一种隐蔽无线通信方法以及系统

1.本发明涉及无线通信技术领域，更具体地，涉及一种隐蔽无线通信方法以及系统。


背景技术：

2.随着无线通信技术的不断发展，越来越多无线设备进入人们的生活，为人类生活带来便利。然而随着无线通信应用范围的拓展，需要传输的私密信息也越来越多，如身体健康信息、个人位置以及身份信息等。由于电磁波开放的空间传输特性，无线信号易于受到非合作方的截获，导致私密泄露，威胁用户安全。在军事场景中，通信安全显得尤为重要，一旦我方的通信事实被非合作方检测到，将导致非合作方的恶意攻击或信息泄露，从而导致局势发生改变。因此为了维护通信用户的安全，需要对传输信息加以保护，以进行隐蔽通信。如当监听端以跟踪干扰的方式对发送信号进行干扰，一旦检测到发送信号，则会对发送信号产生干扰，导致合法通信方的通信中断。在该场景下，发送端通过合理的隐蔽通信技术手段，使得信号被监听端检测的概率尽可能低。隐蔽通信又称为低概率检测(low probability detection，lpd)通信，通过合理的技术手段对通信信号进行隐藏，使得监听者无法发现通信双方的通信事实，从而无法产生干扰或信息窃取。
3.现有隐蔽通信关键技术研究主要以能量检测算法下的虚警概率与漏检概率之和作为隐蔽性评价指标，其中，虚警概率指不发送信号条件下监听端判断存在发送信号的概率，漏检概率指发送端发送信号条件下监听端判断为不存在发送信号的概率。虽然在最优检测阈值条件下的虚警概率与漏检概率之和最低，可以使监听端的错误检测概率最低，但是在实际应用场景中，由于虚警概率过大会使得监听端做出无用的工作，因此监听端会通过调整检测阈值，使得虚警概率尽可能低。为满足特定的虚警概率需求，监听端设置的检测阈值并不是最优的检测阈值。检测阈值的调整会使得虚警与漏检概率之和大于最优检测阈值条件下的虚警与漏检概率之和。另外，对于发送端而言，在某些特定的应用场景中，发送端更关注发送信号被检测的概率，即希望监听端的漏检概率尽可能大。因此现有隐蔽通信关键技术研究中最优检测阈值下虚警概率与漏检概率之和无法很好的描述实际通信系统中监听端的工作方式。
4.另外，现有隐蔽通信关键技术研究还可以以跳时技术来降低信号被检测到的概率。如发送端将发送时间划分为n个时隙，并随机选择其中一个时隙进行发送，而监听端由于无法确定发送信号所在的时隙，需要在一个完整数据传输时隙内对发送信号进行检测，随着可选时隙数增加，监听端接收信号不确定性增加，隐蔽信道容量增加，直到对所有发送信息实现完全隐蔽传输。在实际通信系统中，监听端采用的能量检测算法具有高效性，可以实现毫秒级检测，如果发送数据占用时隙大于该时间范围，则监听端可以通过多次检测的形式对发送信号进行检测，此时跳时技术无法提升系统的隐蔽性。因此，对于采用跳时技术的定频传输系统，随着检测器观测时间增加，监听端检测概率增加，因此在某些安全性级别较高的场景，跳时技术为达到预期的隐蔽性传输需求，需要使得发送信号发送时隙足够低，这样才能保证监听端输入检测器的信号功率小于检测阈值。
5.最后，跳频技术被广泛应用于通信场景中，可以有效提升系统抗定频干扰的能力。跳频信号通过多个可选频点内进行频率跳变，可以降低发送信号落入监听端检测器工作带宽内的概率，在一定程度上可以提升系统的隐蔽性；同时随着跳频速率增加，每一跳信号在固定频点上的驻留时间降低，落入检测器的发送信号功率降低，系统隐蔽性提高。
6.基于上述分析可知，现有的隐蔽通信技术中，首先，传统的基于加密的信息安全方案，只能从计算角度对发送信号进行保护，随着硬件处理能力的增强，传统基于计算的加密方案有可能会失效，无法对传输信息进行有效保护。其次，现有隐蔽性评价与实际通信系统的应用场景并不相同，导致以现有隐蔽性评价指标为准则的隐蔽通信设计方案不能为实际隐蔽通信系统提供最佳的理论指导。另外，通过跳时技术以实现隐蔽通信的方式在实际通信系统中，监听端采用的能量检测算法具有高效性，且可以通过多次检测的形式对发送信号进行检测，此时跳时技术无法提升系统的隐蔽性。因此，跳时技术为进一步达到预期的隐蔽性传输需求，需要使得发送信号发送时隙足够低，而该方案会使得系统的吞吐量显著降低，无法满足通信系统对传输速率的需求。因此，单独的跳时技术在提高系统隐蔽性方面作用是有限的。最后，跳频技术可提升系统一定的抗定频干扰的能力，然而在实际通信系统中，受硬件水平限制，跳频信号速率是有限的，因此，单独的跳频技术提升系统隐蔽性的能力也是有限的。
