基于擴(kuò)頻的頻譜水印嵌入與提取方法研究及實(shí)現(xiàn)

張余 許金勇 柳永祥 陳勇 劉忠英

(南京電訊技術(shù)研究所,南京 210007)

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基于擴(kuò)頻的頻譜水印嵌入與提取方法研究及實(shí)現(xiàn)

張余 許金勇 柳永祥 陳勇 劉忠英

(南京電訊技術(shù)研究所,南京 210007)

針對無線電系統(tǒng)身份識別問題,提出了一種基于擴(kuò)頻的頻譜水印嵌入與提取方法,該方法中發(fā)射端首先選擇一個(gè)碼片速率高、碼長長的擴(kuò)頻碼來調(diào)制用于標(biāo)識無線電系統(tǒng)身份的頻譜水印信號,然后利用加性準(zhǔn)則周期性地將其嵌入到無線電信號中．接收端首先將接收的中頻信號分成N段,并對每段信號進(jìn)行解擴(kuò)和解調(diào),最后利用N次解調(diào)結(jié)果實(shí)施綜合融合判決來提取頻譜水印．同時(shí)基于USRP平臺構(gòu)建了基于擴(kuò)頻的頻譜水印嵌入與提取方法的驗(yàn)證系統(tǒng),理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明:提出的方法能夠在不對原始信號正常解調(diào)產(chǎn)生有害干擾的條件下,可有效提取頻譜水印,具有較強(qiáng)的通用性和魯棒性,為有效標(biāo)識和識別無線電系統(tǒng)提供技術(shù)手段．

頻譜水印;擴(kuò)頻;頻譜水印嵌入;頻譜水印提取;USRP平臺

DOI 10.13443/j.cjrs.2016022401

引 言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展,無線電設(shè)備的高密度使用使電磁環(huán)境日益復(fù)雜,電磁干擾日趨嚴(yán)重,如何有效快速地發(fā)現(xiàn)干擾、識別出干擾源是目前電磁頻譜管理面臨的重大問題[1]．同時(shí),無線電技術(shù)的軍事應(yīng)用使得敵我雙方電子對抗日趨激烈,無線入侵與攻擊成為未來信息化戰(zhàn)爭中電子對抗的一種重要方式,如何檢測無線入侵與攻擊信號是防御方急需解決的關(guān)鍵問題之一．頻譜水印[2]作為一種信號特征識別技術(shù),通過在無線電設(shè)備發(fā)射端嵌入用于標(biāo)識設(shè)備身份信息的頻譜水印,接收端利用頻譜水印的特征來提取頻譜水印,可有效地解決無線電設(shè)備身份識別問題．

頻譜水印技術(shù)來源于數(shù)字水印技術(shù),目前還處于起步階段,但在數(shù)字水印方面已取得了許多成果．彭靜玉等人[3]結(jié)合人耳聽覺特性,通過對載體音頻信號做小波變換自適應(yīng)選擇不可感知部分嵌入水印信息,從而提高水印的魯棒性和透明性．Priyank Khare等人[4]為保護(hù)圖像知識產(chǎn)權(quán),利用邏輯圖特征來產(chǎn)生混沌序列提高圖像水印的魯棒性．Aniyan, A.等人[5]針對數(shù)字圖像提出了基于離散余弦變換的盲水印方法,并開展了硬件實(shí)驗(yàn)工作,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示提出的方法能夠有效應(yīng)對多種攻擊．Trabelsi, W.等人[6]為在魯棒性、透明性和性能間找到均衡點(diǎn),利用基于奇異值分解的頻域水印嵌入方法來嵌入水印信息,并插入一個(gè)雙奇異值來提高水印性能．阮家輝[7]將數(shù)字水印技術(shù)引入到廣播音頻監(jiān)測中,用于甄別廣播音頻信號源內(nèi)容．陳亞[8]對離散小波變換系數(shù)上直接嵌入水印的算法進(jìn)行改進(jìn),提出了一種基于閾值分類和果蠅優(yōu)化算法的小波域水印算法,較好地實(shí)現(xiàn)了水印不可見性和魯棒性,并以局部數(shù)字水印為研究的出發(fā)點(diǎn),提出了一種基于尺度不變特征變換(Scale Invariant Feature Transform,SIFT)特征點(diǎn)和奇異值分解的小波域水印算法,該算法對常見攻擊均具有較好的抵抗線,且含有水印圖像視覺效果良好,達(dá)到了不可見性與魯棒性的良好平衡．石熙[9]根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)與安全需求,結(jié)合數(shù)字圖像水印技術(shù),研究了傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于脆弱水印的認(rèn)證方案與基于魯棒性水印的版權(quán)保護(hù)方案,以較小開銷實(shí)現(xiàn)了認(rèn)證和版權(quán)保護(hù)，尤其適合資源高度受限的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境．

