一种适用于MIMO通信系统的隐蔽通信方法与流程

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种适用于mimo通信系统的隐蔽通信方法。

背景技术：

隐蔽信道是一种允许进程以违背系统安全策略的形式传送信息的通信通道。简单来说，隐蔽信道就是本意不是用来传送信息的通信通道。隐蔽信道现在已经被广泛的应用于网络信息数据安全传输，最开始，隐蔽信道被认为是单机系统的安全威胁，大部分关于隐蔽信道的研究都是针对多级安全系统的。随着计算机系统的繁荣发展，隐蔽信道的焦点逐渐转移到计算机网络协议上。由于计算机网络公开信道为隐蔽信道所提供的载体，随着网络的发展，网络隐蔽信道的应用研究也日益增长。

隐蔽信道的研究目前有两个方向：一是构建隐蔽信道的方法，二是检测隐蔽信道的方法。近年来通过隐蔽信道泄露的信息越来越多，除了它不易被发现这一原因，网络流量的激增也为它提供了很好的掩体也是重要的原因。物理层隐蔽通信是将要传递的私密信息隐藏到网络庞大的信息流中，只要信息由物理层被判决进入应用层，隐蔽信息即会消失。

隐蔽信道是信息隐藏技术的扩展，它不像加密方法一样将密文暴露给攻击者，而是通过隐藏通信通道的方法来隐蔽地将信息从一段传递到另一端。因此，隐蔽信道是确保信息安全传输的重要方法之一，高性能的隐蔽信道能够抵御第三者的攻击和破坏，并拥有较大信道容量和信息传输速率。

现有研究成果有使用bpsk调制技术携带隐蔽信息，在规定的时隙内让天线保持静默，其余时间让发射与接收天线进行指定的收发，以此来传递隐蔽信息，但该方法的缺点是：无线通信的窃听者收到的信息会出现乱码，这样会在一定程度上让窃听者知道此时可能有隐蔽通信的存在，从而会导致系统的隐蔽性受到威胁。

此外，论文covertmimo:acovertuplinktransmissionschemeformimosystems中提出了一种修改上行链路的csi信息的方法，在csi测定的控制链路中编码奇异值分解的s矩阵，在数据链路中编码奇异值分解的v矩阵，接收端解调出相应的信息。该方法协调控制通道和数据通道中的操作，尤其是控制通道中的csi反馈。隐蔽发射器和接收器将提前就某个明显的消息达成一致，在上行链路通信期间，隐蔽发射机将在控制和数据信道中进行一些轻微的修改，使得在隐蔽接收机内恢复的消息将出现与预先指定的信号的某些可察觉的偏差；通过偏差，可以编码一些隐蔽信息。但是该方法过于复杂，且携带信息量有限。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种实现过程简单、信息隐蔽性更佳、且能满足不同隐蔽信息量传输需求的隐蔽通信方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种适用于mimo通信系统的隐蔽通信方法，包括以下步骤：

步骤1、获取mimo通信系统进行不同隐蔽信息量通信的发射天线数向量记为隐蔽天线数向量；

步骤2、针对隐蔽天线数向量的每一个隐蔽天线数，生成其对应的码本；

步骤3、随机生成需要传递的隐蔽信息，并根据步骤2生成的码本将该隐蔽信息嵌入发射序列进行传输；

步骤4、在mimo通信系统的接收端对收到的信息序列进行分离，获取隐蔽信息；

步骤5、根据步骤3传递的隐蔽信息与步骤4获取的隐蔽信息求取误码率。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)在最底层的物理层构建隐蔽信道，则在物理层直接将电压信息误判成为0或者1从而丢失掉隐蔽信息，隐蔽性更佳；2)将隐蔽信息嵌套进发射的公开信息序列中，窃听者窃听到的信息是完全正常的，在隐蔽性上相较于之前的研究成果更好；3)发射隐蔽信息的天线数可以动态调节，即信道容量可以动态分配，能满足发射不同隐蔽信息量的需求，同时也增加了窃听者进行窃听的难度，窃听者无法分辨此时到底有多少信息是传输的隐蔽信息。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为mimo系统结构框图。

