一种基于OFDM预留子载波削峰向量生成的隐蔽通信方法与流程

本发明涉及正交频分复用，尤其涉及一种基于ofdm预留子载波削峰向量生成的隐蔽通信方法。

背景技术：

1、正交频分复用（ofdm）技术因频谱利用率高、抗多径能力强，已广泛应用于无线通信系统中。由于多个子载波在时域叠加后可能产生较高瞬时峰值，ofdm发射信号通常具有较高的峰均功率比。为降低高峰均功率比（papr）对功率放大器线性工作区和发射效率的影响，现有系统常采用峰均功率比抑制技术。其中，预留子载波方法（tr）是一种典型的papr抑制技术。该方法预先划分一部分不承载业务数据的预留子载波，并在预留子载波上生成用于抵消时域峰值的附加频域分量，本发明将该附加频域分量称为预留子载波削峰向量。该向量经傅里叶逆变换（ifft）后在时域形成峰值抵消信号，用于降低ofdm符号的瞬时峰值，而数据子载波上的业务数据映射保持不变。

2、在物理层隐蔽通信中，除直接附加低功率隐蔽信号或在业务信号中叠加微弱扰动之外，也存在利用通信系统中非业务资源或辅助结构承载隐蔽信息的技术思路。例如，循环前缀、空闲子载波、导频资源、协议预留字段或帧结构冗余等均可作为隐蔽信息的潜在承载对象。此类方案的共同特点为隐蔽信息并不直接替代业务数据本身，而是依托通信系统中已有的辅助资源或冗余结构进行表达。

3、现有利用非业务资源或辅助结构的物理层隐蔽通信方案，多围绕循环前缀、空闲子载波、导频资源、协议预留字段或帧结构冗余等既有资源展开，通常通过直接改写、位置选择或低功率叠加等方式承载隐蔽信息。该类方案虽然能够避免直接替代业务数据本身，但其承载对象和表达方式受资源形态及协议约束影响较大，难以同时兼顾业务链路性能影响、隐蔽承载容量和统计隐蔽性。

4、对于ofdm预留子载波峰值抑制技术而言，在预留子载波上生成的削峰向量属于为降低papr而产生的非业务频域分量，且不改变数据子载波的业务映射结果。然而，现有预留子载波方法主要以降低峰均功率比为目标，通常将预留子载波上的削峰向量作为削峰处理结果使用，尚未面向隐蔽信息承载对其生成过程、分布特性和接收端恢复机制进行设计。对于给定的数据子载波载荷、预留子载波位置、初始条件和迭代参数，传统削峰算法往往输出单一或近似确定的削峰向量，缺少面向隐蔽承载的可控变化机制。若直接在传统削峰结果上叠加任意隐蔽扰动，不仅可能破坏原有papr抑制效果，还可能使预留子载波分量偏离常规削峰向量的统计特征，从而增加被检测的风险。

5、因此，现有技术尚缺少一种能够在满足目标papr约束、保持数据子载波业务映射不变的条件下，对预留子载波削峰向量进行生成式建模、受控扰动承载和接收端恢复的隐蔽通信方案。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出一种基于ofdm预留子载波削峰向量生成的隐蔽通信方法，利用预留子载波在papr抑制过程中形成的削峰向量作为隐蔽承载对象，在满足目标papr约束且不改变数据子载波业务映射结果的前提下，通过条件扩散模型生成与当前数据子载波载荷相匹配的削峰基准向量，并在其上叠加隐蔽扰动，实现隐蔽信息在预留子载波分量中的承载、传输与接收端恢复。

2、一种基于ofdm预留子载波削峰向量生成的隐蔽通信方法，包括：

3、将ofdm全部子载波划分为数据子载波与预留子载波，其中数据子载波用于承载业务数据，预留子载波用于加载峰值抵消向量；

4、在保持数据子载波业务映射不变并满足目标峰均功率比约束的条件下，构造预留子载波的削峰向量可行集合，并利用所述削峰向量可行集合中的削峰向量样本及其对应的数据子载波载荷训练条件生成模型；

5、发送端依据当前数据子载波载荷，通过所述条件生成模型生成削峰基准向量，并根据待发送隐蔽信息选取对应参考向量，在所述削峰基准向量邻域内叠加受控隐蔽扰动，得到隐蔽承载削峰向量；

6、发送端将所述隐蔽承载削峰向量加载至预留子载波位置，与数据子载波载荷共同构造ofdm发射信号并发送；

7、接收端对所述ofdm发射信号进行业务数据解调，根据解调得到的数据子载波载荷重构本地削峰基准向量，并将预留子载波观测向量与所述本地削峰基准向量作差得到观测残差，通过与共享参考向量进行相关匹配恢复隐蔽信息。

8、进一步地，所述将ofdm全部子载波划分为数据子载波与预留子载波，包括：在ofdm系统中，将全部子载波划分为数据子载波与预留子载波，分别形成数据子载波集合与预留子载波集合，其中数据子载波用于承载业务数据，预留子载波用于加载峰值抵消向量。