現(xiàn)有數(shù)字水印研究成果中大多要求接收端解調(diào)出原始信號,而日常監(jiān)測中難以做到,其通用性和適用性較差．雖然CN 102780502 A國家發(fā)明專利[10]公開了一種為無線電臺施加水印的方法,不需要解調(diào)原始信息,但為了不影響原始信號解調(diào),發(fā)射振蕩器相位變化不能太大,接收端對細(xì)微特征的捕捉很困難,接收機(jī)實(shí)現(xiàn)難度大．張余等人[11]提出了一種基于相關(guān)標(biāo)識符的頻譜水印嵌入與提取方法,該方法能夠在不對原始信號正常解調(diào)產(chǎn)生有害干擾的條件下,有效提取頻譜水印,且不需解調(diào)原始信號,但是為減少頻譜水印嵌入對原始信號正常解調(diào)的有害干擾,相關(guān)標(biāo)識符的嵌入必須知道基帶信號幀結(jié)構(gòu),對原無線電系統(tǒng)的修改相對較大.因此,本文提出了一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的頻譜水印嵌入與提取方法,該方法利用碼片速率高、碼長長的擴(kuò)頻碼去調(diào)制低速的頻譜水印,頻譜水印以噪聲形式隱藏在無線信號中,對其接收與解調(diào)影響較小;利用周期性嵌入頻譜水印方式,可通過多次提取頻譜水印來實(shí)施綜合融合判決,有效提高頻譜水印的魯棒性,同時(shí)利用USRP搭建了基于擴(kuò)頻技術(shù)的頻譜水印嵌入與提取的演示驗(yàn)證平臺,有效地驗(yàn)證了所提方法的有效性．

1 基于擴(kuò)頻調(diào)制的頻譜水印嵌入

基于擴(kuò)頻調(diào)制的頻譜水印嵌入的基本思想是在發(fā)射端利用高速的擴(kuò)頻碼去調(diào)制低速、帶寬極窄的頻譜水印,將其擴(kuò)展為與原無線信號帶寬相當(dāng)?shù)摹皩拵А鳖l譜水印,其信號帶寬得到大幅延擴(kuò),信號強(qiáng)度大幅下降,然后利用加性準(zhǔn)則將信號強(qiáng)度很弱的頻譜水印信號加載到無線信號中去,在確保不影響無線信號正常傳輸?shù)耐瑫r(shí),將標(biāo)識無線電系統(tǒng)身份的頻譜水印隱蔽地傳遞出去．圖1給出了基于擴(kuò)頻技術(shù)的頻譜水印嵌入方法的實(shí)現(xiàn)過程,主要包括頻譜水印生成和頻譜水印嵌入等過程．

