CN114124186B - 一种多天线无线隐蔽通信协同优化方法 - Google Patents

一种多天线无线隐蔽通信协同优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了通讯工程技术领域的一种多天线无线隐蔽通信协同优化方法，包括如下步骤：S1、建立协作式的通信模型，其中，通信模式包括广播式通信和中继式通信；S2、采集通信协作下的隐蔽通道容量最高时的发送方多天线功率矩阵；S3、估算目标通信场景的信道状态信息；S4、采集估算的信道系数，并根据非凸问题对应的算法查询功率矩阵的最优解决策略；S5、将功率矩阵的最优解决策略结合至脏星座隐蔽通讯处理验证隐蔽通讯效果，本发明隐蔽通信协同优化处理能够使隐蔽信息隐蔽性强且可靠性高等优点。

Description

一种多天线无线隐蔽通信协同优化方法
技术领域
本发明涉及通讯工程技术领域，特别是涉及一种多天线无线隐蔽通信协同优化方法。
背景技术
随着5G和6G通信技术的不断进步，基于多天线广播信道的无线隐蔽通信的研究成为必要。低检测概率(LPD)通信，也称为隐蔽通信，是军事通信的重中之重。由于无线电的可达性，窃听者可以截获无线通信信号并试图获取通信内容，这对通信的安全构成了极大的威胁。为了保护通过无线链路传输的信息，不仅要求对手无法获取通信内容，还要求其无法判断是否有通信行为。
（1）为了提高隐蔽通信系统的隐蔽性，Cek提出了一种方法将隐蔽信息编码为具有偏斜α稳定分布的人工随机信号（Cek, M.E. Covert communication using skewed α-stable distributions. Electronics Letters, 2015. 51, 116-118.）；接收方在不同的时刻调整相位以恢复这些随机信号，其中只有接收方具有正确的相位调整顺序；为了提高不可检测性，Kitano 提出了一种新的隐蔽通信系统，将秘密信息嵌入到直接序列扩频编码的填充码字中（Kitano, T., H. Iwai, and H. Sasaoka, A wireless Steganographytechnique by embedding DS-SS signal in digital mobile communication systems.Science Engineering Review of Doshisha University, 2011. 52: p. 127-134.），也称为无线隐写术。为了进一步提高残差信号的随机性和不可检测性，Cao提出了一种将隐蔽消息模块化为人工噪声的方法（Cao, P., et al., A Wireless Covert Channel Basedon Constellation Shaping Modulation. Security and Communication Networks,2018. 2018: p. 1214681.），该方法将隐蔽信息映射为高斯白噪声信号，叠加在载体信号上，进行隐蔽通信。
（2）为了提供具有高信道容量的隐蔽通信，Dutta提出了一种将隐蔽消息隐藏在“脏”星座中的方法（Dutta A, Saha D, Grunwald D, et al. Secret agent radio:Covert communication through dirty constellations[C]//International Workshopon Information Hiding. Springer, Berlin, Heidelberg, 2012: 160-175.），该星座模拟通常由硬件缺陷和信道噪声而产生的加性噪声；该方法进一步扩展到 MIMO 场景，隐蔽通信方可以选择最优信道进行传输，也可以通过多个信道同时传输隐蔽信息；然而，嵌入的秘密信息可以通过基于残差信号的KS测试或者KL散度来检测。
但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
在上述（1）的方法中，在提高隐蔽性的同时，存在信道容量较小、可靠性较差的缺点；