7.因此，有必要对现有技术进行改进。


技术实现要素：

8.因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种隐蔽无线通信方法以及系统。
9.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
10.根据本发明的第一方面，提供一种发送无线信号的方法，包括：获取跳频速率、期望检测概率和监听端的检测性能参数，根据检测性能参数、基于检测性能参数设定的检测阈值和期望检测概率，确定跳时占空比；获取跳频密钥，根据跳频速率和跳频密钥生成跳频图谱信息，以及根据跳时占空比生成跳时发送序列；根据跳频图谱信息对基带信号进行上变频，得到待传输的带通信号；根据跳时发送序列控制带通信号在指定的时间通过天线发出。
11.在本发明的一些实施例中，所述检测性能参数包括接收信号信噪比，接收信号信噪比获得方式包括：获取监听端的监听参数和发送端与接收端的通信参数；基于发送端与接收端的通信参数计算发送端的最小发送信号功率，根据监听参数和最小发送信号功率计算接收信号信噪比。
12.在本发明的一些实施例中，所述监听参数包括：监听端与发送端间的最小可监听距离、信道衰落因子、信道噪声功率、载波波长、以及监听端的接收天线增益和发送端的发送天线增益；计算接收信号信噪比包括：根据所述最小发送信号功率、最小可监听距离、信道衰落因子、发送端的发送天线增益、监听端的接收天线增益和载波波长，计算监听端的接收信号功率；基于监听端的接收信号功率和信道噪声功率，计算接收信号信噪比。
13.在本发明的一些实施例中，所述检测性能参数还包括预设的虚警概率值和检测时间窗口长度，其中，检测时间窗口长度确定方式包括：设定监听端的信号采样频率，基于跳
频速率得到最优检测时间，根据最优检测时间和信号采样频率确定检测时间窗口长度。
14.在本发明的一些实施例中，所述基于检测性能参数设定的检测阈值，设定方式包括：
[0015][0016]
其中，ε为检测阈值，q为互补累计分布函数，pf为预设的虚警概率值，l＝τfs，l为检测时间窗口长度，最优检测时间τ＝1/v
hop
，v
hop
为跳频速率，fs为信号采样频率，为监听端的信道噪声功率。
[0017]
在本发明的一些实施例中，所述跳时占空比按照以下方式确定：
[0018][0019]
其中，ρ为跳时占空比，q为互补累计分布函数，pd为期望检测概率，γ为监听端的接收信号信噪比，l＝τfs，l为检测时间窗口长度，最优检测时间τ＝1/v
hop
，v
hop
为跳频速率，fs为信号采样频率，ε为检测阈值，为监听端的信道噪声功率。
[0020]
在本发明的一些实施例中，所述通信参数包括：发送端的目标数据传输速率和发送端的发送天线增益；接收端的最小接收信噪比和接收端接收天线增益；发送端和接收端间的距离、信道衰落因子和载波波长。
[0021]
在本发明的一些实施例中，所述最小发送信号功率计算方式包括：基于目标数据传输速率和最小接收信噪比，计算接收端的最小接收信号功率；基于最小接收信号功率、发送端和接收端间的距离、信道衰落因子、载波波长、发送天线增益和接收端接收天线增益，计算最小发送信号功率。
[0022]
在本发明的一些实施例中，所述跳时发送序列包括若干指示是否发送带通信号的时间码片；其中，跳时发送序列指示发送带通信号的时间码片和全部时间码片的数量比符合跳时占空比，且指示发送带通信号的时间码片排列在指示不发送带通信号的时间码片前。
[0023]
根据本发明的第二方面，提供一种获取无线信号的方法，包括：获取根据本发明的第一方面提供所述方法发送无线信号时所采用的跳频速率、跳频密钥和跳时占空比；根据跳频速率和跳频密钥生成跳频图谱信息，以及根据跳时占空比生成跳时接收序列；基于跳时接收序列控制天线在指定的时间接收无线信号；获取接收的无线信号，利用跳频图谱信息对无线信号进行下变频，得到基带信号。
[0024]