圖1 基于擴(kuò)頻調(diào)制的頻譜水印嵌入的實(shí)現(xiàn)過程

1.1 頻譜水印生成

頻譜水印生成主要包括頻譜水印設(shè)計(jì)、頻譜水印調(diào)制兩部分,其中頻譜水印設(shè)計(jì)必須考慮衡量頻譜水印性能的嵌入量、不可見性(即水印隱蔽性)和魯棒性等技術(shù)指標(biāo),嵌入量越大,不可見性越差,而魯棒性越好,因此,在設(shè)計(jì)頻譜水印時(shí)需要通過調(diào)整水印的嵌入量來實(shí)現(xiàn)不可見性和魯棒性間的均衡．然而影響頻譜水印嵌入量的主要因素有碼速率和碼長．為了確保頻譜水印不被無線電系統(tǒng)射頻濾波器濾掉,擴(kuò)頻調(diào)制后的頻譜水印信號的帶寬不能大于信號帶寬且應(yīng)盡可能大．若頻譜水印速率過大,擴(kuò)頻增益相對較小,經(jīng)過擴(kuò)頻調(diào)制后的信號幅度減小比例較小,對無線信號的接收與解調(diào)影響較大;若頻譜水印速率過小,嵌入水印時(shí)間較長,檢測與提取周期長,則其適用性受到限制．

因此,為平衡不可見性與魯棒性兩個(gè)衡量頻譜水印性能的指標(biāo),擬對無線電系統(tǒng)進(jìn)行唯一編號,將其作為標(biāo)識其身份信息的頻譜水印,并用數(shù)據(jù)表的形式進(jìn)行一一對應(yīng),其編號形式可根據(jù)需標(biāo)識系統(tǒng)的規(guī)模和類型進(jìn)行確定,本文利用M比特二進(jìn)制序列的編號信息來標(biāo)識2M個(gè)無線電系統(tǒng)．如:用12 bits二進(jìn)制序列來表示編號為ED3的電臺A,其頻譜水印序列可表示為111011110011．

假設(shè)頻譜水印信號序列為w(m),1≤m≤M,取值為0或1,比特速率為Rw,傳輸帶寬為Bw,對其進(jìn)行加密處理后得到加密后的信號表示為v(m),1≤m≤M,取值為0或1,對其進(jìn)行數(shù)字調(diào)制得到基帶調(diào)制水印信號u(m),1≤m≤M．這里水印加密算法不是此文的重點(diǎn),密鑰分發(fā)采用傳統(tǒng)方式,通過保密信道發(fā)送給頻譜水印提取端．

利用碼長為pl(pl?1)、速率為Rc=Rwpl的高速擴(kuò)頻碼對基帶調(diào)制水印信號進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制．由直擴(kuò)技術(shù)性質(zhì)可知,擴(kuò)頻調(diào)制后頻譜水印的傳輸帶寬被延展為plBw．在完成擴(kuò)頻調(diào)制后,頻譜水印經(jīng)過脈沖成型濾波器完成脈沖成型．根據(jù)功率譜定義與性質(zhì)可知,未經(jīng)擴(kuò)頻調(diào)制的頻譜水印經(jīng)脈沖成型后的功率譜密度可表示為

2αcos(2πfTw)).

(1)

式中：0≤α≤1;Aw為脈沖成型波形的最大幅值;Tw=1/Rw為頻譜水印在擴(kuò)頻調(diào)制前的碼元持續(xù)時(shí)間;α為升余弦函數(shù)的滾降系數(shù)．?dāng)U頻調(diào)制后的頻譜水印信號經(jīng)脈沖成型后的功率譜密度可表示為

2αcos(2πfTc)).

(2)

式中：Tc為擴(kuò)頻碼碼片周期,Tc=1/(Rwpl)．比較式(1)和(2)可知,擴(kuò)頻調(diào)制后頻譜水印信號的功率譜密度的幅度降低為擴(kuò)頻調(diào)制前的1/pl,而經(jīng)過脈沖成型后頻譜水印信號帶寬為plRw(1+α),擴(kuò)展為原來的pl倍．

為確保頻譜水印在經(jīng)過發(fā)射端低通濾波后不被濾掉,在設(shè)計(jì)擴(kuò)頻碼周期時(shí)應(yīng)當(dāng)確保信號傳輸帶寬等于或接近于信道帶寬BC,即:

BC≥plRw(1+α).

