CN114157346B - 协作式反向散射隐蔽通信系统及通信方法 - Google Patents

协作式反向散射隐蔽通信系统及通信方法 Download PDF

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CN114157346B CN202210118140.3A CN202210118140A CN114157346B CN 114157346 B CN114157346 B CN 114157346B CN 202210118140 A CN202210118140 A CN 202210118140A CN 114157346 B CN114157346 B CN 114157346B
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Abstract

本发明公开了协作式反向散射隐蔽通信系统及通信方法，系统包括一个射频信号发射装置、多个反向散射设备和多个反向散射接收器。射频信号发射装置发射含干扰信号，并在约定时隙关闭干扰信号生成模块。反向散射设备在干扰信号生成模块关闭时隙内传输隐蔽信息。反向散射接收器保持接收反向散射设备传递的隐蔽信息。本发明中射频信号发射装置只负责传输叠加人工干扰的常规信号，不涉及隐蔽通信内容，不会被检测。反向散射设备负责传输信号，没有电池和固定电源，不受位置制约且体积和发射功率较小，极大地减少隐蔽通信被检测概率。本发明采用反向散射通信消除了对任何有源射频组件的需求，从而延长了无线设备的使用寿命和持续的通信功能。

Description

协作式反向散射隐蔽通信系统及通信方法
技术领域
本发明涉及协作式反向散射隐蔽通信系统及通信方法，属于电子、通讯、信息安全等技术领域。
背景技术
无线隐蔽通信作为一种以隐蔽性为主要追求的特殊通信方式，涉及多种场景下的隐蔽信道容量分析等信息论新问题，和一系列以无线通信为背景的信息隐藏方法，在复杂对抗环境中的军事通信、物理隔离环境下的情报通信等领域有着重要的应用前景。
目前通常采用加密手段来保护或者隐藏通信内容，而当需要对通信行为进行隐藏时，单纯的协议加密就不再满足需求，需要采用隐蔽通信设备或系统。维持隐蔽通信设备保持工作状态会带来巨大的电量损耗和用电需求，而固定的电源线路或者频繁的电池更换会带来极大的暴露风险。
发明内容
针对目前隐蔽通信设备具有巨大的电量损耗和用电需求，而固定的电源线路或者频繁的电池更换会带来极大的暴露风险的技术问题，本发明提出了一种协作式反向散射隐蔽通信系统和方法。
为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。
一方面，本发明提供一种协作式反向散射隐蔽通信系统，包括：一个射频信号发射装置、多个反向散射设备和多个反向散射接收器；射频信号发射装置和所有反向散射设备以及反向散射接收器共享同一个通信码本且均保持时钟同步；
所述射频信号发射装置内置干扰信号发生模块，所述射频信号发射装置用于通过干扰信号发生模块生成干扰信号，将所述干扰信号叠加在原始射频信号上形成干扰射频信号；持续发送干扰射频信号，只在通信码本约定的特定时隙关闭干扰信号发生模块(即停止发送干扰射频信号)仅发送原始射频信号；
所述反向散射设备，用于持续接收所述射频信号发射装置发送的射频信号，将射频信号转化为能量；在射频信号发射装置关闭干扰信号发生模块的特定时隙，对该特定时隙接收到的原始射频信号进行调制，在所述特定时隙将调制后的隐蔽信号发送到反向散射接收器；
所述反向散射接收器，用于接收反向散射设备发送的隐蔽信号。
进一步地，所述射频信号发射装置包括数据流生成模块、调制映射模块、导频码插入模块、IFFT变换模块、干扰信号生成模块、训练序列插入模块、数模转换模块、混频模块和天线模块；所述数据流生成模块用于对数据进行卷积编码、比特构建码元和码元交织流程后获得变换后的数据；
所述调制映射模块，用于对变换后数据进行调制并映射到相应的子载波上；
所述导频码插入模块，用于在子载波插入导频码；