在上述（2）的方法中，为了减少被检测概率，通常采用减少信号功率的方法降低被检测概率，但是低信噪比会导致更高的误码率，降低隐蔽通信的可靠性。
基于此，本发明设计了一种多天线无线隐蔽通信协同优化方法，以解决上述问题。
发明内容
为了解决目前背景技术提及的技术问题，本发明的目的是提供一种多天线无线隐蔽通信协同优化方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多天线无线隐蔽通信协同优化方法，包括如下步骤：
S1、建立协作式通信模型，其中，通信模式包括广播式通信和中继式通信；
S2、采集通信协作下的隐蔽通道容量最高时的发送方多天线功率矩阵；
S3、估算目标通信场景的信道状态信息；
S4、采集估算的信道系数，并根据非凸问题对应的算法查询功率矩阵的最优解决策略；
S5、将功率矩阵的最优解决策略结合至脏星座隐蔽通讯处理验证隐蔽通讯效果。
其中，所述建立协作式的通信模型包括：
初始状态下经广播模式传输信息，判断单天线接收方甲是否存在比另一单天线接收方乙更好的接收信道时刻，若存在，则将系统切换为中继模式；
所述中继模式处理包括：
以单天线接收方甲作为一个中继节点，传输载体信号至乙，并将发文方式通过解码转发；
此外，所述脏星座隐蔽通讯处理包括：
a、分组载体信息，并生成对应映射序列，其中，载体信息包括载密信号和不载密信号；
b、QPSK调制隐蔽信息，生成隐蔽星座点，并控制旋转隐蔽星座点；
c、QPSK旋转载体信息，生成载密信号，并将载密信号经无线信道传输，得到含噪载密信号；
d、QPSK调解该含噪载密信号，将得到的载体信息再进行QPSK调制，得到理想载体信号；
e、将含噪载体信号和理想载体信号进行减法运算，得到残值信号作为含噪隐蔽信号；
f、将含噪隐蔽信号进行星座点旋转，得到原始含噪隐蔽星座点；
g、QPSK调解原始含噪星座点，得到隐蔽信息和高斯噪声的交叉序列；
h、参照映射序列提取隐蔽信息和高斯噪声的交叉序列，得到隐蔽信息。
优选的，所述隐蔽星座点直接叠加在载体星座点之上，且所述隐蔽星座点围绕原始星座点旋转。
优选的，所述广播式通信处理包括：
隐蔽信息发送方丙将叠加信号X向单天线接收方乙和甲进行广播，包括相同的载体信号Sc，以及不同的隐蔽信息Ss1和Ss2；
解密各自的隐蔽信息Ss1和Ss2需要先解调载体信号Sc；
同时单天线隐蔽信息检测方丁对信号进行检测。
优选的，所述传输载体信号至乙包括：
中继甲将载体信号Sc根据不同的码本以功率PR从隐蔽信息发送方丙传输到乙。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明通过隐蔽信息发送方、多个隐蔽信息接收方和一个隐蔽信息监听方三者的信道关系的分析，在不改变隐蔽信息调制解调的方法，不增加隐蔽通信复杂度的条件下，通过对发送方功率矩阵进行调整，实现隐蔽信号波束成形效果，隐蔽信息隐蔽性和可靠性提升显著，且所提波束成形矩阵可推广至一类隐蔽通信处理；
综上所述，本发明的隐蔽通信协同优化处理能够使隐蔽信息隐蔽性强且可靠性高等优点。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步详细说明本发明：
图1为本发明隐蔽通信系统模型图；
图2为本发明脏星座无线隐蔽通信处理流程图；
图3为本发明图2中的星座点旋转示意图；
图4为本发明广播式通信模式（模式1）示意图；
图5为本发明中继式通信模式（模式2）示意图；
图6为本发明随丙功率增加的系统隐蔽信道总容量曲线图；
图7为本发明优化前后载体信号误码率对比图；
图8为本发明优化前后隐蔽信号误码率对比图；
图9为本发明优化前后残差信号I轴KL散度对比图；
图10为本发明优化前后残差信号Q轴KL散度对比图；
图11为本发明优化前后残差信号幅值KL散度对比图；
图12为本发明优化前后残差信号相位KL散度对比图；
图13为本发明优化前后残差信号I轴KS检验对比图；
图14为本发明优化前后残差信号Q轴KS检验对比图；
图15为本发明优化前后残差信号幅值KS检验对比图；
图16为本发明优化前后残差信号相位KS检验对比图。
附图中的Carol、Bob、Alice以及Wille分别为甲、乙、丙、丁。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