(3)

對擴(kuò)頻調(diào)制后的頻譜水印進(jìn)行載波調(diào)制得到的頻譜水印中頻信號wm(t)可表示為

wm(t)=q(t)cos(2πfct+θ(t)).

(4)

式中：fc為載波頻率;θ(t)為本地振蕩器的相位抖動．

1.2 頻譜水印嵌入

假設(shè)原信號經(jīng)載波調(diào)制后可表示為

(5)

式中：Tb為碼元寬度;a(n)為經(jīng)過基帶調(diào)制后的信號序列,其功率譜密度函數(shù)可表示為

2αcos(2πfTb)),

(6)

gb(t)為脈沖成型波形,通常選用升余弦函數(shù),即:

(7)

式中,Ab為脈沖成型波形的最大幅值．

常見的水印嵌入準(zhǔn)則主要有加性準(zhǔn)則[12]、乘性準(zhǔn)則[12-13]、指數(shù)準(zhǔn)則[12]．對于乘性準(zhǔn)則和指數(shù)準(zhǔn)則,若不解調(diào)原信號,難以采用現(xiàn)有技術(shù)來正確提取頻譜水印;若解調(diào)原信號,將增加提取頻譜水印的實(shí)現(xiàn)難度及復(fù)雜度,且通用性受限;對于加性準(zhǔn)則,在不解調(diào)原信號的條件下,可以通過現(xiàn)有技術(shù)來提高頻譜水印提取正確率．因此,綜合考慮頻譜水印提取的實(shí)現(xiàn)難度與原信號對頻譜水印的影響,擬采用加性準(zhǔn)則來嵌入頻譜水?。?/p>

利用加性原則將頻譜水印加載至原信號后,獲得的含有頻譜水印的無線電信號x(t)可表示為

x(t)=s(t)+wm(t).

(8)

將頻譜水印的嵌入因子定義為

β=Aw/Ab.

(9)

根據(jù)功率譜和傅里葉變換的性質(zhì)可知,含有頻譜水印的無線電信號功率譜密度可表示為

Sq(fc+f)+Sq(fc-f)).

(10)

(11)

為確保原信號和頻譜水印不被濾掉,且能充分利用頻譜資源,原信號的帶寬和頻譜水印的帶寬都應(yīng)小于且接近于信道帶寬BC,即有Rb(1+α)≈Rc(1+α)≤BC.只有滿足Aw?Ab時(shí),頻譜水印的嵌入對原信號的解調(diào)產(chǎn)生較小的影響．

2 頻譜水印檢測與提取

根據(jù)解調(diào)原理,頻譜水印檢測與提取主要包括PN碼同步、頻譜水印信號解擴(kuò)、載波同步與頻譜水印解調(diào),如圖2所示．

圖2 頻譜水印檢測與提取的實(shí)現(xiàn)過程

設(shè)頻譜水印檢測與提取端收到的射頻信號經(jīng)過接收單元、下變頻后獲得的中頻信號r(t)為

r(t)=s(t)+wm(t)+n(t).

(12)

式中,n(t)為加性高斯白噪聲．

頻譜水印提取端首先通過捕獲PN碼來完成粗同步,從而使得頻譜水印發(fā)射端和接收端的PN碼的相位相差保持在半個(gè)碼元內(nèi),同時(shí)頻譜水印提取端可根據(jù)接收信號與本地PN碼的相關(guān)峰來判斷是否存在頻譜水?。诔晒Σ东@PN碼后,同步系統(tǒng)將進(jìn)入跟蹤階段,通過調(diào)整本地PN碼的相位來實(shí)現(xiàn)PN碼的細(xì)同步．在此分別選用數(shù)字匹配濾波器和超前滯后鎖相環(huán)來實(shí)現(xiàn)PN碼粗同步和細(xì)同步．

對接收到的中頻信號r(t)實(shí)施擴(kuò)頻碼同步后,利用已同步上的擴(kuò)頻碼p′(t)對接收到的中頻信號進(jìn)行相乘運(yùn)算,可得

r(t)p′(t)=q(t)p(t)p′(t)cos(2πfct+

θ(t))+n″(t) .