所述IFFT变换模块，用于对插入导频码的子载波经IFFT变换生成符号中的样本点；
所述干扰信号生成模块用于持续在符号中的样本点添加额定功率的伪瑞利衰落干扰获得含干扰符号的信号，仅在通信码本约定的特定时隙停止干扰信号生成；
所述训练序列插入模块用于将含干扰符号的信号插入训练序列；再经数模转换模块和混频模块、放大模块后由天线模块发出。
进一步地，所述反向散射设备包括射频能量吸收模块、微型电池模块、时钟模块和微型控制器模块，所述射频能量吸收模块用于将接收到的射频信号转化为能量，在待机模式下为微型电池模块充电；所述微型电池模块用于在接收信号能量不足时为时钟模块和微型控制器提供电量供给，所述时钟模块用于授时，所述微型控制器模块用于在射频信号发射装置关闭干扰信号发生模块的特定时隙，对接收到的原始射频信号进行调制，并在所述特定时隙将调制后的隐蔽信号发送到反向散射接收器。
进一步地，某个时间点，只有一个反向散射设备和其对应的反向散射接收器组成的反向散射链路工作。
进一步地，射频信号发射装置关闭干扰信号生成模块，反向散射设备滞后两个时隙再将调制后的隐蔽信号发送到反向散射接收器。
进一步地，反向散射设备在干扰信号发生模块约定通信时隙结束前两个时隙，停止工作，进入待机状态。
进一步地，反向散射设备和反向散射接收器之间的通信流程包括时隙盲同步、唤醒及前导码传输、训练前导码传输、隐蔽信息传输和时隙同步五个阶段；
时隙盲同步阶段，用于反向散射设备参照通信码本进行校时；
唤醒及前导码传输阶段，用于唤醒反向散射接收器；
训练前导码传输阶段，用于反向散射设备将其天线保持反向散射传输状态，将训练前导码发送给反向散射接收器；
隐蔽信息传输阶段，用于反向散射设备将调制后的隐蔽信号发送给反向散射接收器；
时隙同步阶段，用于反向散射设备将自己的时钟信息作为报尾，传输至反向散射接收器。
第二方面，本发明提供一种协作式反向散射隐蔽通信方法，包括：设置一个射频信号发射装置、多个反向散射设备和多个反向散射接收器；
射频信号发射装置和所有反向散射设备以及反向散射接收器共享同一个通信码本且均保持时钟同步；
利用所述射频信号发射装置生成干扰信号，将所述干扰信号叠加在原始射频信号上形成干扰射频信号；持续发送干扰射频信号，只在通信码本约定的特定时隙停止发送干扰射频信号仅发送原始射频信号；
所述反向散射设备持续接收所述射频信号发射装置发送的射频信号，将射频信号转化为能量；在射频信号发射装置停止发送干扰射频信号的特定时隙，对该特定时隙接收到的原始射频信号进行调制，在所述特定时隙将调制后的隐蔽信号发送到反向散射接收器；
反向散射接收器接收反向散射设备发送的隐蔽信号。
进一步地，包括： 反向散射设备和反向散射接收器之间的通信流程包括时隙盲同步、唤醒及前导码传输、训练前导码传输、隐蔽信息传输和时隙同步五个阶段；
时隙盲同步阶段，反向散射设备参照通信码本进行校时；
唤醒及前导码传输阶段，唤醒反向散射接收器；
训练前导码传输阶段，反向散射设备将其天线保持反向散射传输状态，将训练前导码发送给反向散射接收器；
隐蔽信息传输阶段，反向散射设备将调制后的隐蔽信号发送给反向散射接收器；
时隙同步阶段，反向散射设备将自己的时钟信息作为报尾，传输至反向散射接收器。
本发明所达到的有益效果：本发明设计了一个完整的协作式背散射隐蔽通信系统，包含一个射频信号发射装置，多个反向散射设备，多个反向散射接收器。射频信号发射装置发射含干扰信号，并在约定时隙关闭干扰模块。反向散射接收器（BR,BackscatterReceiver）在干扰模块关闭时隙内传输隐蔽信息。外部反向散射接收器保持信号接收状态，接收反向散射设备传递的隐蔽信息。相较于传统的隐蔽通信模式，本申请采用了专用射频信号发射装置和反向散射通信装置相结合的协作式隐蔽通信模式。射频信号发射装置(RFsource)只负责传输叠加人工干扰的常规信号，不涉及隐蔽通信内容，不会被检测。反向散射设备负责传输信号，没有电池和固定电源，不受位置制约且体积和发射功率较小，极大地减少隐蔽通信被检测概率。