在本发明的一些实施例中，所述跳时接收序列包括若干指示是否接收无线信号的时间码片，其中，指示接收无线信号的时间码片和全部时间码片的数量比符合跳时占空比，且指示接收无线信号的时间码片排列在指示不接收无线信号的时间码片前。
[0025]
根据本发明的第三方面，提供一种用于本发明的第一方面所述方法的无线发送端，包括：跳频跳时参数配置模块，用于获取跳频速率、期望检测概率和监听端的检测性能参数，根据检测性能参数、基于检测性能参数设定的检测阈值和期望检测概率，确定跳时占
空比；跳频跳时模块，用于获取跳频密钥，根据跳频速率和跳频密钥生成跳频图谱信息，根据跳时占空比生成跳时发送序列；第一混频器，用于根据跳频图谱信息对基带信号进行上变频，得到待传输的带通信号；第一高频开关，用于根据跳时发送序列控制带通信号在指定的时间通过天线发出，得到无线信号。
[0026]
根据本发明的第四方面，提供一种用于本发明的第二方面所述方法的无线接收端，包括：跳时跳频参数同步模块，用于获取根据本发明的第一方面所述方法发送无线信号时所采用的跳频速率、跳频密钥和跳时占空比；跳频跳时接收模块，用于根据跳频速率和跳频密钥生成跳频图谱信息，以及根据跳时占空比生成跳时接收序列；第二高频开关，用于基于跳时接收序列控制天线在指定的时间接收无线信号；第二混频器，用于获取接收的无线信号，利用跳频图谱信息对无线信号进行下变频，得到基带信号。
[0027]
根据本发明的第五方面，提供一种无线通信系统，包括：根据本发明的第三方面所述的无线发送端和根据本发明的第四方面所述的无线接收端。
[0028]
与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0029]
1、本发明在发送无线信号前，考虑合理参数范围内可能达到的期望检测概率和监听端的检测性能，得到跳时占空比，通过跳时占空比生成的跳时发送序列控制带通信号在指定的时间通过天线发出，降低发送无线信号所占比例以提高隐蔽性，且合适的跳时占空比在一定程度可以满足对数据传输速率的需求。通过设置的跳频速率以达到一定程度上限制监听端的检测器的检测性能。因此，跳时技术和跳频速率的结合还更大程度地提高了无线通信时的隐蔽性。
[0030]
2、本发明结合监听端的各个检测性能参数来设定检测阈值，提高得到的实际通信系统中监听端的检测情况的准确性，可有效提高发送端和接收端的通信隐蔽性；其次，将一个信息符号映射成多个时间码片，仅在码片序列为1的时间内发送信息，且由于信息符号传输速率一般为微秒级，而监听端采用的能量检测算法仅可以实现毫秒级检测，因此，本发明在高效的能量检测算法下依然保持隐蔽性。最后，由于检测器的检测结果与输入信号的形式无关，跳时发送序列按照前面为1后面为0的顺序排列，如111000，降低了接收端进行跳时同步的复杂度。
附图说明
[0031]
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
[0032]
图1为根据本发明一个实施例的发送端、接收端和监听端的场景模拟示意图；
[0033]
图2为根据本发明一个实施例的发送无线信号的方法流程图；
[0034]
图3为根据本发明一个实施例的跳频周期和频率合成时间关系示意图；
[0035]
图4为根据本发明一个实施例的原发送无线信号波形图；
[0036]
图5为根据本发明一个实施例的根据跳时占空比生成的跳时发送序列示意图以及根据跳时发送序列进行带通信号发送的跳时信号波形图；
[0037]
图6为根据本发明一个实施例的发送带通信号的占用时隙和发送带通信号占用频段的示意图；
[0038]
图7为根据本发明一个实施例的获取无线信号的方法流程图；
[0039]
图8为根据本发明一个实施例的发送无线信号的发送端的结构示意图；
[0040]
图9为根据本发明一个实施例的获取无线信号的接收端的结构示意图；
[0041]
图10为根据本发明一个实施例的仿真实践结果对比图。
具体实施方式
[0042]
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0043]