(13)

g(t-nTw);n″(t)=s(t)p′(t)+n(t)p′(t)．

由于偽碼具有自相關(guān)性強(qiáng)、互相關(guān)性差的特性,所以 p(t)p′(t)≈1成立,因此,式(13)的第一部分信號可表示為

rw(t)≈q(t)cos(2πfct+θ(t)).

(14)

3 仿真分析

為驗(yàn)證算法的性能,在此對頻譜水印的嵌入品質(zhì)和頻譜水印提取錯(cuò)誤概率等指標(biāo)進(jìn)行仿真分析．其中,嵌入品質(zhì)用于衡量頻譜水印嵌入后對原始信號的影響程度(水印不可見性描述方法之一),定義為原信號與經(jīng)擴(kuò)頻調(diào)制后頻譜水印的功率比;頻譜水印提取錯(cuò)誤概率用于衡量頻譜水印魯棒性,定位為頻譜水印提取錯(cuò)誤次數(shù)與總次數(shù)的比值．

仿真實(shí)驗(yàn)中使用的頻譜信號的比特速率為15.345 kbps,載波頻率為50 kHz(近似零中頻),脈沖成型波形采用的升余弦函數(shù),其衰減因子為0.5,信道帶寬為30 kHz,頻譜水印用12比特的二進(jìn)制標(biāo)識,其信息速率為12 bps,采用碼長為1 023的m序列作為頻譜水印的擴(kuò)頻碼,脈沖成型波形采用的升余弦函數(shù),其衰減因子為0.8,采用速率為368.28 kHz．

圖3給出了嵌入因子對頻譜水印不可見性的影響曲線．從圖3(a)中可看出,隨著嵌入因子的增大,其嵌入品質(zhì)隨之衰減,頻譜水印的嵌入對原信號的接收與解調(diào)的影響越來越大;當(dāng)嵌入因子大于0.09時(shí),嵌入品質(zhì)已小于20 dB,原信號受頻譜水印影響較大,原信號接收端難以正確解調(diào)提取信息．

由圖3(b)可知,隨著嵌入因子的增大,即水印的嵌入強(qiáng)度越大,原信號的誤碼率越高,且其誤碼率變化率越來越大,即嵌入因子較大時(shí),嵌入因子的細(xì)微變化將導(dǎo)致原信號的誤碼率快速下降．

為分析嵌入因子對頻譜水印提取性能的影響,圖4給出了頻譜水印提取性能曲線．圖4(a)顯示,當(dāng)累積5次時(shí),嵌入因子大于0.021 9時(shí),頻譜水印誤提取率已接近為0;當(dāng)累積10次時(shí),嵌入因子在大于0.015 6時(shí),頻譜水印誤提取率就已接近0了,由此可知,累積次數(shù)越大,能正確提取頻譜水印所要求的嵌入量越小,對原信號的接收和解調(diào)影響越?。?/p>

(a) 嵌入因子對嵌入品質(zhì)的影響

(b) 信噪比為6 dB時(shí)，嵌入因子對原信號接收誤碼率的影響圖3 嵌入因子對頻譜水印不可見性的影響

(a) 信噪比為6 dB時(shí)，嵌入因子對頻譜水印提取性能的影響

(b) 嵌入因子為0.021 9時(shí)，信噪比對頻譜水印提取性能的影響圖4 頻譜水印提取性能曲線

由圖4(b)可知,當(dāng)累積次數(shù)為5次時(shí),在信噪比大于-2 dB時(shí),頻譜水印檢測與提取端能夠正確提取頻譜水印;而累積次數(shù)為10次時(shí),在信噪比大于-8 dB時(shí)就能完全正確地提取出頻譜水印,因此,累積次數(shù)對頻譜水印的提取性能有較大影響,但這種影響的變化將隨著累積次數(shù)的增加而減?。?/p>

