一種基于BOC 的二維信號產生方法和應用

范真真

0 引言

二維信息技術是把信息依附于另一種公開的信息之中，利用人類感覺器官的不敏感性及無線信號本身存在的冗余，將水印信息（或隱藏信息）疊加于另外一個宿主信息中使其不被察覺或不輕易被注意到，且不影響宿主信息的通信過程的安全保密通信技術。由于較好的傳輸性能，變換域信息傳輸技術，特別是分數階傅里葉變換被廣泛應用于二維信息傳輸[1-4]。

目前，大部分的二維信息技術研究建立在數字水印已有的研究成果之上，即以嵌入式的信息水印模型為基礎，以數字化多媒體如圖像、文本、音頻等為基本載體，在時空域或者變換域將水印信息嵌入數字載體以實現信息傳輸。文獻[5]提出了一種在FRFT 域中引入了擴展變換抖動調制的圖像加密算法，該方法在抵抗JPEG 壓縮、濾波、噪聲、剪切和縮放等攻擊時具有良好的魯棒性。文獻[6]提出了一種在WFRFT 域中引入混沌序列的彩色圖像信號通信算法，該方法充分考慮了WFRFT 和混沌序列系統在圖像加密的缺點，具有較好的魯棒性。由于多媒體技術發展及數字版權保護的迫切需求，二維信息的研究大都集中于圖像數字水印的研究，而由于種種原因，二維通信技術的研究卻沒有受到充分重視，針對通信信號的研究相對較少。

二進制偏移載波技術是一種典型的新體制擴頻通信技術，因優秀的裂譜特性和多自相關峰值特性，具有更好的抗干擾和抗截獲能力，在衛星導航等領域得到了廣泛的應用。這種新型的擴頻技術雖然具備較強的抗截獲能力，但單維度或單域的設計使其很難提高信道的容量，大大降低了通信的有效性。

1 二維信號產生原理

為提高信息傳輸的抗干擾性和通信容量，該方法可在現有BOC 通信的基礎上，充分利用偽碼速率、亞載波速率和載波頻率將水印信息搭載到宿主信息中傳輸，實現二進制偏移載波二維信息的傳輸，基于BOC 的二維信號產生原理如下圖1 所示。

圖1 基于BOC 二維信號產生原理框圖

基于BOC 的二維信號產生的基本原理如下：利用水印信息對BOC 信號各參數進行動態加密，采用類似增量調制（DM）思想，設計水印信息與載波頻率、偽碼速率及亞載波速率的映射規則，水印信息傳輸+1 時，載波頻率、偽碼速率和亞載波速率在初始參數基礎上將增大；水印信息傳輸-1 時，載波頻率、偽碼速率和亞載波速率在初始參數基礎上將減小，初始BOC 參數對于通信雙方類似于密碼學中的公鑰，而傳輸用的BOC 參數則類似于私鑰。將宿主信息和水印信息進行二進制異或，生成待傳輸的二維復合信息，再將復合信息和經過水印信息生成的偽碼進行一次調制，再將調制結果和經過水印信息生成的亞載波進行二次調制，最后將二次調制結果經過水印信息生成的載波進行PSK-R 調制即可生成最終的基于二進制偏移載波的二維復合信號。由于水印信息搭載在宿主信息上進行傳輸，不會占用額外的信道功率和帶寬資源，整個系統的通信容量得到增加；雖然水印信息動態改變BOC 調制信號參數，但整個通信過程仍為傳統的二進制偏移載波調制。

2 二維信號的應用

作為信息隱蔽傳輸領域研究的熱點，二維信號產生技術將會在數字產品版權保護、認證與篡改舉證、秘密通信與特征標記等方面均有重要應用，二維信號產生技術將所有者的版權信息嵌入到載體信息中的過程，且所有者可通過特定的手段獲取版權信息。但二維信號水印的嵌入過程中，原始信號往往發生改變，使二維信號所具備隱蔽傳輸效果受到破壞，如何提高二維信號的魯棒性、安全性及抗干擾特性，成為二維信號技術的重要問題。

二維信號技術所依賴的信息隱藏技術不僅提供了非密碼的安全途徑，更引發了信息戰尤其是網絡情報戰的革命，產生了一系列新穎的作戰方式，引起了許多國家的重視。網絡情報戰是信息戰的重要組成部分，其核心內容是利用公用網絡進行保密數據傳送。迄今為止，學術界在這方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思維模式，然而，經過加密的文件往往是混亂無序的，容易引起攻擊者的注意。二維信號產生技術的將會對公用網絡保密通信提供新的思路，利用數字化通信信號相對于人的視覺、聽覺冗余，可以進行各種時/空域和變換域的通信信息隱藏，從而實現隱蔽通信。二維信號技術理論框架研究的興起，將會對密寫帶來希望。毫無疑問，密寫技術將在數字時代得以復興。

二維信號技術還有很多其它用途，并且其應用領域還將不斷擴大。因此，要完整列舉二維信號技術的未來應用還不現實，但二維信號技術在民用通信和保密通信上的應用將越來越廣泛，比如二維信號技術保護民用GPS 定位信號等。除了二維信號技術的不斷推進，市場營銷和商業規劃也極為重要，并且需要有深度的分析與戰略計劃。二維信號技術的推廣和普及也必不可少，以保證市場為接受二維信號產生技術做好準備。

3 結論

在分析BOC 信號機理的基礎上，提出了一種基于BOC 的二維信息傳輸方法，該方法可在現有BOC 的基礎上將水印信息搭載在宿主信息中傳輸，在不占用額外的信道功率和帶寬資源的條件下，提升BOC 的通信容量；同時，充分利用水印信息動態改變BOC 信號參數，提高BOC 二維信號的抗干擾性，進一步增強信息傳輸的通信容量和抗截獲性。