如在背景技术部分提到的，现有的隐蔽通信技术中，首先，传统的基于加密的信息安全方案，只能从计算角度对发送信号进行保护，随着硬件处理能力的增强，传统基于计算的加密方案有可能会失效，无法对传输信息进行有效保护。其次，现有隐蔽性评价与实际通信系统的应用场景并不相同，导致以现有隐蔽性评价指标为准则的隐蔽通信设计方案不能为实际隐蔽通信系统提供最佳的理论指导。另外，通过跳时技术以实现隐蔽通信的方式在实际通信系统中，监听端采用的能量检测算法具有高效性，且可以通过多次检测的形式对发送信号进行检测，此时跳时技术无法提升系统的隐蔽性。因此，跳时技术为进一步达到预期的隐蔽性传输需求，需要使得发送信号发送时隙足够低，而该方案会使得系统的吞吐量显著降低，无法满足通信系统对传输速率的需求。因此，单独的跳时技术在提高系统隐蔽性方面作用是有限的。最后，跳频技术可提升系统一定的抗定频干扰的能力，然而在实际通信系统中，受硬件水平限制，跳频信号速率是有限的，因此，单独的跳频技术提升系统隐蔽性的能力也是有限的。因此，亟需一种通过联合跳时与跳频技术，有针对性的对跳时、跳频参数进行设计，使通信双方在保证数据传输速率的情况下，有效提高通信隐蔽性能力。
[0044]
针对以上问题，本发明提供一种发送和接收无线信号的方法，在发送无线信号时，获取跳频速率、期望检测概率和监听端的检测性能参数，根据检测性能参数、基于检测性能参数设定的检测阈值和期望检测概率确定跳时占空比；获取跳频密钥，根据跳频速率和跳频密钥生成跳频图谱信息，以及根据跳时占空比生成跳时发送序列；根据跳频图谱信息对基带信号进行上变频，得到带通信号；根据跳时发送序列控制带通信号在指定的时间通过天线发出。获取无线信号时，获取发送无线信号时采用的跳频速率、跳频密钥和跳时占空比；根据跳频速率和跳频密钥生成跳频图谱信息，根据跳时占空比生成跳时接收序列；基于跳时接收序列控制天线在指定的时间接收无线信号；最后利用跳频图谱信息对获取的无线信号进行下变频得到基带信号。本发明在发送无线信号前，考虑合理参数范围内可能达到的期望检测概率和监听端的检测性能，得到跳时占空比，通过跳时占空比生成的跳时发送序列控制带通信号在指定的时间通过天线发出，降低发送无线信号所占比例以提高隐蔽性，且合适的跳时占空比在一定程度可以满足对数据传输速率的需求。因此，跳时技术和跳频速率的结合还更大程度地提高了无线通信时的隐蔽性。
[0045]
在对本发明的实施例进行具体介绍之前，先对其中使用到的部分术语作如下解释：
[0046]
跳时占空比：为一个符号周期内发送无线信号的实际传输时间与符号周期之比，符号周期即连续传输一个信息符号所需的时间。
[0047]
虚警概率值：为发送端不发送信号条件时，受监听端接收到的噪声信号影响，监听端错误判断为发送端发送信号的概率。
[0048]
检测概率：为发送端发送信号条件下，监听端检测到存在发送信号的概率。
[0049]
首先，模拟设置无线通信场景，对无线通信场景中的发送无线信号的发送端、接收无线信号的接收端以及检测无线信号的监听端进行说明。根据本发明的一个实施例，发送端a、接收端b及监听端w的布置方式如图1所示，发送端a通过发送信道将信号发送给接收端b，而监听端w通过对监听信道接收到的信号进行分析，检测发送端是否发送信息，同时，可以设置发送信道和监听信道均为awgn信道，发送端和接收端共享一段无限长密钥，用于保证通信链路的成功建立，该密钥信息不被监听端知道，在本发明中，密钥信息包括有跳频速率、跳频密钥和跳时占空比信息。
[0050]
发送端为增加无线信号的隐蔽性，以降低发送的无线信号被监听端检测的概率，根据本发明的一个实施例，提供一种发送无线信号的方法，参见图2，包括步骤s1、s2、s3、s4。为了更好地理解本发明，下面结合具体的实施例针对每一个步骤分别进行详细说明。
[0051]
步骤s1：获取跳频速率、期望检测概率和监听端的检测性能参数，根据检测性能参数、基于检测性能参数设定的检测阈值和期望检测概率，确定跳时占空比。
[0052]