实施例一
本发明提供一种技术方案：一种多天线无线隐蔽通信协同优化方法，包括如下步骤：
S1、建立协作式通信模型，其中，通信模式包括广播式通信和中继式通信；
S2、采集通信协作下的隐蔽通道容量最高时的发送方多天线功率矩阵；
S3、估算目标通信场景的信道状态信息；
S4、采集估算的信道系数，并根据非凸问题对应的算法查询功率矩阵的最优解决策略；
S5、将功率矩阵的最优解决策略结合至脏星座隐蔽通讯处理验证隐蔽通讯效果。
通过上述步骤不难发现，在本发明中的多天线无线隐蔽通信协同优化方法中，通过建立协作式隐蔽通信系统的模型，即包括两种通信模式：广播式通信模式和中继式通信模式；通过在两种通信模式联合工作的情况下，隐蔽信道容量最高时的发送方多天线功率矩阵，以对所需解决问题进行公式描述，再对目标通信场景的信道状态信息进行估算，并且针对描述的非凸问题提出正余弦算法，基于估算的信道系数，给出功率矩阵的最优解决策略，基于所提最优功率策略，结合脏星座隐蔽通信方法进行隐蔽通信验证效果；通过本发明提出的多天线无线隐蔽通信协同优化优化算法，能够优化隐蔽信息发送方传输功率，有效提高能量利用率，提高额定传输功率下的隐蔽性和可靠性。
如图1所示，所述建立协作式的通信模型包括：
初始状态下经广播模式传输信息，判断单天线接收方甲是否存在比另一单天线接收方乙更好的接收信道时刻，若存在，则将系统切换为中继模式。
在本实施例中，在两用户下行协作网络中进行隐蔽通信，包括一个具有NT个天线的隐蔽信息发送方丙，两个单天线接收方乙和甲，以及一个单天线隐蔽信息检测方丁；一共可以采用两种通信模式，广播模式和中继模式。通常情况下采用广播模式传输信息，而当甲相对乙具有更好的接收信道时刻，系统切换为中继模式。
进一步的，所述中继模式处理包括：
以单天线接收方甲作为一个中继节点，传输载体信号至乙，并将发文方式通过解码转发。
本实施例中，甲作为一个中继节点，传输载体信号至乙，转发方式为解码转发。无线链路信道表示如下，
Figure 574749DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 288627DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 865102DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 57049DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 402580DEST_PATH_IMAGE005
分别表示为
Figure 42288DEST_PATH_IMAGE006
；未信息M发送至乙和甲可分为载体信息Mc和分属个人的隐蔽信息Ms1和Ms2，经过解码后可以分为对应的Sc，Ss1和Ss2三个信息流；在线性系统中，可以设置预编码矩阵
Figure 106059DEST_PATH_IMAGE007
，生成的叠加信号为
Figure 101696DEST_PATH_IMAGE008
；假设均值
Figure 301734DEST_PATH_IMAGE009
,
Figure 91835DEST_PATH_IMAGE010
并且功率 PT 受限于丙传输信号的功率上界；当甲作为中继模式工作时刻，甲以半双工模式进行工作，表明一个完整的通信过程包括两个连续的时隙；广播模式（即
Figure 642902DEST_PATH_IMAGE002
）工作时长为θ(0<θ≤1)，中继模式(即
Figure 176652DEST_PATH_IMAGE003
)工作时长为1-θ；隐蔽通信检测方丁可以检测丙发出的广播信号以及甲转发的中继信号。
如图2所示，所述脏星座隐蔽通讯处理包括：
a、分组载体信息，并生成对应映射序列，其中，载体信息包括载密信号和不载密信号；
b、QPSK调制隐蔽信息，生成隐蔽星座点，并控制旋转隐蔽星座点；
c、QPSK旋转载体信息，生成载密信号，并将载密信号经无线信道传输，得到含噪载密信号；
d、QPSK调解该含噪载密信号，将得到的载体信息再进行QPSK调制，得到理想载体信号；
