本发明专利技术涉及一种基于恒定包络信号的物理层隐蔽传输装置及方法，属于无线通信领域。本发明专利技术通过在恒定包络信号发生器与发射天线之间嵌入阻抗切换装置，实现天线阻抗的快速切换，从而在射频发射端通过模拟键控的方式使原始信号的包络发生改变，以达到在物理层实现隐蔽传输的目的；同时，本发明专利技术通过多天线的形式，在不影响原信号解调的基础上，为隐蔽信息添加干扰信号，加密所传输的隐蔽信息。本发明专利技术在接收端使用包络检波、信道估计和相应的隐蔽信息解码器得到去除干扰信号后的隐蔽信息，使用恒定包络信号解调器得到原始恒定包络信息。本发明专利技术具有低功耗、低成本、隐蔽性高和抗截获能力强的特点。强的特点。强的特点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于恒定包络信号的物理层隐蔽传输装置及方法
[0001]本专利技术涉及一种基于恒定包络信号的物理层隐蔽传输装置及方法，属于无线通信领域。
技术介绍
[0002]物联网常用的无线通信技术包括Zigbee技术、Wifi技术、Bluetooth(蓝牙)技术以及LoRa技术等。其中，Zigbee技术、Bluetooth技术、Lora技术等均为恒定包络信号，均通过改变传输信号的相位或者频率来编码信息，相关解调端也仅通过检测传输信号的相位或者频率来解调信息。因此，这些恒定包络信号均缺乏对物理层信号幅度方面的检测和利用，因此，针对这些技术，可以通过调制其物理层信号幅度方面的信息，在不影响原始信号解调的基础上，建立隐蔽信道，完成隐蔽信息的调制和解调。
[0003]现有的对于各种恒定包络信号的抗截获和抗干扰技术通常采用直接序列扩频技术、跳频技术等实现信号层面感知度低或在协议层进行加解密，然而由于这些技术出现的时间较早，这对这些加密和隐藏技术已存在很多有效的对抗手段，因此这些技术相关设备隐蔽性较弱，容易被识别窃取或干扰摧毁。因此，需要设计一种能够在不影响原始包络信息传输前提下实现隐蔽信息有效传输的物理层隐蔽传输装置及方法。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种基于恒定包络信号的物理层隐蔽传输装置及方法，本专利技术通过射频端幅值键控的方式改变信号的包络值，从而达到以信号包络为载体传输隐蔽信息的目的，实现隐蔽传输的低消耗、高可靠性。同时，本专利技术通过多天线的形式，在不影响原信号解调的基础上，为隐蔽信息添加干扰信号，加密所传输的隐蔽信息。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现。
[0006]一种基于恒定包络信号的物理层隐蔽传输装置，包括：恒定包络信号发射模块、隐蔽信息获取及调制模块、控制模块、阻抗切换模块、恒定包络信号解调模块、包络检波模块、隐蔽信息提取模块和隐蔽信息解调模块。
[0007]其中，所述恒定包络信号发射模块、隐蔽信息获取及调制模块、控制模块、第一阻抗切换模块和第二阻抗切换模块构成物理层隐蔽信息发射端；所述恒定包络信号解调模块、包络检波模块、隐蔽信息提取模块及隐蔽信息解调模块构成物理层隐蔽信息接收端。
[0008]所述恒定包络信号发射模块用于产生不同调制体制的恒定包络信号，用作隐蔽信息的嵌入载体。
[0009]所述隐蔽信息获取及调制模块通过其他途径从外界获取隐蔽信息，编码调制成为二进制比特流数据并依据编码产生相应干扰信号。
[0010]所述控制模块用于将二进制比特流形式的隐蔽信息转化为包络键控信号，用于控制阻抗切换模块进行阻抗变换，从而实时改变包络值。
[0011]所述第一阻抗切换模块用于实时切换天线的阻抗值，使天线按照不同的阻抗向外
界发送射频信号，从而改变实现信号包络的改变，达到将隐蔽信息调制在包络中的目的。