根据本发明的一个实施例，跳频速率越高，信号被检测到的概率越低，然而受硬件水平限制，存在频率切换时间，在该时间端内无法传输信息，出现跳频性能损失，参见图3，例如，一般工程上要求频率合成时间不大于跳频周期的20％，因此，在硬件频率合成时间确定后，最高跳频速率受限，本发明中可将跳频速率设置为2000hop/s，应当理解，此处仅为示意，实施者可以根据具体的场景和需要进行设置，本发明对此不作任何限制。期望检测概率为充分考虑了监听端的实际工作方式，得出的在发送端和接收端通信时监听端可能达到的最优检测概率。监听端的实际工作方式可以是：通过采用信道化接收机，用多个带宽为m的滤波器将监听信道划分成多个子信道，以此，监听端可以同时对多个子信道接收的无线信号进行检测。信道化接收机可以同时截获接收不同频段的无线信号，对无线信号进行截获接收后，监听端首先对各子信道接收的无线信号能量进行计算，将获得接收的最大无线信号能量及对应频点与预设阈值进行比较，当该无线信号能量大于预设阈值时确认在该频段上存在发送信号，进一步对接收的无线信号进行理解或在该频点产生干扰。
[0053]
根据本发明的一个实施例，所述检测性能参数包括监听端的接收信号信噪比，监听端的接收信号信噪比获得方式包括步骤a1和a2；其中，
[0054]
步骤a1：获取监听端的监听参数和发送端与接收端的通信参数。其中，监听参数包括：监听端与发送端间的最小可监听距离、信道衰落因子、信道噪声功率、载波波长、以及监听端的接收天线增益和发送端的发送天线增益。通信参数包括：发送端的目标数据传输速率和发送端的发送天线增益；接收端的最小接收信噪比和接收端接收天线增益；发送端和接收端间的距离、信道衰落因子和载波波长。
[0055]
步骤a2：基于发送端与接收端的通信参数计算发送端的最小发送信号功率，根据监听参数和最小发送信号功率计算监听端的接收信号信噪比。
[0056]
根据本发明的一个实施例，步骤a2还包括以下步骤：
[0057]
步骤a21：基于通信参数计算发送端的最小发送信号功率。优选的计算方式包括：基于目标数据传输速率和最小接收信噪比，计算接收端的最小接收信号功率；基于最小接收信号功率、发送端和接收端间的距离、信道衰落因子、载波波长、发送天线增益和接收端接收天线增益，计算最小发送信号功率。其中，通信参数为合法通信双方(发送端和接收端)
的通信性能参数。
[0058]
根据本发明的一个实施例，给定目标数据传输速率r后，根据香农信道容量公式：r＝log(1+snr)确定接收端最小接收信噪比，确定公式如下：
[0059][0060]
其中，snr为接收端最小接收信噪比，p
r_receiver
为接收端的最小接收信号功率，为接收端接收信道噪声功率。
[0061]
根据接收端最小接收信噪比确定接收端的最小接收信号功率，确定公式如下：
[0062][0063]
最后结合自由空间损耗模型计算得到发送端最小发送信号功率，计算公式如下：
[0064][0065]
其中，p
t_min
为发送端最小发送信号功率，p
r_receiver
为接收端的最小接收信号功率，d
tr
为发送端与接收端的距离，l为信道衰落因子，g
t
为发送端发送天线增益，gr为接收端的接收天线增益，λ为载波波长，c＝3
×
108m/s为光在真空中传播的速度，f为载波频率。
[0066]
步骤a22：根据监听参数和最小发送信号功率计算监听端的接收信号信噪比。具体计算方式包括：根据所述发送端的最小发送信号功率、发送端的发送天线增益、监听端的接收天线增益、监听端与发送端间的最小可监听距离、监听端与发送端间的信道衰落因子和载波波长，计算监听端的接收信号功率；基于监听端的接收信号功率和信道噪声功率，计算接收信号信噪比。
[0067]
根据步骤a21计算得到最小发送信号功率后，通过自由空间损耗模型，可以计算得到监听端的接收信号功率，计算公式如下：
[0068][0069]
其中，p
r_warden
为监听端的接收信号功率，gr′
为监听端的接收天线增益，d
min
为监听端与发送端间的最小可监听距离。
[0070]
进一步根据监听端的接收信号功率计算监听端接收信号信噪比γ，计算公式如下：
[0071][0072]
其中，γ为监听端接收信号信噪比，为监听端监听信道噪声功率。
[0073]
由于跳频速率越高，信号被检测到的概率越低，因此，通过上述设置的跳频速率以达到一定程度上限制监听端的检测器在单个频段上最优检测时间的方式，限制检测器的性
能。根据本发明的一个实施例，所述检测性能参数还包括预设的虚警概率值和检测时间窗口长度，其中，检测时间窗口长度确定方式包括：设定监听端的信号采样频率，基于跳频速率得到最优检测时间，根据最优检测时间和信号采样频率确定检测时间窗口长度。