本发明设计的反向散射设备和反向散射接收器之间的通信流程，包括了时隙盲同步、唤醒及前导码传输、训练前导码传输、隐蔽信息传输和时隙同步五个阶段，当进入协作隐蔽通信模式时隙，按照流程开始进行隐蔽传输，有效确保反向散射隐蔽通信系统的稳定性和较低的误码率。
附图说明
图1 是具体实施例提供的协作式反向散射隐蔽通信系统模型图；
图2 是具体实施例中射频信号发射装置设计原理图；
图3 是伪瑞利衰落干扰信号叠加原理图；
图4是具体实施例中协作式反向散射隐蔽通信反向散射设备结构图；
图5是具体实施例中一个通信流程内射频信号发射装置(RFsource)和反向散射设备(BD)协作流程图；
图6 是具体实施例提供的协作式反向散射隐蔽通信系统的通信流程。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1：一种协作式反向散射隐蔽通信系统，如图1所示，包括：
1）一种专用射频信号发射装置（RFsource），长期维持广播发射状态，发射内容为常规不涉密信息。内置干扰信号生成模块，所述干扰信号生成模块可持续生成额定功率的伪瑞利衰落信号叠加在原始射频信号上形成干扰射频信号，射频信号发射装置和所有反向散射设备以及反向散射设备共享同一个通信码本，通信码本具体包括反向散射设备信号调制方法、各反向散射设备通信时隙、反向散射帧格式等，其中各反向散射设备通信时隙用于约定射频信号发射装置关闭干扰信号发生模块(即停止发送干扰射频信号)只发送原始射频信号的特定时隙。
协作式反向散射隐蔽通信系统在某个时隙，采用某个反向散射链路。
具体实施例中，为减少相互干扰，同时只有一个反向散射设备和其对应的反向散射接收器组成的反向散射链路工作。
在特定时隙关闭干扰信号生成模块，射频信号发射装置保持持续发射原始射频信号的状态，功能类似wifi和无线基站，持续发送广播信号。
2）多个反向散射通信装置，包含反向散射设备（BD, BackscatterDevice）和反向散射接收器（BR, BackscatterReceiver）。反向散射接收器长期保持接收状态，以接收处于特殊地区的其对应的反向散射设备所发出的隐蔽信息。反向散射设备和反向散射接收器一一对应。
反向散射设备从射频信号发射装置的射频信号（叠加干扰与否不影响信号解调和能量吸收）中获取能量，射频信号含干扰射频信号（反向散射设备不通信时隙）和原始射频信号（反向散射设备通信时隙），都是射频信号功率较高，从能量吸收角度没有本质区别。所以，信号接收和能量吸收过程是一直持续进行的。
反向散射设备在干扰信号生成模块关闭时隙对该特定时隙接收到原始射频信号进行调制获得隐蔽信号，并在所述特定时隙将调制后的隐蔽信号发送到反向散射接收器来传递信息。
如图1所示，本实施例中，协作式反向散射隐蔽通信系统还包括多个潜在的Detector（检测方）。
射频信号发射装置根据不同的工作模式，可分为干扰叠加模式和正常广播模式。图2为一种特制的射频信号发射装置(RFsource)设计原理图，在常见802.11a/g物理层设备上进行改动，包括数据流生成模块、调制映射模块（SymbolMapper）、导频码插入模块、IFFT变换模块、干扰信号生成模块、训练序列插入模块、数模转换模块、混频模块和天线模块等。
工作流程如下：常规数据经数据流生成模块进行变换，具体包括卷积编码、比特构建码元和码元交织等流程。之后，对数据进行调制并映射到相应的子载波上，再插入导频码（Pilots）。插入导频码的子载波，经IFFT变换模块生成OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing,即正交频分复用技术)符号中的样本点。干扰信号生成模块持续在符号中的样本点添加额定功率的伪瑞利衰落干扰获得含干扰符号的信号。含干扰符号插入训练序列，包括长训练序列（LTF）和短训练序列（STF），再经数模转换(DAC)和混频、放大(PA)后由天线接口(TX)发出。两种不同模式下，接收信号如下所示：
A、无干扰模式，即正常广播模式
射频源输出至第k个BD的信号为
Figure 773698DEST_PATH_IMAGE001
(1)
其中，P t 为信号发射功率。