e、将含噪载体信号和理想载体信号进行减法运算，得到残值信号作为含噪隐蔽信号；
f、将含噪隐蔽信号进行星座点旋转，得到原始含噪隐蔽星座点；
g、QPSK调解原始含噪星座点，得到隐蔽信息和高斯噪声的交叉序列；
h、参照映射序列提取隐蔽信息和高斯噪声的交叉序列，得到隐蔽信息。
在本实施例中，先对载体信息进行分组，分为载密信号和不载密信号，并生成对应的映射序列，将隐蔽信息进行QPSK调制，生成隐蔽星座点，再对隐蔽星座点进行旋转，将载体信息进行QPSK旋转，并参照映射序列嵌入隐蔽星座点和高斯随机噪声，生成载密信号，载密信号经无线信道传输，得到含噪载密信号，将含噪载密信号进行QPSK解调，得到载体信息。再对载体信息进行QPSK调制，得到理想载体信号，将含噪载体信号和理想载体信号相减，得到残差信号，即含噪隐蔽信号，将含噪隐蔽信号进行星座点旋转，得到原始含噪隐蔽星座点，对原始含噪星座点进行QPSK解调，得到隐蔽信息和高斯噪声的交叉序列，将隐蔽信息和高斯噪声的交叉序列参照映射序列进行提取，得到隐蔽信息。
作为优选，如图3所示，所述隐蔽星座点直接叠加在载体星座点之上，且所述隐蔽星座点围绕原始星座点旋转，可以提高隐蔽性。
再进一步的，所述广播式通信处理包括：
隐蔽信息发送方丙将叠加信号X向单天线接收方乙和甲进行广播，包括相同的载体信号Sc，以及不同的隐蔽信息Ss1和Ss2；
解密各自的隐蔽信息Ss1和Ss2需要先解调载体信号Sc；
同时单天线隐蔽信息检测方丁对信号进行检测。
在本实施例中，隐蔽信息发送方丙将叠加信号X传输给丙和乙，同时单天线隐蔽信息检测方丁对信号进行检测为在广播通信模式（模式1）下进行，并且三者接收的信号可表示为：
Figure 496775DEST_PATH_IMAGE011
；将乙和甲接收到的信号表示为
Figure 723357DEST_PATH_IMAGE012
，其中k=1,2。符号
Figure 761720DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure 833581DEST_PATH_IMAGE014
是加性高斯白噪声(AWGN)；可以认为这些直接链路的信道状态信息在丙处是完全已知的，并且它们在两个时隙期间都是固定的。
紧接着，所述传输载体信号至乙包括：
中继甲将公共信息流Sc根据不同的码本以功率PR从隐蔽信息发送方丙传输到乙。
本实施例中，对应的信号可以表示为：
Figure 276719DEST_PATH_IMAGE015
；
相似地，符号
Figure 408623DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure 934283DEST_PATH_IMAGE014
是加性高斯白噪声(AWGN)。
需要补充的是，性能指标可以评估隐蔽通信方案，而优化问题是最大化系统的隐蔽信道容量。
1）对于隐蔽通信性能指标：
在模式1中,乙和甲首先解码公共信息流Sc (即，载体信号)，表明隐蔽信号 Ss1和 Ss2 被视作解码载体信号时刻的噪声；因此，公共信息流Sc的信噪比可以被表示为：
Figure 544255DEST_PATH_IMAGE016
；
其中
Figure 838971DEST_PATH_IMAGE017
表示乙在模式1中接收到的公共信息流Sc的信噪比；同样的，
Figure 407355DEST_PATH_IMAGE018
表示甲接收到的公共信息流 Sc 的信噪比。
在模式2中，乙接收到的公共信息流Sc的信噪比可以表示为：
Figure 889152DEST_PATH_IMAGE019
；
考虑到隐蔽消息必须基于载体信号进行解调；因此，丙需要确保载体信号对乙和甲都是可接收的；相应地，载体信号的速率应为：
Figure 568395DEST_PATH_IMAGE020
；
将乙和甲接收到的公共信息流速率表示为：
Figure 717617DEST_PATH_IMAGE021
；
其中Rc,1 和 Rc,2 分别表示乙和甲处的载体信息流传输速率；在乙和甲解调载体信息流后，可以采用脏星座隐蔽通信方法，对隐蔽信息进行解调；而其中隐蔽信号Ss,1和 Ss,2 的信噪比可以表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