图2为mimo系统发送端框图。

图3为mimo系统接收端框图。

图4为本发明适用于mimo通信系统的隐蔽通信方法的流程图。

图5为4qam调制方式偏移星座示意图。

图6为本发明实施例中针对不同的传输隐蔽信息的天线数，公开通信的误码率随信噪比变化的趋势图。

图7为本发明实施例中针对不同的传输隐蔽信息的天线数，隐蔽通信的误码率随信噪比变化的趋势图。

图8为本发明实施例中针对不同的传输隐蔽信息的天线数，公开通信的误码率随偏移距离变化的趋势图。

图9为本发明实施例中针对不同的传输隐蔽信息的天线数，隐蔽通信的误码率随偏移距离变化的趋势图。

具体实施方式

结合图1至图3，本发明提出了一种适用于mimo通信系统的隐蔽通信方法，结合图4，该方法包括以下步骤：

步骤1、获取mimo通信系统进行不同隐蔽信息量通信的发射天线数向量记为隐蔽天线数向量；

步骤2、针对隐蔽天线数向量的每一个隐蔽天线数，生成其对应的码本；

步骤3、随机生成需要传递的隐蔽信息，并根据步骤2生成的码本将该隐蔽信息嵌入发射序列进行传输；

步骤4、在mimo通信系统的接收端对收到的信息序列进行分离，获取隐蔽信息；

步骤5、根据步骤3传递的隐蔽信息与步骤4获取的隐蔽信息求取误码率。

进一步地，步骤1获取mimo通信系统进行不同隐蔽信息量通信的发射天线数向量记为隐蔽天线数向量，具体为：

步骤1-1、假设mimo通信系统的发射天线有n根，分别选取1、2、....、n/2根发射天线进行隐蔽通信，所对应的信息传输数量分别为到

步骤1-2、将每个信息传输数量均转换为不大于的最大的2的整幂次方，其中i的取值为1至n/2；

步骤1-3、针对相同的2的整幂次方，将这些2的整幂次方对应的进行隐蔽通信发射天线根数最小的情况保留，由此获得mimo通信系统进行不同隐蔽信息量通信的发射天线数向量即隐蔽天线数向量。

进一步地，步骤2中针对隐蔽天线数向量的每一个隐蔽天线数，生成其对应的码本，具体为：

假设隐蔽天线数向量i＝[n1,n2,...,nk]；

步骤2-1、针对隐蔽天线数向量中的ni，对mimo通信系统所有的发射天线进行二进制编码，获得个n位编码序列，每个编码序列中有ni个1，其余全为0；

步骤2-2、针对隐蔽天线数向量中ni对应的2的整幂次方的整幂次方值c，生成2^c个c位二进制编码序列记为隐蔽信息原码；

步骤2-3、将步骤2-1中个n位编码序列与步骤2-2中的2^c个c位二进制编码序列进行一一对应，获得隐蔽天线数向量中ni对应的码本。

进一步地，步骤4中在mimo通信系统的接收端对收到的信息序列进行分离，获取隐蔽信息，具体为：

步骤4-1、接收端根据先验知识获取发射端发射隐蔽信息的天线数ni；

步骤4-2、以mimo通信系统所选的信号调制方式对应的星座图中的理想星座点为基准，接收端从每个数据帧中抽取偏离理想星座点距离最大的ni个星座点对应的发射天线；如图5所示为4qam调制方式对应的偏移星座示意图；

步骤4-3、接收端生成n位全0编码序列，之后将步骤4-2抽取的发射天线对应的编码置为1；

步骤4-4、根据步骤2获得的码本，将步骤4-3获得的编码译为发射端发射的隐蔽信息原码。

示例性地，在其中一个实施例中，步骤4-2所述信号调制方式具体采用4qam调制方式。

实施例

本实施例中采用的mimo通信系统包括16根相互独立天线阵进行收发信号；选取了环境信噪比为10db到20db的仿真环境，星座偏移距离选取相对距离为1到2，步长设置为0.2，相对距离是相对的正常调制多偏移的距离，也就是调制信号波形幅度相位多偏移的值，噪声分布选取了信道中常见的加性高斯白噪声，发送端进行了预编码，检测采用mmse检测的方法。基于上述实验条件，对本发明的方法进行验证。

发射天线端有16根天线时，针对不同的传输隐蔽信息的天线数，公开通信的误码率和隐蔽通信的误码率在10db到20db情况下随信噪比变化的趋势图分别如图6和图7所示。从图中可以看出，信噪比越来越高，误码率逐渐下降，最后分别达到10^-3和10^-4的可靠通信标准范围之内。

发射天线端有16根天线时，针对不同的传输隐蔽信息的天线数，公开通信的误码率和隐蔽通信的误码率在偏移相对距离在1到2的情况下随偏移距离变化的趋势图分别如图8和图9所示。从图中可以看出，随着偏移距离越来越远，隐蔽通信的误码率逐渐下降，但是公开通信的误码率几乎不变，由此可以看出该隐蔽通信系统几乎不会影响公开通信且能够传递隐蔽信息。

由上可知，误码率随着选中隐蔽天线的数量的增多在一定范围内均降低，满足可靠通信的技术标准。而且经过计算，该种通信方式在经过计算可以达到300kb每秒的传输速率，能够满足绝大多数通信的需求。

本发明在mimo系统的基础上构建加密通信的物理层信道，使得加密通信与公开通信的信息都能够正常的传输在mimo信道上，通过隐蔽通信天线的选中个数的差异性来构建隐蔽的信息位，从而将隐蔽信息嵌入到了发送天线中，最终达到隐蔽通信与公开通信都无法被窃听者窃听的目的，在一定范围内，选中隐蔽天线的个数与传输速率呈正相关，与误码率呈负相关。本发明方法简单，实现简易，且在物理层实现，隐蔽性高，此外发射隐蔽信息的天线数可以动态调节，即信道容量可以动态分配，能满足发射不同隐蔽信息量的需求，适应性广。