密度奇偶校验码，信道编码码长包括4种：200、600、2000、4000；信道编码码率包括4种：0.1、0.3、0.5、0.8；直接序列扩频的扩频序列包括m序列、M序列、GOLD序列3种；扩频增益包括6档：1、4、16、64、256、1024；调制样式包括二进制相移键控、四相移相键控、八相移相键控和最小频移键控4类；
通信波形参数的组合一共有4×4×6×3×4＝1152种，即包括1152组通信波形参数；所有组合都存储在通信波形参数列表中，通信波形参数指示Li取值范围为1～1152。
3.如权利要求1所述的一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法，其特征在于：步骤S101中，所述时间信息t包括：年Y、月M、日D、时H、分I、秒S、毫秒MS。
4.如权利要求3所述的一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法，其特征在于：步骤S102中，所述第一参数映射算法模块将所述时间信息t转换为通信波形参数指示Li,并根据Li从通信波形参数列表中读取对应的通信波形参数；具体包括：
S201：所述第一参数映射算法模块根据下式将所述时间信息转换为唯一的时隙编号i；
i＝(((((Y×12+M)×31+D)×24+H)×60+I)×60+S)×1000+MS
S202：设定相邻两个时隙的间隔为1ms，根据下式对时隙进行归一化，得到归一化后的时隙表征：
Figure FDA0002504630820000021
上式中，0≤xi<1，N为预设系数；
S203：参数映射算法模块的伪随机算法采用混沌随机过程Logistic映射如下式，当xi变化时，通信波形参数指示Li呈现伪随机变化；通信波形参数指示Li为所求结果的向上取整，有1≤Li≤1152：
Figure FDA0002504630820000022
S204：参数映射算法模块根据通信波形参数指示Li从通信波形参数列表中读取时隙编号i对应的信道编码码长leni、编码码率ratei、扩频增益gaini、扩频序列seqi、调制样式modi通信波形参数。
5.如权利要求4所述的一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法，其特征在于：N＝1012，以保证31.7年内xi不重复。
6.如权利要求1所述的一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法，其特征在于：与发射机对应，接收机中包括：第二授时网络、第二参数映射算法模块、通信波形参数列表、解调模块、解扩模块和信道译码模块；
在接收端，所述接收机译码方法包括：
S301：所述第二授时网络提供时间信息t给所述第二参数映射算法模块；
S302：所述第二参数映射算法模块将所述时间信息t转换为通信波形参数指示Li,并根据Li从通信波形参数列表中读取对应的通信波形参数，包括：包含信道编码码长leni、编码码率ratei、扩频增益gaini、扩频序列seqi、调制样式modi；
S303：所述解调模块根据调制样式modi将接收的符号smod进行解调，输出比特rdem；
S304：解扩模块根据扩频增益gaini、扩频序列seqi对rdem进行解扩，输出为rdsss；
S305：信道译码模块根据编码码长leni、编码码率ratei将rdsss进行信道译码，输出比特信息rdec。
7.如权利要求5所述的一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法，其特征在于：所述第一授时网络与所述第二授时网络相同；所述第一参数映射算法模块与所述第二参数映射算法模块相同。
8.一种存储设备，其特征在于：所述存储设备存储指令及数据用于实现权利要求1～7所述的任意一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法。
9.一种通信波形参数捷变的安全无线通信设备，其特征在于：包括：处理器及存储设备；所述处理器加载并执行存储设备中的指令及数据用于实现权利要求1～7所述的任意一种通信波形参数捷变的安全无线通信方法。
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