[发明专利]一种在多载波调制中基于声波相消干涉的物理层安全通信方法

说明书

本发明公开了一种在多载波调制中基于声波相消干涉的物理层安全通信方法，包括：构建由两个固定声源在平面内产生的等相位差的点构成的轨迹方程，并化成双曲线的标准方程，确定声波相消干涉双曲线的个数；利用波程差∈定义通信安全区域；固定波程差∈，确认子载波的频率分配；固定子载波间隔分析波程差∈的分布；利用子载波的频率和波程差分布特点分析相消干涉区域内信号泄露的功率，通过在接收端加入人工噪声掩盖发送端经过相消干涉后在安全区域内泄露的信号功率，接收端从接收信号中去除人工噪声后解调出信号，窃听者对人工噪声未知，无法去除噪声获取信号。本发明基于多载波调制，根据声波相消的干涉原理构造通信安全区域，提高数据传输安全性。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，更具体地，涉及一种在多载波调制中基于声波相消干涉的物理层安全通信方法。

背景技术

近年来随着声波近场通信技术(Acoustic Near Field Communication，A-NFC)的发展，在移动支付、设备连接、智能家居等领域得到了迅速的普及和应用。声波近场通信技术可以进行小数据量的数据通信，例如传输支付用户ID、设备握手连接等，可以取代部分二维码的应用。声波近场通信技术无需像二维码那样要进行打开App扫码、摄像头对焦等繁琐操作，也客服了二维码在被人为损坏之后无法进行扫码的致命缺点。

目前市场上应用的声波NFC技术并没有数据传输安全方面的考虑，所传输的数据都是不需要加密的信息，如链接、用户ID等。这极大地限制了声波NFC 的应用场景。

受到麦克风和扬声器硬件特性的限制，声波近场通信可用的带宽很小，实时性要求高，因此基于传统秘钥加密的方法并不适用。随着近几年智能终端越来越多的使用双扬声器，本发明提出一种基于声波相消干涉的物理层安全通信方法：它基于多载波调制，利用两个扬声器同时发送相同的信号，根据声波的相消干涉原理，通过设计子载波的频率间隔，使得相消干涉区域在空间内无缝拼接，从而使得窃听者在自由空间中的任意一点总是有一些子载波收不到，进而无法获取有效信息，实现了数据的安全传输。

发明内容

本发明为克服上述现有的声波近场通信中数据传输安全性不足的缺陷，提供一种方法。

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种在多载波调制中基于声波相消干涉的物理层安全通信方法，所述方法包括：

S1：构建由两个固定声源在平面内产生的等相位差的点构成的轨迹方程，根据声波相消干涉的定义将轨迹方程化成双曲线的标准方程，同时确定声波相消干涉双曲线的个数；

S2：在相消干涉双曲线中利用设定的波程差∈定义通信安全区域；

S3：固定波程差∈，确认相消干涉双曲线中子载波的频率分配；

S4：固定相消干涉双曲线中子载波间隔分析波程差∈的分布；

S5：利用步骤S3和步骤S4的子载波分布的频率分布特点和波程差分布特点分析相消干涉区域内信号泄露的功率，通过在发送信号中加入人工噪声掩盖泄露的信号功率，接收端从接收信号中去除已知的人工噪声后解调出信号。

进一步地，所述两个固定声源在平面内产生的等相位差的点构成的轨迹方程如下：

其中，c为两个固定声源在X轴上的坐标，λ为波长，v₀为声波在空气中传播的速度340m/s，f为当前载波的频率，k为实数，表示波程差因子，k取奇数的时候为干涉相消，k取偶数的时候为干涉相涨；

所述双曲线的标准方程如下：

其中，