[0074]
根据本发明的一个实施例，基于跳频速率得到最优检测时间的获得方式包括：
[0075]
τ＝1/v
hop
，
[0076]
其中，τ为最优检测时间，v
hop
为跳频速率。
[0077]
根据最优检测时间和信号采样频率确定检测时间窗口长度，包括：
[0078]
l＝τfs，
[0079]
其中，l为检测时间窗口长度，fs为信号采样频率。
[0080]
对于监听端而言，为降低虚警概率值对其产生的无效工作影响，会通过调整检测阈值，使得虚警概率值尽可能低，此时的检测阈值并非使得虚警概率与漏检概率之和达到最小的最优检测阈值。对于发送端而言，更关注发送信号能否被检测到，则更希望监听端的漏检概率大。因此，最优检测阈值下虚警概率与漏检概率之和无法很好的得到实际通信系统中监听端的检测情况。因此，根据本发明的一个实施例，根据监听端的检测性能参数来设定检测阈值，包括如下设定方式：
[0081][0082]
其中，ε为检测阈值，q为互补累计分布函数，pf为预设的虚警概率值，l为检测时间窗口长度，为监听端的信道噪声功率。结合监听端的各个检测性能参数来设定检测阈值，提高得到的实际通信系统中监听端的检测情况的准确性，可有效提高发送端和接收端的通信隐蔽性。
[0083]
目前为达到预期的隐蔽性传输需求，需要使得发送信号发送时隙足够低，导致跳时占空比十分小而引起的系统吞吐量显著降低，无法满足通信时对数据传输速率的需求。为设置合适的跳时占空比，根据本发明的一个实施例，所述跳时占空比按照以下方式确定：
[0084][0085]
其中，ρ为跳时占空比，q为互补累计分布函数，pd为期望检测概率，γ为监听端的接收信号信噪比，l为检测时间窗口长度，ε为检测阈值，为监听端的信道噪声功率。本发明在给定监听端的检测器最优检测时间，以及实际通信系统中的检测阈值后，可通过跳时技术，设置合适的跳时占空比，适当降低输入检测器的发送信号所占比例，既满足通信时对数据传输速率的需求，又进一步降低监听端对发送信号的检测概率。
[0086]
步骤s2：获取跳频密钥，根据跳频速率和跳频密钥生成跳频图谱信息，以及根据跳时占空比生成跳时发送序列。
[0087]
根据本发明的一个实施例，在生成跳频图谱信息前，实际中一般设置多组跳频密钥，不同跳频密钥对应不同的跳频图谱，供使用时选择，因此，需获取其中一个跳频密钥，根据跳频密钥以及跳频速率控制跳频图谱信息的生成。
[0088]
根据本发明的一个实施例，所述跳时发送序列包括若干指示是否发送带通信号的时间码片；其中，跳时发送序列指示发送带通信号的时间码片和全部时间码片的数量比符合跳时占空比，且指示发送带通信号的时间码片排列在指示不发送带通信号的时间码片前。另外，时间码片通常也称码片(chip)，在无线通信领域，传输带通信号中的一个信息符号的时间划分为m(m为大于1的整数)个短的间隔，称为码片。例如，假设m为10，则传输1个信息符号的时间被划分为10个时间码片，通过跳时发送序列可以指示该信息符号在其中某些时间码片发出，从而实现根据跳时发送序列控制带通信号在指定的时间通过天线发出。
[0089]
根据本发明的一个实施例，将带通信号中的每个信息符号根据跳时占空比映射成一个跳时发送序列，需要明确，符号周期要大于时间码片的周期，比如发送带通信号中的一个信息符号的符号周期是1ms，跳时占空比为0.5，可以规定时间码片的周期为0.1ms，信息符号根据跳时占空比映射成一个形如1111100000的跳时发送序列，其中，该跳时发送序列的前5个时间码片是指示发送带通信号的时间码片，后5个时间码片是指示不发送带通信号的时间码片。由于信息符号传输速率一般为微秒级，而实际通信系统中，监听端采用的能量检测算法仅可以实现毫秒级检测。因此，在一个监听端的检测器检测时间范围内会包含多个信息符号，从而在高效能量检测算法下依然保持隐蔽性。
[0090]
根据本发明的一个实施例，指示发送带通信号的时间码片排列在指示不发送带通信号的时间码片前，降低了接收端进行跳时同步的复杂度。
[0091]
