MSK信号背景下的水印信息传输算法研究

摘要

近年来，物理层安全技术引起研究者的关注，着眼于信息隐藏的物理层水印受到重视。信息隐蔽传输技术一直是研究的热门课题，但是大多数研究的载体是多媒体数字信号，即数字水印技术。本文则将研究的对象转移到射频信号上，主要研究射频信号中的隐蔽信息传输技术，称之为物理层水印或者射频水印。而最小频移键控（Minimum Shift Keying,MSK）调制信号具有相位连续、信号包络恒定、频谱利用率高、带宽小和抗干扰能力强等突出优点，使其在民用和军用通信领域中均得到了广泛应用。因而研究基于MSK信号背景下的水印传输算法，具有十分重大的意义。 本文主要研究MSK信号背景下水印信息的传输方案，将水印信息隐藏于发射端MSK调制信号中，然后于接收端提取水印信号和解调原始MSK信号。本文提出水印嵌入模型，借用水印叠加原理，采用乘性模型便可实现MSK载体信号和水印信号相位上的叠加。文章详细阐述两种水印方案的水印生成算法、嵌入算法和提取算法。为保证水印提取和载体解调过程相互不影响，本文设计合适的水印提取算法，并推导满足以上条件的水印信号频率，也称为正交频率。然后定量分析影响系统性能的两个指标：隐蔽性和可靠性。隐蔽性通过载体信号的误码率衡量，而可靠性则通过水印信号的误码率衡量。通过推导这两个误码率公式和仿真分析，研究影响误码率的主要参数，得出结论：水印的嵌入对原始系统的误码率影响较小，即水印系统的隐蔽性较好；隐蔽性和可靠性是相互制约关系，隐蔽性随着水印强度的增加而减小，可靠性反之；隐蔽性和可靠性与系统的信噪比成反比，且可靠性随着水印嵌入比的增加而增加。另外，本文通过仿真分析信号的功率密度谱定性研究系统的安全性，发现可以通过扩频码和改变水印信号的频率参数提高系统的安全性。 最后利用硬件平台NI USRP2920和软件平台NI LabVIEW，建立MSK信号背景下的水印系统，测试影响系统性能的关键参数，主要包括水印强度、水印嵌入比、水印信号频率等，实践与预期相符。在实践应用中，应根据实际场景对系统性能的需求，综合考虑影响系统性能参数，合理配置相关参数，优化系统性能。

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