[0012]所述第二阻抗切换模块用于实时切换天线的阻抗值，使天线按照不同的阻抗向外界发送射频信号，从而进一步改变接收端信号的包络，达到将干扰信号叠加在隐蔽信息中，令监听者无法识别包络中所含隐蔽信息的目的。
[0013]所述恒定信号包络解调模块用于解调相应的恒定包络信号，从恒定信号包络解调模块中可获得恒定包络信号中的原始信息。
[0014]所述包络检波模块用于检测接收信号包络值，获得含有隐蔽信息和干扰信号的信号包络。
[0015]所述隐蔽信息提取模块用于从含有隐蔽信息和干扰信号的信号包络中区分并提取隐蔽信息。
[0016]所述隐蔽信息解调模块用于获取提取的隐蔽信息中所携带的内容。
[0017]进一步地，所述恒定信号发射模块包括：通信数据存储与读取模块、信息编码模块、协议组帧模块、恒定包络信号调制模块，各模块按说明顺序连接。
[0018]进一步地，所述隐蔽信息获取及调制模块包括：隐蔽信息获取与存储模块、隐蔽信息编码模块和干扰信号产生模块，各模块按说明顺序相连。
[0019]进一步地，所述控制模块包括多刀多掷射频开关的控制部分，控制模块从隐蔽信息获取及调制模块中获取电压控制信号和开关控制信号。
[0020]进一步地，所述第一、第二阻抗切换模块均包括多刀多掷开关切换部分、多路系统阻抗，阻抗取值根据天线阻抗特性选取。
[0021]进一步地，所述恒定包络信号解调模块包括帧头同步模块、解调模块、解帧模块及解码模块，各模块按说明顺序连接。
[0022]进一步地，所述包络检波模块包括包络检测模块及包络提取模块。
[0023]进一步地，所述隐蔽信息提取模块包括幅值平均及采样模块、信道系数估计模块及隐蔽信号提取模块，各模块按说明顺序连接。
[0024]进一步地，所述隐蔽信息解调模块包括门限判决模块及解码模块。
[0025]一种基于恒定包络信号的物理层隐蔽传输方法，包括如下步骤：
[0026]步骤一、隐蔽信息获取及存储模块不断从环境或上位机中获取待传输的隐蔽信息，并存储在寄存器中；
[0027]步骤二、指令发送计算机向恒定包络信号发射模块传输原始信息，经过信息编码、组帧和恒定包络调制得到基带极化信号，经过上变频得到恒定包络的射频输出信号A；
[0028]步骤三、指令发送计算机向隐蔽信息获取及调制模块发送唤醒指令，隐蔽信息存储模块开始从寄存器中读取已存隐蔽信息，经过编码模块得到串行单比特隐蔽信息数据流B，并基于隐蔽信息数据流B产生干扰信号C；
[0029]具体来说，当恒定包络信号发射模块开始传输时，指令计算机对隐蔽信息编码获取调制模块发生指令。收到指令后，该模块读取并将隐蔽信息编码成由01序列、前导码、帧头、隐蔽信息及冗余循环校验位按说明顺序组成的帧。而基于隐蔽信息的数据结构，在前导码、帧头、隐蔽信息及冗余循环码校验位等部分，相应地随机产生0或者1序列，组成干扰信号C，用于进一步对隐蔽信息进行加密传输。
[0030]步骤四、控制模块将隐蔽信息数据流B转化为电平信号D1并将干扰信号C转化为电
平信号D2。其中，D1和D2用于控制射频开关切换，以实现针对恒包络传输系统信号射频端包络的调制。
[0031]步骤五、阻抗切换模块根据信号调制深度选用不同类型的开关，以达到转变信号调制深度的目的。并针对不同隐蔽信息传输速率的要求，选择不同类型的开关切换模块；
[0032]步骤六、射频输出信号A经过阻抗切换，最终输出变包络的射频信号E、F并由天线发出；