在未设置跳时占空比前，参见图4，坐标系的横坐标表示时间，纵坐标表示幅度，坐标系中为原始发送无线信号波形，表示一个符号周期内持续传输无线信号。在设置了跳时占空比后，参见图5，包括两个坐标系，且每个坐标系的横坐标均表示时间，纵坐标均表示幅度，上面的坐标系为跳时占空比为0.5时的跳时发送序列，及跳时发送序列下方对应的坐标系的跳时信号波形，跳时信号波形表示一个符号周期内的前半个符号周期在传输无线信号，后半个符号周期处于空闲状态。在跳时信号波形为0的一段区间内，监听端的检测器的检测到的只有噪声信号，一定程度上降低监听端的检测概率，提高通信信号的隐蔽性。
[0092]
步骤s3：根据跳频图谱信息对基带信号进行上变频，得到待传输的带通信号。
[0093]
根据本发明的一个实施例，基带信号是发送端将接收到的信息比特依次进行编码、调制后得到的。
[0094]
步骤s4：根据跳时发送序列控制带通信号在指定的时间通过天线发出，得到无线信号。
[0095]
根据本发明的一个实施例，参见图6，包括了根据跳频图谱信息得到的带通信号和根据跳时占空比得到的跳时发送序列，对带通信号进行发送时的占用时隙和占用频段分布图，其横坐标为时间，以t表示，纵坐标为在相应时间上的跳频频点，以f表示。
[0096]
根据本发明的一个实施例，提供一种获取无线信号的方法，参见图7，包括步骤a1、a2、a3、a4。
[0097]
步骤a1：获取根据本发明的上述实施例发送无线信号时所采用的跳频速率、跳频密钥和跳时占空比。
[0098]
步骤a2：根据跳频速率和跳频密钥生成跳频图谱信息，以及根据跳时占空比生成跳时接收序列。
[0099]
步骤a3：基于跳时接收序列控制天线在指定的时间接收无线信号。
[0100]
根据本发明的一个实施例，采用与发送端相同的方式生成跳频图谱信息和跳时接收序列，所述跳时接收序列包括若干指示是否接收无线信号的时间码片，其中，指示接收无线信号的时间码片和全部时间码片的数量比符合跳时占空比，且指示接收无线信号的时间码片排列在指示不接收无线信号的时间码片前。形如1111100000的跳时接收序列，其中，该跳时接收序列的前5个时间码片是指示接收无线信号的时间码片，后5个时间码片是指示不接收无线信号的时间码片。
[0101]
步骤a4：获取接收的无线信号，利用跳频图谱信息对无线信号进行下变频，得到基带信号。
[0102]
根据本发明的一个实施例，提供一种用于本发明的上述发送无线信号的方法的无线发送端(对应于发送端)，参见图8，包括编码器和调制器，通过编码器信息比特进行编码，调制器对编码后的信息比特进行调制，得到基带信号。另外，还包括：跳频跳时参数配置模块，用于获取跳频速率、期望检测概率和监听端的检测性能参数，根据检测性能参数、基于检测性能参数设定的检测阈值和期望检测概率，确定跳时占空比。跳频跳时模块，用于获取跳频密钥，根据跳频速率和跳频密钥生成跳频图谱信息，根据跳时占空比生成跳时发送序列。第一混频器，用于根据跳频图谱信息对基带信号进行上变频，得到待传输的带通信号。第一高频开关，用于根据跳时发送序列控制带通信号在指定的时间通过发送天线发出，得到无线信号。发送天线，用于在指定的时间发送带通信号、跳频速率、跳频密钥和跳时占空比。
[0103]
根据本发明的一个实施例，根据跳时发送序列控制带通信号在指定的时间通过天线发出，包括利用跳时发送序列控制第一高频开关的通断，在跳时发送序列为1时打开第一高频开关，发送带通信号，当跳时发送序列为0时第一高频开关关闭，不发送带通信号。
[0104]
根据本发明的一个实施例，提供一种用于本发明的上述获取无线信号的方法的无线接收端(对应于接收端)，参见图9，包括：接收天线，用于在指定的时间接收无线信号、跳频速率、跳频密钥和跳时占空比。跳时跳频参数同步模块，用于获取根据本发明的上述所述方法发送无线信号时所采用的跳频速率、跳频密钥和跳时占空比，同时，将接收端与发送端的频率进行同步，以及将接收端与发送端的时间进行同步。跳频跳时接收模块，用于根据跳频速率和跳频密钥生成跳频图谱信息，以及根据跳时占空比生成跳时接收序列。第二高频开关，用于基于跳时接收序列控制接收天线在指定的时间接收无线信号。第二混频器，用于获取接收的无线信号，利用跳频图谱信息对无线信号进行下变频，得到基带信号。另外，还包括解调器，用于对基带信号进行解调。解码器，用于对解调后的基带信号进行解码，得到信息比特。
[0105]