9、进一步地，所述在保持数据子载波业务映射不变并满足目标峰均功率比约束的条件下，构造预留子载波的削峰向量可行集合，包括：

10、对于给定的数据子载波载荷，通过预留子载波削峰过程生成预留子载波上的候选削峰向量；并通过对削峰迭代的初始状态、削峰门限、更新步长或迭代参数施加受控扰动，或者通过在传统削峰向量邻域内进行约束采样、候选向量筛选或约束投影，获得一组满足目标papr约束条件且不改变数据子载波业务映射结果的候选削峰向量样本，由此构造出削峰向量可行集合。

11、进一步地，所述利用所述削峰向量可行集合中的削峰向量样本及其对应的数据子载波载荷训练条件生成模型，包括：

12、针对数据子载波载荷，从削峰向量可行集合中采集对应的候选削峰向量样本，并分别构造条件向量和实数域削峰向量样本；以作为训练样本，对候选削峰向量样本执行前向扩散加噪，并训练噪声预测网络，使条件生成模型学习给定数据子载波载荷条件下的削峰向量分布。

13、进一步地，所述发送端依据当前数据子载波载荷，通过所述条件生成模型生成削峰基准向量，包括：

14、发送端获取当前ofdm符号的数据子载波载荷，并构造对应条件向量；调用训练完成的条件生成模型执行反向去噪采样，生成与当前数据子载波载荷相匹配的削峰基准向量；所述削峰基准向量对应的复数域向量仅加载于预留子载波位置，并在与数据子载波载荷合成后满足目标papr约束。

15、进一步地，所述根据待发送隐蔽信息选取对应参考向量，在所述削峰基准向量邻域内叠加受控隐蔽扰动，得到隐蔽承载削峰向量，包括：

16、发送端将待发送隐蔽比特流按照预设长度分组，并将每组比特映射为隐蔽符号，，其中表示隐蔽符号的映射阶数；

17、收发双方预先共享与隐蔽符号集合对应的参考向量集合，其中参考向量与隐蔽符号对应，并与削峰基准向量有相同维度；

18、发送端根据隐蔽符号选取对应参考向量，并构造局部隐蔽扰动，其中为扰动强度参数；再将局部隐蔽扰动叠加至削峰基准向量，得到隐蔽承载削峰向量；

19、发送端对所述隐蔽承载削峰向量与当前数据子载波载荷合成后的ofdm波形进行峰均功率比约束校验，当不满足目标papr约束时，通过调整扰动强度、重新选取参考向量或对隐蔽承载削峰向量进行约束投影修正，使合成后的ofdm波形满足目标papr约束，由此完成隐蔽信息在削峰向量中的承载。

20、进一步地，所述发送端将所述隐蔽承载削峰向量加载至预留子载波位置，与数据子载波载荷共同构造ofdm发射信号并发送，包括：

21、发送端将隐蔽承载削峰向量还原为复数域隐蔽承载削峰向量，并加载至预留子载波集合；数据子载波上的数据子载波载荷保持既定映射状态；由此构造ofdm频域发射信号；对执行ifft变换，生成时域ofdm发射信号，并经无线信道发送至接收端。

22、进一步地，所述接收端对所述ofdm发射信号进行业务数据解调，包括：

23、接收端对时域ofdm发射信号执行同步、去循环前缀、fft变换及频域均衡处理，得到频域观测信号；按照预设子载波划分方式，从数据子载波集合中提取业务数据估计结果，并构建为接收端的条件向量；从预留子载波集合中提取预留子载波观测向量，并展开为实数域观测向量。

24、进一步地，所述根据解调得到的数据子载波载荷重构本地削峰基准向量，包括：

25、接收端利用与发送端一致的条件生成模型及共享条件先验，根据条件向量执行反向去噪采样，生成本地削峰基准向量，表示接收端在当前业务数据下生成的削峰参考向量。

26、进一步地，所述将预留子载波观测向量与所述本地削峰基准向量作差得到观测残差，通过与共享参考向量进行相关匹配恢复隐蔽信息，包括：

27、接收端将实数域观测向量与本地削峰基准向量作差，得到观测残差；利用与发送端共享的参考向量对观测残差进行相关匹配，构造判决统计量，并采用最大相关准则在各判决统计量中选取最大值对应的候选符号恢复隐蔽符号，最后按照预设映射关系将恢复的隐蔽符号还原为对应的隐蔽比特组。

28、本发明的有益效果在于：

29、1、本发明将预留子载波削峰过程中产生的预留子载波峰值抵消向量作为隐蔽承载对象，通过构造满足目标papr约束的削峰向量可行集合，并采用条件扩散模型生成与数据子载波载荷相匹配的削峰基准向量，再在该基准向量附近叠加受控隐蔽扰动，实现隐蔽信息在预留子载波削峰分量中的承载与恢复。本发明不需要改变数据子载波上的业务数据映射，也不需要额外构造独立隐蔽波形，能够在维持ofdm业务链路正常工作的同时完成隐蔽传输。

30、2、本发明在通信链路层面表现出明确的参数可调性，较小的扰动强度有利于降低削峰向量分布偏移、增强抗侦察性能，而较大的扰动强度则有利于提高残差中隐蔽扰动的可区分性、改善隐蔽链路恢复性能。同时，参考向量相关匹配机制能够在削峰基准向量生成误差和信道噪声存在时提供跨维度累积判决增益。因而，本发明能够在业务通信正常解调、papr抑制效果、隐蔽信息恢复性能以及抗侦察性能之间实现可调折中，具备较好的工程应用价值。