隐蔽通信速率可以表示为：
Figure 988061DEST_PATH_IMAGE023
；
其中Rs,1 和 Rs,2 表示乙和甲的隐蔽传输速率；
2）对于隐蔽通信检测指标：
如图1所示的系统模型，无线隐蔽通信的性能指标一共包括隐蔽性和可靠性；假设丁采用最优检测判定，依据Pinsker不等式可以得到：
Figure 219804DEST_PATH_IMAGE024
；
其中，
Figure 437158DEST_PATH_IMAGE025
表示漏检率，
Figure 706466DEST_PATH_IMAGE026
表示误报率；而相对熵
Figure 351074DEST_PATH_IMAGE027
（也称KL散度）的定义如下所示：
Figure 73042DEST_PATH_IMAGE028
；
相对熵的定义如下所示:
Figure 94088DEST_PATH_IMAGE029
Figure DEST_PATH_IMAGE030
；
其中
Figure 483481DEST_PATH_IMAGE031
表示丁接收到的信号功率；
Figure 564569DEST_PATH_IMAGE032
表示理论公共信息流功率；在设计时，丁窃取到了载体信号也就是公共信息流的密码本，通过密码本可以对载体信号进行解调并且据此生成理想载体信号；但是丁不具备隐蔽信号的密码本，所以丁无法生成合适的预编码矩阵解调隐蔽信息；丁仅可以通过对残差信号和普通的高斯白噪声信号进行对比，以判断隐蔽通信是否存在；为了满足隐蔽性指标，应该确保
Figure 773834DEST_PATH_IMAGE033
，其中Rc,w表示载体信号的传输速率，包括
Figure 332991DEST_PATH_IMAGE004
以及
Figure 311311DEST_PATH_IMAGE005
。其中丁接收到的载体信号的信噪比可以表示为：
Figure 831810DEST_PATH_IMAGE034
；
其中
Figure 262791DEST_PATH_IMAGE035
和
Figure 625639DEST_PATH_IMAGE036
丁在模式1和模式2中所检测到的载体信噪比；丁处两种隐蔽信号的信干噪比可以表示为 as：
Figure 458466DEST_PATH_IMAGE037
；
对应地，将接收到的所属乙和甲的隐蔽信息在丁处的信干噪比表示为
Figure 615778DEST_PATH_IMAGE038
和
Figure 799635DEST_PATH_IMAGE038
；丁处的载体信号和隐蔽信号传输速率即可表示为：
Figure 966174DEST_PATH_IMAGE039
；
因此, 丙至乙和甲的隐蔽信息速率之和可以表示为：
Figure 387928DEST_PATH_IMAGE040
；
其中 [x]+表示取正值；
3）对于目标制定：
考虑到所建立的系统模型，主要目的是在有限功率约束和良好预编码矩阵设计的前提下，最大化丙传输的隐蔽信息速率之和；最大化隐蔽传输速率之和可以被表示为下式：
Figure 981720DEST_PATH_IMAGE041
；
Figure 387294DEST_PATH_IMAGE042
Figure 357524DEST_PATH_IMAGE043
Figure DEST_PATH_IMAGE044
；
还需要补充的是，针对上述问题的优化方案具体如下：
由于目标问题不是一个凸问题，因此不能直接得到这个问题的最优解决策略；可以将上式转换为：
Figure 958751DEST_PATH_IMAGE045
； （1）
Figure DEST_PATH_IMAGE046
Figure 254603DEST_PATH_IMAGE047
Figure 147473DEST_PATH_IMAGE048
Figure 390235DEST_PATH_IMAGE049
Figure DEST_PATH_IMAGE050
；
为了解决非凸问题，引入了辅助变量
Figure 848898DEST_PATH_IMAGE051
和
Figure DEST_PATH_IMAGE052