根据本发明的一个实施例，根据跳时接收序列控制天线在指定的时间接收无线信号，包括利用跳时接收序列控制第二高频开关的通断，在跳时接收序列为1时打开第二高频开关，接收无线信号，当跳时接收序列为0时第二高频开关关闭，不接收无线信号。
[0106]
根据本发明的一个实施例，提供一种无线通信系统，包括：基于本发明的上述实施例所述发送无线信号的方法的发送端和基于本发明的上述实施例所述获取无线信号的方法的接收端。
[0107]
为了说明本发明的效果，发明人对本发明的方法进行了仿真验证，仿真参数如表1所示。
[0108]
表1：仿真参数设置
[0109][0110]
参数说明：
[0111]
虚警概率值：根据奈奎斯特定理，监听端采用2倍于发送无线信号带宽的采样速率进行采样，可以获得发送无线信号的全部信息。因此，仿真实践过程中一般将虚警概率值设置为0.05。
[0112]
发送端与监听端间的最小可监听距离：一般认为当监听端与发送端距离小于d
min
时监听端会被发送端发现，从而发送端可以采取措施对监听端进行打击或躲避。仿真实践过程中将d
min
设置为6km。
[0113]
根据以上仿真参数，对发送端的发送无线信号的方法进行仿真实践：
[0114]
给定目标数据传输速率r后，根据香农信道容量公式：r＝log(1+snr)确定接收端最小接收信噪比，确定公式如下：
[0115][0116]
其中，snr为接收端最小接收信噪比，p
r_receiver
为接收端的最小接收信号功率，为接收端接收信道噪声功率。
[0117]
根据接收端最小接收信噪比确定接收端的最小接收信号功率，确定公式如下：
[0118][0119]
最后结合自由空间损耗模型计算得到发送端最小发送信号功率p
t_min
＝1.09w。
[0120]
结合发送端最小发送信号功率后，发送端与监听端间的最小可监听距离d
min
，根据自由空间损耗模型，可以计算得到监听端的接收信号功率
[0121]
进一步，根据监听端的接收信号功率计算监听端接收信号信噪比
[0122]
根据l＝τfs，τ＝1/v
hop
，可以确定监听端检测时间窗口长度(即采样点数)l＝3000。
[0123]
在给定虚警概率值pf＝0.05条件下，可知检测阈值
[0124]
进一步为使得监听端期望检测概率低于0.5，根据式
[0125]
可以得到本仿真实践中，考虑期望检测概率pd＝0.5的时，q-1
(pd)＝0，计算得到满足需求的跳时占空比ρ＝0.673103156641033。
[0126]
仿真实践结果如图10所示，其横坐标为监听端检测通信信号的检测时间，纵坐标为监听端在相应检测时间的检测概率，图10包括三种发送无线信号的方法对应的检测概率，分别为：只设置了跳频信号(跳频速率为2000hop/s)的采用跳频通信系统、只设置了跳时信号(跳时占空比为0.67)的跳时通信系统与设置了跳时跳频信号(同时设置跳频速率为2000hop/s和跳时占空比0.67)的跳时跳频通信系统，监听端对各个通信系统的通信信号检测概率对比，根据图示结果可知，与单独的跳时通信系统、跳频通信系统相比，跳时跳频通信系统综合了跳时技术与跳频技术的优势，可以有效提高通信信号的隐蔽性。
[0127]
需要说明的是，虽然上文按照特定顺序描述了各个步骤，但是并不意味着必须按照上述特定顺序来执行各个步骤，实际上，这些步骤中的一些可以并发执行，甚至改变顺序，只要能够实现所需要的功能即可。
[0128]
本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。
[0129]
计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以包括但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式压缩盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令
的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。
[0130]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。