[发明专利]面向4G通信的物理层数字水印方法

权利要求书

1.一种面向4G通信的物理层数字水印方法，用于对无线通信中数据的安全认证，其特征在于，包括发送方进行水印信息的嵌入和接收方进行水印信息的提取两个部分，具体步骤如下：

（1）发送方进行数字水印的嵌入：

发送方读取接收的导频信号，进行信道估计，获得信道估计值；

利用信道估计值和预先共享的密钥，用表示密钥函数，通过单向哈希函数对数据包中每个数据字段生成唯一关联的数字水印信息，表示为；

将得到的数字水印信息经过扩频处理得到标签信号；

将扩频后的标签信号利用内缩外扩的水印方法嵌入到载体信号中得到载密信号；

通过射频设备USRP将嵌入数字水印的载密信号变为射频信号并发送；

（2）接收方进行数字水印的提取：

接收方通过射频设备得到4G信号中嵌入数字水印的载密信号；

对嵌入数字水印的载密信号进行解扩处理，检测并提取出水印数据，得到水印信息；

对导频信号重新计算水印信息，表示为；

计算两个水印之间的相关系数；

根据相关系数判定水印是否存在；

其中，发送方将获得的导频数据，使用LS算法进行信道估计，具体为：

假设发射端参考信号的子载波信息为，接收端参考信号的子载波信息为，信道冲激响应矩阵为，噪声为，则它们之间的关系表示为：

令最小，信道响应的估计值可表示为：

根据最小二乘准则可进一步表示为

对上式求偏导，令偏导数为0，即

得到

因此，LS算法的信道响应矩阵可以表示为

。

2.根据权利要求1所述的面向4G通信的物理层数字水印方法，其特征在于，信道估计值的计算方法为：利用发送端的原始参考信号序列与经过信道后在接收端接收到的参考信号作对比分析，从而得到信道估计值。

3.根据权利要求1所述的面向4G通信的物理层数字水印方法，其特征在于，数字水印信息的生成方法为：

将得到的信道估计值进行一维展开得到一个包含n个数据的一维序列，水印信息的产生取决于信道估计量，用Hash表示一个密钥函数，将一维序列信道信息转化为一个固定长度的输出；通过采用这样的单向哈希函数对信道信息生成唯一关联的数字水印信息，表示为，其中为密钥。

4.根据权利要求1所述的面向4G通信的物理层数字水印方法，其特征在于，所述内缩外扩的水印方法具体为：

根据得到的水印数据，在载体信号的星座图中进行重映射，每个星座点嵌入1比特的水印信息；首先选中载体星座点，确定象限，根据水印信息的数据，将载体星座点重映射到两个载密星座点的其中之一，通过重映射将水印信息嵌入到了载体信号中。

5.根据权利要求1所述的面向4G通信的物理层数字水印方法，其特征在于，接收方通过共享的密钥信息得到载密信号中星座点的位置，对载密信号中的星座点进行水印的提取；然后将每个嵌入水印信息的载体星座点按照其相对于理想星座点的位置，提取出载密星座点中包含的1比特水印数据；从而得到载密星座点中的所有水印数据，将得到的水印数据进行重组得到完整的标签信息。