[0033]具体来说，当第一阻抗切换模块开关断开的时候，支路断开，信号直接通过天下发射，支路的功率为0。可令此时射频信号E的发射功率为P1，而射频信号F的发射功率为0。当第一阻抗切换模块开关闭合的时候，支路闭合，若令此时支路的阻抗为Z1，而天线固有阻抗为Zc，则射频信号E的发射功率为(Zc)^2/(Z1+Zc)^2*P1，而此时，当第二阻抗切换模块开关连接天线的时候，射频信号F的发射功率为(Z1)^2/(Z1+Zc)^2*P1，当第二阻抗切换模块开关接地的时候，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于恒定包络信号的物理层隐蔽传输装置，其特征在于：包括：恒定包络信号发射模块、隐蔽信息获取及调制模块、控制模块、阻抗切换模块、恒定包络信号解调模块、包络检波模块、隐蔽信息提取模块和隐蔽信息解调模块；所述恒定包络信号发射模块、隐蔽信息获取及调制模块、控制模块、第一阻抗切换模块和第二阻抗切换模块构成物理层隐蔽信息发射端；所述恒定包络信号解调模块、包络检波模块、隐蔽信息提取模块及隐蔽信息解调模块构成物理层隐蔽信息接收端；所述恒定包络信号发射模块用于产生不同调制体制的恒定包络信号，用作隐蔽信息的嵌入载体；所述隐蔽信息获取及调制模块通过其他途径从外界获取隐蔽信息，编码调制成为二进制比特流数据并依据编码产生相应干扰信号；所述控制模块用于将二进制比特流形式的隐蔽信息转化为包络键控信号，用于控制阻抗切换模块进行阻抗变换，从而实时改变包络值；所述第一阻抗切换模块用于实时切换天线的阻抗值，使天线按照不同的阻抗向外界发送射频信号，从而改变实现信号包络的改变，达到将隐蔽信息调制在包络中的目的；所述第二阻抗切换模块用于实时切换天线的阻抗值，使天线按照不同的阻抗向外界发送射频信号，从而进一步改变接收端信号的包络，达到将干扰信号叠加在隐蔽信息中，令监听者无法识别包络中所含隐蔽信息的目的；所述恒定信号包络解调模块用于解调相应的恒定包络信号，从恒定信号包络解调模块中可获得恒定包络信号中的原始信息；所述包络检波模块用于检测接收信号包络值，获得含有隐蔽信息和干扰信号的信号包络；所述隐蔽信息提取模块用于从含有隐蔽信息和干扰信号的信号包络中区分并提取隐蔽信息；所述隐蔽信息解调模块用于获取提取的隐蔽信息中所携带的内容。2.如权利要求1所述的一种基于恒定包络信号的物理层隐蔽传输装置，其特征在于：所述恒定信号发射模块包括：通信数据存储与读取模块、信息编码模块、协议组帧模块、恒定包络信号调制模块，各模块按说明顺序连接；所述隐蔽信息获取及调制模块包括：隐蔽信息获取与存储模块、隐蔽信息编码模块和干扰信号产生模块，各模块按说明顺序相连；所述控制模块包括多刀多掷射频开关的控制部分，控制模块从隐蔽信息获取及调制模块中获取电压控制信号和开关控制信号；两个阻抗切换模块均包括多刀多掷开关切换部分、多路系统阻抗，阻抗取值根据天线阻抗特性选取；所述恒定包络信号解调模块包括帧头同步模块、解调模块、解帧模块及解码模块，各模块按说明顺序连接；所述包络检波模块包括包络检测模块及包络提取模块；所述隐蔽信息提取模块包括幅值平均及采样模块、信道系数估计模块及隐蔽信号提取模块，各模块按说明顺序连接；
所述隐蔽信息解调模块包括门限判决模块及解码模块。3.一种基于恒定包络信号的物理层隐蔽传输方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、隐蔽信息获取及存储模块不断从环境或上位机中获取待传输的隐蔽信息，并存储在寄存器中；步骤二、指令发送计算机向恒定包络信号发射模块传输原始信息，经过信息编码、组帧和恒定包络调制得到基带极化信号，经过上变频得到恒定包络的射频输出信号A；步骤三、指令发送计算机向隐蔽信息获取及调制模块发送唤醒指令，隐蔽信息存储模块开始从寄存器中读取已存隐蔽信息，经过编码模块得到串行单比特隐蔽信息B，并基于隐蔽信息B产生干扰信号C；步骤四、第一控制模块将...
【专利技术属性】
技术研发人员：于季弘，刘家豪，杜彩卉，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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