Figure 394035DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 814915DEST_PATH_IMAGE003
为距离相关常数， d 1,k 为射频信号发射装置到第k个反向散射设备的距离，α为距离损失系数，
Figure 40360DEST_PATH_IMAGE004
为环境中的高斯噪声。而经调制后的带通信号X p ，可表示为
Figure 223079DEST_PATH_IMAGE005
(2)
s(t)为基带信号。
B、干扰模式，即干扰叠加模式
如图3所示，伪瑞利衰落干扰信号叠加原理图。经伪瑞利模块叠加干扰后的射频源输出至第k个反向散射设备的信号为
Figure 65133DEST_PATH_IMAGE006
(3)
其中，
Figure 991501DEST_PATH_IMAGE007
为干扰信号生成模块的函数，具体可表示为
Figure 71453DEST_PATH_IMAGE008
(4)
其中μ i 为模拟信号幅度衰落系数，避免因伪瑞利衰落信号功率过大影响原始信号或引起检测方警觉。n表示模拟的反射路径数量。τ i 为模拟第i条路径的时延。s(t)为时隙t的载体信号，干扰信号生成一共涉及到t 1至t n 共n个时隙。s(t-τ i )为τ i 个时隙之前的载体信号。
Figure 690653DEST_PATH_IMAGE009
为对载体信号s(t)进行上述函数所述的变换。
如图4协作式反向散射隐蔽通信系统中反向散射设备(BD)结构图，包括射频能量吸收模块，微型电池模块，时钟模块，微型控制器模块等。射频能量吸收模块长期保持工作状态，在待机模式下为微型电池充电，保证时钟模块供电。在接收信号能量不足，无法进行理想的隐蔽信息传输时隙，优先确保时钟和微型电池的电量供给，确保授时准确性。微控制器接收时钟授时，当到达码本约定时隙且电量充足时，开始传输隐蔽信息。
反向散射设备BD具体工作流程，包括以下步骤。
（1）RF source发送广播信号，BD接收信号
Figure 987380DEST_PATH_IMAGE010
(5)
（2）BD将信号分为两部分，其中
Figure 717438DEST_PATH_IMAGE011
（
Figure 651896DEST_PATH_IMAGE012
）通过能量吸收模块吸收进入电池模块进行供能，其余
Figure 441998DEST_PATH_IMAGE013
部分进行反向散射调制后，传输至BR设备。BR设备接收信号为
Figure 727485DEST_PATH_IMAGE014
(6)
其中η为BD设备的能量吸收率，
Figure 995656DEST_PATH_IMAGE015
，其中
Figure 50199DEST_PATH_IMAGE016
为距离相关常数，
Figure 11202DEST_PATH_IMAGE017
为第k个BD到对应的BR的距离。
Figure 19872DEST_PATH_IMAGE018
为第k个BD传输的隐蔽信息。
Figure 91733DEST_PATH_IMAGE019
，其中
Figure 266362DEST_PATH_IMAGE020
为距离相关常数，
Figure 132687DEST_PATH_IMAGE021
为RFsource到第k个BD对应的BR的距离。
（3）BR对BD传输的隐蔽信息进行解调。因为RFsource的干扰作用，BR解调隐蔽信息
Figure 392767DEST_PATH_IMAGE022
的信干噪比可表示为：
Figure 2740DEST_PATH_IMAGE023
(7)
在接收信号能量不足，无法进行理想的隐蔽信息传输时隙，优先确保时钟和微型电池的电量供给，确保授时准确性。此时BD处于不传输状态，BR接收到的信号，可表示为
Figure 31876DEST_PATH_IMAGE024
(8)
即仅可接收到RFsource的广播信号。
实施例2：一种协作式反向散射隐蔽通信方法，具体包括：
1）射频信号发射装置持续发射含干扰射频信号，在检测方没有全部先验知识的情况下，误导检测方设定较高的隐蔽通信检测阈值；