。其中as和ac分别表示乙和甲的隐蔽信号和载体信号在丁处的传输速率；引入了多个辅助变量，将问题转化为凸形式，包括
Figure 315652DEST_PATH_IMAGE053
,
Figure DEST_PATH_IMAGE054
,
Figure 492555DEST_PATH_IMAGE055
,
Figure DEST_PATH_IMAGE056
；将bs和bc表示为未考虑时隙分配时刻的载体信号和隐蔽信号传输速率。其中，cs和cc表示载体信号和隐蔽信号的信干噪比；为了处理约束
Figure 338676DEST_PATH_IMAGE057
，将之转换为：
Figure 120687DEST_PATH_IMAGE058
； （2）
上述表达式（2）中的a式可以改写为：
Figure 1
结合式（2）和式（3），可以重写约束式（1）中的a式为
Figure 961604DEST_PATH_IMAGE059
； （4）
为了解决问题式（4）中的a式,采用下述正余弦算法；将
Figure 94645DEST_PATH_IMAGE060
表示为
Figure 679210DEST_PATH_IMAGE061
。项
Figure 581307DEST_PATH_IMAGE062
围绕点
Figure 593126DEST_PATH_IMAGE063
的一阶泰勒展开式可以表示为
Figure 682304DEST_PATH_IMAGE064
Figure 70560DEST_PATH_IMAGE065
； （5）
进一步变换，上式的一阶泰勒展开式可以表示为：
Figure 561585DEST_PATH_IMAGE066
； (6)
约束式（4）中的a式可以表示为：
Figure 6954DEST_PATH_IMAGE067
； (7)
其中 k=1,2。为了处理约束式（4）中的b式, 可以将之转换为凸差形式，即:
Figure 849008DEST_PATH_IMAGE068
； (8)
其中项
Figure 775376DEST_PATH_IMAGE069
围绕点
Figure 120906DEST_PATH_IMAGE070
的一阶泰勒展开式可以表示为：
Figure 5686DEST_PATH_IMAGE071
； (9)
定义项
Figure DEST_PATH_IMAGE072
为
Figure 600615DEST_PATH_IMAGE073
。式(8)可以被改写为：
Figure 596253DEST_PATH_IMAGE074
； (10)
可以重写式(4)为：
Figure 796290DEST_PATH_IMAGE075
； (11)
其中
Figure 851971DEST_PATH_IMAGE076
。类似上式, 可以将式（1）中的b式表示为：
Figure 137459DEST_PATH_IMAGE077
； (12)
其中，
Figure 671208DEST_PATH_IMAGE078
,
Figure 994261DEST_PATH_IMAGE079
；围绕点
Figure 220843DEST_PATH_IMAGE080
, 可以将式（1）中的c式表示为：
Figure 728047DEST_PATH_IMAGE081
； (13)
其中，
Figure 65488DEST_PATH_IMAGE082
,
Figure 505696DEST_PATH_IMAGE083
，其中k=1,2；基于上式，可以围绕点
Figure 372021DEST_PATH_IMAGE084
重写式（1）中的d式为：
Figure 897681DEST_PATH_IMAGE085
； (14)
可以解决式(1), 并将之表示为：
Figure 773233DEST_PATH_IMAGE086
；(15)
还需要补充的是，在进行仿真验证时：
如图6所示为随丙功率增加的系统隐蔽信道总容量曲线；图中结果无法衡量所属乙和甲的隐蔽信道容量，为了衡量优化算法的隐蔽性和可靠性，采用如图3所示的脏星座隐信道进行算法优化验证；