由以上分析可知,嵌入因子越大,頻譜水印誤檢率越低,原信號誤碼率越高,頻譜水印誤檢率與原信號的誤碼率是一個(gè)矛盾．因此,在設(shè)計(jì)頻譜水印時(shí),應(yīng)當(dāng)在確保接收端能夠正確提取頻譜水印的條件下,盡量減少頻譜水印的嵌入因子,從而減少對原信號的影響．

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺搭建與分析

為驗(yàn)證基于擴(kuò)頻技術(shù)的頻譜水印嵌入與提取的基本原理和可行性,在此利用USRP平臺在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)搭建了基于擴(kuò)頻技術(shù)的頻譜水印嵌入與提取方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺,如圖5所示,該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺利用3套USRP平臺來模擬正常通信節(jié)點(diǎn)和頻譜水印檢測與提取節(jié)點(diǎn),其中,節(jié)點(diǎn)A為通信信號發(fā)送與頻譜水印嵌入節(jié)點(diǎn),具備通信信號的設(shè)計(jì)與生成、頻譜水印生成與嵌入以及信號調(diào)制、濾波、上變頻和發(fā)射等功能;節(jié)點(diǎn)B為通信信號接收節(jié)點(diǎn),具備通信信號的接收與解調(diào);節(jié)點(diǎn)C為頻譜水印檢測與提取節(jié)點(diǎn),具備信號接收、頻譜水印檢測與提取等功能．

圖5 頻譜水印技術(shù)演示方案

為更加形象地呈現(xiàn)頻譜水印嵌入與提取過程,在此利用Matlab Gui可視化編程軟件開發(fā)了頻譜水印嵌入控制、頻譜水印檢測與提取和通信信號接收模塊,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,如圖6至圖8所示．

在此實(shí)驗(yàn)中,通信信號的比特速率為20 kbps,頻譜水印的比特速率為18 bps,采用的擴(kuò)頻碼的碼長為1 023,碼片速率為20 kbps,USRP的工作頻率為170 MHz,通信信號發(fā)射端重復(fù)發(fā)送“Hello Word 000”、“Hello Word 001”、…、“Hello Word 026”;頻譜水印用“3 404”八進(jìn)制編號表示,并在“嵌入水印”單選按鈕的控制下在嵌入水印和不嵌入水印間切換．由圖7可知,頻譜水印檢測與接收端接收到的信號的頻譜圖與發(fā)射端基本一致,當(dāng)監(jiān)測接收到的信號的相關(guān)值大于一個(gè)門限值時(shí),接收信號的PN碼與本地PN碼實(shí)現(xiàn)同步,同時(shí)檢測到頻譜水印信號,并在接收信號累積一段時(shí)間后,能夠正確提取出頻譜水印序列,與發(fā)射端一致．同時(shí)由圖8可知,頻譜水印的嵌入對通信信號的接收與解調(diào)影響不大．

為進(jìn)一步評估頻譜水印提取的性能,在上文對提出方法仿真分析的基礎(chǔ)上,利用搭建的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)評估,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示,其中,頻譜水印的比特速率均為18 bps,采用的擴(kuò)頻碼的碼長均為1 023,碼片速率均與通信信號比特速率相同,通信信號發(fā)射端均重復(fù)發(fā)送“Hello Word 000”、“Hello Word 001”、…、“Hello Word 026”等信息．

圖6 頻譜水印嵌入模塊可視化界面

圖7 頻譜水印檢測與提取模塊可視化界面

圖8 通信信號接收模塊可視化界面

序號實(shí)驗(yàn)對象頻譜水印信號比特速率/kbps工作頻率/MHz嵌入信噪比均值實(shí)驗(yàn)次數(shù)正確提取次數(shù)正確提取率/%1設(shè)備134042017020.0410096962設(shè)備234052516020.610098983設(shè)備33406302002110098984設(shè)備434072080020.051009595