2）反向散射设备从射频信号发射装置的信号中获取能量以保持待机状态；
3）射频信号发射装置按照既定通信码本，在特定时隙取消干扰信号生成，反向散射设备BD在射频信号发射装置停止发送干扰射频信号的特定时隙，对接收到的原始射频信号进行调制，并在所述特定时隙将调制后的信号(即隐蔽信息)发送到反向散射接收器，外部反向散射接收器BR接收并解调隐蔽信号；
4）码本约定时隙结束，反向散射设备停止发送隐蔽信息，进入待机状态；
5）下一帧码本约定时隙到来，反向散射设备再次开始发送隐蔽信息，并循环上述过程。
图5为一个通信流程内RFsource和各反向散射设备(BDs)协作示意图，包括RFsource工作模式和BD工作模式。如图所示，RFsource长期保持含噪信号发送模式（即干扰模式），使区域内Detector对于环境干扰产生误判，定下非最优检测阈值。BD长期保持待机状态，储存电能。当码本约定通信时隙到来，RFsource关闭干扰信号生成模块，停止添加伪瑞利衰落干扰信号，BD滞后两个时隙（Slot）再进行传输，避免因时间同步误差，BD提前传输隐蔽信息。同理，BD在通信流程结束前两个时隙，停止工作，进入待机状态，避免被检测。
图6为协作式反向散射隐蔽通信系统的通信流程设计。为了确保反向散射隐蔽通信系统的稳定性和较低的误码率，设计反向散射设备和反向散射接收器之间的反向散射隐蔽通信流程。当进入协作隐蔽通信模式时隙，按照流程开始进行隐蔽传输，具体包括：一个通信流程从功能性上可以分为五个阶段，包括时隙盲同步、唤醒及前导码传输、训练前导码传输、隐蔽信息传输和时隙同步。
（1）在第一个“时隙盲同步”阶段，BD保持信号接收状态，根据RFsource发送OFDM前导码估计信道传播延迟(Dh)。对于具有802.11a标准的通信系统，固定频域 OFDM 符号会生成一个同步前导码，其中包含几个相同的训练符号。BD可以采用传统的估计方法（例如基于互相关的估计方法等）来准确估计信道传播延迟(Dh)。并根据RFsource干扰消除时隙（通过通信码本约定停止发送干扰射频信号的时隙），确定RFsource内置干扰源工作时隙，并与自身的时钟模块进行同步校时，确保反向散射设备的工作时隙和待机时隙与约定协作模式保持一致；
（2）在第二个“唤醒及前导码传输”阶段，BD切换到反向散射传输状态，并且BD发送专门的前导码信号（相同与否无所谓，802.11中不同子协议的前导码也不一样，功能类似）来激活接收器的硬件。类似802.11a/g协议，可以使用交替的“1”和“0”的短序列作为唤醒前导码，通过这种事件驱动的唤醒方案，可以节省反向散射接收器的功耗。
（3）在第三个“训练前导码传输”阶段，BD 将其天线保持反向散射传输状态。选择流程（1）中的估计的信道传播延迟(Dh)作为开始时间，发送接收机已知的训练前导码（即802.11中的preamble前导码）。接收器接收RFsource的直接链路信号和从BD反向散射的训练前导信号（前导码是数据，调制后生成前导信号，是两个含义），然后接收器估计基本参数，包括最小传播延迟D和最大信道扩展L，以及平均信号BD反向散射时的功率等。这是反向散射解调的具体流程，不属于本申请核心内容。
（4）在第四个“隐蔽信息传输”阶段，BD 将其天线保持反向散射传输状态，并将数据位传输到隐蔽信息接收方，数据位就是隐蔽信息，隐蔽信息填充在帧的数据位中。
全文所有的隐蔽信息接收方就是反向散射接收器，发送方就是反向散射设备。
（5）在第五个“时隙同步”阶段，BD将自己的时钟信息作为报尾，传输至隐蔽信息接收方，确保与BR时隙一致，BR可采用传统时隙估计方法，来准确估计与BD之间的时延。
由于环境中高斯噪声的存在，Detector接收到的信号具有独立同分布特性，为了最小化检测误报率和漏检率，根据Neyman-Pearson准则，Detector通常会采用似然比检测方法，根据二元假设检验的一般写法，表示为：
Figure 69102DEST_PATH_IMAGE025
(9)
其中，由于假设每个假设的先验概率相等，设置
Figure 550899DEST_PATH_IMAGE026