如图7所示为载体信号的误码率曲线；包括乙和甲原本的载体信号误码率曲线乙和甲，乙和甲经过优化后的载体信号误码率曲线乙*和甲*，以及丁接收的属于乙和甲的载体信号WTest乙*和WTest甲*；在等发射功率下，经过优化后的载体信号，乙和甲具有更低的误码率（BER）；且经过功率优化，丁对于所属乙和甲的载体信号接收的误码率显著提高，有效提高了隐蔽通信的隐蔽性；
如图8所示为隐蔽信号的误码率曲线；包括乙和甲原本的隐蔽信号误码率曲线乙和甲，乙和甲经过优化后的隐蔽信号误码率曲线乙*和甲*；可以看出经过功率优化后的隐蔽信号，具有更低的误码率（BER），有效提高了隐蔽通信的可靠性；
如图9-12所示，为优化前后的残差信号KL散度对比；分别针对参考信号和接收信号的I轴的值、Q轴的值、幅值、相位的KL散度进行检测。KL散度越小，隐蔽性越好；如图可见，优化后的残差信号KL散度显著降低，有效地提高系统的隐蔽性；
如图13-16所示，为优化前后的残差信号进行的KS距离对比，KS距离的公式如下：
Figure 67948DEST_PATH_IMAGE087
；
其中，F1和F0分别表示参考信号和检测信号对应的累积分布函数；同样的，分别针对参考信号和实际接收信号的I轴的值、Q轴的值、幅值、相位的KS距离进行检测；KS距离越小，隐蔽性越好；如图可见，优化后的系统隐蔽性，高于优化前的系统。
因此，本发明提出的一种多天线无线隐蔽通信协同优化优化算法，该方法针对一类信号叠加式隐蔽通信方法提出了优化算法，并通过脏星座隐蔽通信方法进行了优化算法验证；分别采用KL散度和KS检验，对优化后的隐蔽通信方法进行了验证；可以发现，优化后的隐蔽通信方法，系统的隐蔽性和可靠性相对优化前有了显著地提升。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种多天线无线隐蔽通信协同优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、建立协作式通信模型，其中，通信模式包括广播式通信和中继式通信；
S2、采集通信协作下的隐蔽通道容量最高时的发送方多天线功率矩阵；
S3、估算目标通信场景的信道状态信息；
S4、采集估算的信道系数，并根据非凸问题对应的算法查询功率矩阵的最优解决策略；
S5、将功率矩阵的最优解决策略结合至脏星座隐蔽通讯处理验证隐蔽通讯效果；
其中，所述建立协作式的通信模型包括：
初始状态下经广播模式传输信息，判断单天线接收方甲是否存在比另一单天线接收方乙更好的接收信道时刻，若存在，则将系统切换为中继模式；
所述中继模式处理包括：
以单天线接收方甲作为一个中继节点，传输载体信号至乙，并将发文方式通过解码转发；
此外，所述脏星座隐蔽通讯处理包括：
a、分组载体信息，并生成对应映射序列，其中，载体信息包括载密信号和不载密信号；
b、QPSK调制隐蔽信息，生成隐蔽星座点，并控制旋转隐蔽星座点；
c、QPSK旋转载体信息，生成载密信号，并将载密信号经无线信道传输，得到含噪载密信号；
d、QPSK调解该含噪载密信号，将得到的载体信息再进行QPSK调制，得到理想载体信号；
e、将含噪载体信号和理想载体信号进行减法运算，得到残值信号作为含噪隐蔽信号；
f、将含噪隐蔽信号进行星座点旋转，得到原始含噪隐蔽星座点；
g、QPSK调解原始含噪星座点，得到隐蔽信息和高斯噪声的交叉序列；
h、参照映射序列提取隐蔽信息和高斯噪声的交叉序列，得到隐蔽信息。
2.根据权利要求1所述的一种多天线无线隐蔽通信协同优化方法，其特征在于，所述隐蔽星座点直接叠加在载体星座点之上，且所述隐蔽星座点围绕原始星座点旋转。
3.根据权利要求1所述的一种多天线无线隐蔽通信协同优化方法，其特征在于，所述广播式通信处理包括：
隐蔽信息发送方丙将叠加信号X向单天线接收方乙和甲进行广播，包括相同的载体信号Sc，以及不同的隐蔽信息Ss1和Ss2；
解密各自的隐蔽信息Ss1和Ss2需要先解调载体信号Sc；
同时单天线隐蔽信息检测方丁对信号进行检测。
4.根据权利要求1所述的一种多天线无线隐蔽通信协同优化方法，其特征在于，所述传输载体信号至乙包括：
中继甲将载体信号Sc根据不同的码本以功率PR从隐蔽信息发送方丙传输到乙。
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