從表1可以看出,提出的頻譜水印嵌入與提取方法能夠在確保通信信號正確解調(diào)條件下正確有效地提取出頻譜水?。?/p>

5 結(jié) 論

針對無線電設(shè)備身份識別問題,研究提出了一種基于擴(kuò)頻的頻譜水印嵌入與提取方法,該方法利用碼片速率高、碼長長的擴(kuò)頻碼去調(diào)制低速頻譜水印,不但降低了頻譜水印檢測難度,還提高了其不可見性;在頻譜水印提取端通過多次提取頻譜水印來實(shí)施綜合融合判決,有效提高頻譜水印的魯棒性．理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)證明:提出的方法能夠在不影響原始頻譜信號質(zhì)量的基礎(chǔ)上,正確地提取頻譜水?。辞度胍蜃釉?.021 9至0.09范圍內(nèi),提出的方法能夠保證其嵌入頻譜水印后的信噪比大于20 dB,且當(dāng)累積次數(shù)為10次時(shí),提出的方法能夠在信道信噪比大于-8 dB時(shí)完全正確提取出頻譜水印,頻譜水印具有一定的魯棒性．此外,利用USRP平臺搭建了基于擴(kuò)頻的頻譜水印嵌入與提取原理驗(yàn)證平臺,并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了提出方法的有效性．因此,本文研究成果可為有效標(biāo)識和識別無線電設(shè)備提供技術(shù)手段．

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Research and implement of spectrum watermark embedding and extracting method based on spread spectrum

ZHANG Yu XU Jinyong LIU Yongxiang CHEN Yong LIU Zhongying

(NanjingTelecommunicationTechnologyInstitute,Nanjing210007,China)

To effectively identify the radio system, this paper presents a spectrum watermark embedding and extracting method based on the spread spectrum.The spectrum watermark identifying the radio equipment is modulated by the spread spectrum code with high code rate and long code length at the transmitting terminal, and is periodically embedded in the communication signals based on the additive rule.The received intermediate frequency communication signal is divided into N segments at the receiving terminal.The spectrum watermark can be obtained by the fusion decision based on the demodulation of these segmented signals.The experiment system testing the proposed method is built based on the USRP platform.Theory analysis and experiment results show that the proposed method can effectively extract the spectrum watermark with no harmful inference to normal demodulation of the communication signal, and there is no need to demodulate the communication signal.The proposed method can effectively reduce the complexity of spectrum watermark extraction which provides a technique support for effectively identifying and ascertaining the radio system.

spectrum watermark;spread spectrum;spectrum watermark embedding;spectrum watermark extracting;USRP platform

張余, 許金勇, 柳永祥, 等.基于擴(kuò)頻的頻譜水印嵌入與提取方法研究及實(shí)現(xiàn)[J].電波科學(xué)學(xué)報(bào),2016,31(5):920-926.

10.13443/j.cjrs.2016022401

ZHANG Y, XU J Y, LIU Y X, et al.Research and implement of spectrum watermark embedding and extracting method based on spread spectrum[J].Chinese journal of radio science,2016,31(5):920-926.(in Chinese).DOI:10.13443/j.cjrs.2016022401

2016-02-24

國家自然科學(xué)基金(No.61102092；61471395)

TN014

A

1005-0388(2016)05-0920-07

張余 (1983-),男,四川人,南京電訊技術(shù)研究所工程師,碩士,主要從事電磁頻譜技術(shù)方向的研究.

許金勇 (1976-),男,江西人,南京電訊技術(shù)研究所工程師,博士,主要從事電磁頻譜技術(shù)方向的研究.

柳永祥 (1974-),男,湖北人,南京電訊技術(shù)研究所高級工程師,碩士,主要從事電磁頻譜技術(shù)方向的研究.

聯(lián)系人：張余 E-mail：zhyu63@163.com