。这里，D1和D0对应于有利于假设H1和H0的决定，而
Figure 734537DEST_PATH_IMAGE027
和
Figure 352600DEST_PATH_IMAGE028
分别是假设H1和H0下所考虑时隙的Detector观测向量的似然函数。在H0下，RFsource发射信号，BD保持待机状态，不发送信息。在H0情况下，Detector接收到的信号可以表示为
Figure 826306DEST_PATH_IMAGE029
(10)
其中i=1,…,n表示符号索引，
Figure 795399DEST_PATH_IMAGE030
表示RFsource传输的信号，
Figure 747175DEST_PATH_IMAGE031
表示噪声分量，
Figure 16482DEST_PATH_IMAGE032
为RFsource到Detector的信道系数。在H1情况下，BD调制RFsource的信号传输隐蔽信息。在这种情况下，Detector接收到的信号可以表示为
Figure 129932DEST_PATH_IMAGE033
(11)
其中，
Figure 353365DEST_PATH_IMAGE034
表示RFsource到BD的信道系数，
Figure 843252DEST_PATH_IMAGE035
表示BD到Detector的信道系数，
Figure 967066DEST_PATH_IMAGE036
表示反射系数（即上文所述
Figure 782575DEST_PATH_IMAGE037
），
Figure 726260DEST_PATH_IMAGE038
表示BD传输的隐蔽信息。Detector通常使用辐射计检测是否存在隐蔽信道，因此Detector接收到的平均信号功率成为一个关键量。本申请可以计算，H0情况下Detector所处位置的平均信号功率为
Figure 754259DEST_PATH_IMAGE039
(12)
其中，变量
Figure 467000DEST_PATH_IMAGE040
可表示为
Figure 453411DEST_PATH_IMAGE041
。其中G rw 为RFsource到Detector的天线增益， K表示载波系数， d rw 为RFsource到Detector的距离，λ表示RFsource所发射信息平方的方差，
Figure 884392DEST_PATH_IMAGE042
表示环境噪声的方差。
而H1情况下Detector所处位置的平均信号功率可表示为
Figure 745776DEST_PATH_IMAGE043
(13)
其中，变量τ可表示为
Figure 313023DEST_PATH_IMAGE044
。
其中G rB 为RFsource到BD的天线增益，G Bw 为BD到Detector的天线增益，d rB 为RFsource到BD的距离, d Bw 为BD到Detector的距离。因为RFsource发射信号为方差为λ的卡方分布，所以输出信号功率存在波动情况。实时功率
Figure 204756DEST_PATH_IMAGE045
，在最大功率和最小功率之间波动。基于上述理论，可以推导使检测误差概率最小化的Detector辐射计的最佳阈值γ best 为
Figure 123033DEST_PATH_IMAGE046
（14）
基于上述理论，本申请可以得到Detector的检测错误率，包括漏检率和误报率。误报率可表示为
Figure 758414DEST_PATH_IMAGE047
（15）
而根据实时功率波动状态，可以得到三种情况下的误报概率：
Figure 711327DEST_PATH_IMAGE048
（16）
同样的，根据漏检率的定义，本申请可以表示漏检率为
Figure 39540DEST_PATH_IMAGE049
（17）
同样可以得到三种情况下的漏检概率：
Figure 680999DEST_PATH_IMAGE050
（18）
本申请采用的特制的RFsource持续发射含干扰信号，影响了Detector对于环境噪声和常规信号方差的判断，定下错误的检测阈值。Detector认知下的信号功率和信号方差为
Figure 385650DEST_PATH_IMAGE051
，且存在
Figure 927489DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure 426604DEST_PATH_IMAGE053
。下面，将根据式（6）的两种情况，进行分类讨论。
（a）
Figure 53894DEST_PATH_IMAGE054
情况下:
此时，Detector的最佳检测阈值为
Figure 31078DEST_PATH_IMAGE055
。当RFsource根据码本时间，关闭干扰信号生成模块。实际最佳检测阈值为
Figure 693003DEST_PATH_IMAGE056
。而当
Figure 363019DEST_PATH_IMAGE057
和
Figure 993719DEST_PATH_IMAGE058
，此时漏检率和误报率之和高于理想情况。
（b）
Figure 774593DEST_PATH_IMAGE059
情况下:
此时，Detector的最佳检测阈值为
Figure 291025DEST_PATH_IMAGE060
。当干扰模块关闭时，
Figure 131942DEST_PATH_IMAGE061
，所选检测阈值高于理想检测阈值，即漏检率和误报率之和高于理想情况。
根据Bash提出的LPD通信平方根公式可得，被检测概率
Figure 733825DEST_PATH_IMAGE062
下界
可表示为:
Figure 318390DEST_PATH_IMAGE063
（19）
当漏检率和误报率之和提高，隐蔽通信被检测概率的下界降低，即隐蔽性能提升。因此，所提出的协作式工作模式可以有效提高反向散射隐蔽通信的隐蔽性，而反向散射通信设备具有的无源、体积小等特点，相较于传统通信模式也具有更好的隐蔽性。综上，所提出的协作式反向散射隐蔽通信系统，具有较高的隐蔽性能。
本发明设计了一个完整的协作式背散射隐蔽通信系统，包含一个RFsource，多个BD，多个BR。RFsource发射含干扰信号，并在约定时隙关闭干扰信号生成模块。BR在干扰信号生成模块关闭时隙内传输隐蔽信息。外部BR保持信号接收状态，接收反向散射设备BD传递的隐蔽信息。相较于传统的隐蔽通信模式，本申请采用了专用射频信号发射装置和反向散射通信装置相结合的协作式隐蔽通信模式。RFsource只负责传输叠加人工干扰的常规信号，不涉及隐蔽通信内容，不会被检测。BD负责传输信号，没有电池和固定电源，不受位置制约且体积和发射功率较小，极大地减少隐蔽通信被检测概率。本发明采用反向散射通信消除了对任何有源射频（RF）组件的需求，从而延长了无线设备的使用寿命和持续的通信功能。无线设备不仅可以从发射机的信号中获取能量，而且还可以调制相同的信号来传递信息。而摆脱对固定电源和电池依赖的同时，也使得通信装置的小型化和便携化成为了可能。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种协作式反向散射隐蔽通信系统，其特征在于，包括：一个射频信号发射装置、多个反向散射设备和多个反向散射接收器；射频信号发射装置和所有反向散射设备以及反向散射接收器共享同一个通信码本且均保持时钟同步；
所述射频信号发射装置内置干扰信号发生模块，所述射频信号发射装置用于通过干扰信号发生模块生成干扰信号，将所述干扰信号叠加在原始射频信号上形成干扰射频信号；持续发送干扰射频信号，只在通信码本约定的特定时隙关闭干扰信号发生模块仅发送原始射频信号；
所述反向散射设备，用于持续接收所述射频信号发射装置发送的射频信号，将射频信号转化为能量；在射频信号发射装置关闭干扰信号发生模块的特定时隙，对该特定时隙接收到的原始射频信号进行调制，在所述特定时隙将调制后的隐蔽信号发送到反向散射接收器；
所述反向散射接收器，用于接收反向散射设备发送的隐蔽信号。
2.根据权利要求1所述的一种协作式反向散射隐蔽通信系统，其特征在于，所述射频信号发射装置包括数据流生成模块、调制映射模块、导频码插入模块、IFFT变换模块、干扰信号生成模块、训练序列插入模块、数模转换模块、混频模块和天线模块；所述数据流生成模块用于对数据进行卷积编码、比特构建码元和码元交织流程后获得变换后的数据；
所述调制映射模块，用于对变换后的数据进行调制并映射到相应的子载波上；
所述导频码插入模块，用于在子载波插入导频码；
所述IFFT变换模块，用于对插入导频码的子载波经IFFT变换生成符号中的样本点；
所述干扰信号生成模块用于持续在符号中的样本点添加额定功率的伪瑞利衰落干扰获得含干扰符号的信号，仅在通信码本约定的特定时隙停止干扰信号生成；
所述训练序列插入模块用于将含干扰符号的信号插入训练序列；再经数模转换模块和混频模块、放大模块后由天线模块发出。
3.根据权利要求1所述的一种协作式反向散射隐蔽通信系统，其特征在于，所述反向散射设备包括射频能量吸收模块、微型电池模块、时钟模块和微型控制器模块，所述射频能量吸收模块用于将接收到的射频信号转化为能量，在待机模式下为微型电池模块充电；所述微型电池模块用于在接收信号能量不足时为时钟模块和微型控制器提供能量供给，所述时钟模块用于授时，所述微型控制器模块用于在射频信号发射装置关闭干扰信号发生模块的特定时隙，对接收到的原始射频信号进行调制，并在所述特定时隙将调制后的隐蔽信号发送到反向散射接收器。
4.根据权利要求1所述的一种协作式反向散射隐蔽通信系统，其特征在于，某个时间点，只有一个反向散射设备和其对应的反向散射接收器组成的反向散射链路工作。
5.根据权利要求1所述的一种协作式反向散射隐蔽通信系统，其特征在于，射频信号发射装置关闭干扰信号生成模块，反向散射设备滞后两个时隙再将调制后的隐蔽信号发送到反向散射接收器。
6.根据权利要求1所述的一种协作式反向散射隐蔽通信系统，其特征在于，反向散射设备在干扰信号发生模块约定通信时隙结束前两个时隙，停止工作，进入待机状态。
7.根据权利要求1所述的一种协作式反向散射隐蔽通信系统，其特征在于，反向散射设备和反向散射接收器之间的通信流程包括时隙盲同步、唤醒及前导码传输、训练前导码传输、隐蔽信息传输和时隙同步五个阶段；
时隙盲同步阶段，用于反向散射设备参照通信码本进行校时；
唤醒及前导码传输阶段，用于唤醒反向散射接收器；
训练前导码传输阶段，用于反向散射设备将其天线保持反向散射传输状态，将训练前导码发送给反向散射接收器；
隐蔽信息传输阶段，用于反向散射设备将调制后的隐蔽信号发送给反向散射接收器；
时隙同步阶段，用于反向散射设备将自己的时钟信息作为报尾，传输至反向散射接收器。
8.一种协作式反向散射隐蔽通信方法，其特征在于，包括：设置一个射频信号发射装置、多个反向散射设备和多个反向散射接收器；
射频信号发射装置和所有反向散射设备以及反向散射接收器共享同一个通信码本且均保持时钟同步；
利用所述射频信号发射装置生成干扰信号，将所述干扰信号叠加在原始射频信号上形成干扰射频信号；持续发送干扰射频信号，只在通信码本约定的特定时隙停止发送干扰射频信号仅发送原始射频信号；
所述反向散射设备持续接收所述射频信号发射装置发送的射频信号，将射频信号转化为能量；在射频信号发射装置停止发送干扰射频信号的特定时隙，对该特定时隙接收到的原始射频信号进行调制，在所述特定时隙将调制后的隐蔽信号发送到反向散射接收器；
反向散射接收器接收反向散射设备发送的隐蔽信号。
9.根据权利要求8所述的一种协作式反向散射隐蔽通信方法，其特征在于，包括： 反向散射设备和反向散射接收器之间的通信流程包括时隙盲同步、唤醒及前导码传输、训练前导码传输、隐蔽信息传输和时隙同步五个阶段；
时隙盲同步阶段，反向散射设备参照通信码本进行校时；
唤醒及前导码传输阶段，唤醒反向散射接收器；
训练前导码传输阶段，反向散射设备将其天线保持反向散射传输状态，将训练前导码发送给反向散射接收器；
隐蔽信息传输阶段，反向散射设备将调制后的隐蔽信号发送给反向散射接收器；
时隙同步阶段，反向散射设备将自己的时钟信息作为报尾，传输至反向散射接收器。
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