一种用于文本语义通信的隐蔽传输方法

本发明涉及无线通信，具体涉及一种用于文本语义通信的隐蔽传输方法。

背景技术：

1、随着信息技术的爆炸性发展和众多智能应用的出现，对无线通信技术的需求激增。在快速发展的编码和调制方案下，传统基于香农理论的通信范式正接近香农极限。为了解决技术难点和理论瓶颈，近年来研究人员提出并推动了语义通信的发展。语义通信在应对当今通信挑战方面具有显著优势。与传统基于比特的通信范式相比，语义通信专注于传递源信息的语义含义，从而实现更为高效的数据传输和处理。

2、然而，由于无线通信的广播性质，实现安全的语义通信是一个重大的挑战。传统的信息加密技术和物理层安全技术都无法完全解决隐私问题，因为窃听者可以通过分析窃听的流量数据获取关键的加密信息。因此，学者们提出了隐蔽通信这一概念。隐蔽通信可以实现通信双方的秘密信息传输，并且防止通信信号被恶意窃听者发现。隐蔽通信技术是一种重要的技术，可以满足那些在安全性和可靠性方面有特殊要求的用户群体的需求，如政府机构、军事机构、金融机构等。

3、随着无线通信技术的发展，频谱资源变得越来越紧张。语义通信技术可以在提高频谱利用效率的同时，满足用户体验需求。同时，隐蔽通信能够更安全地在无线环境中传输信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述背景存在问题，提供一种用于文本语义通信的隐蔽传输方法，该方法能够在不被监听者发现的情况下，实现发射机与接收机之间的语义通信，同时提高系统的频谱利用率。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于文本语义通信的隐蔽传输方法，包括如下步骤：

3、步骤s1、根据应用的无线隐蔽通信场景构建相应的通信模型，描述其接收信号表达式以及语义频谱效率表达式；

4、步骤s2、根据无线隐蔽通信场景构建监听者的信号检测模型，描述检测错误概率表达式以及隐蔽约束表达式；

5、步骤s3、通过优化发射机的发射功率、接收机的人工噪声发射功率以及语义通信模型中每单词映射的符号数量，实现语义频谱效率的最大化。

6、在本发明一实施例中，所述无线隐蔽通信场景为：发射机向接收机发送机密信息，监听者试图根据接收的信号判断发射机是否发送机密信息，接收机以预定功率发送人工噪声干扰监听者的检测；所述发射机配备单根发射天线；所述监听者配备单根接收天线；所述接收机工作在全双工模式，同时配备单根发射天线和单根接收天线。所述发射机的编码器和接收机的解码器基于共同的背景知识库训练；通信时，发射机将机密信息编码为语义符号进行传输，接收机通过解码器恢复机密消息；所述机密信息是文本形式。

7、在本发明一实施例中，在步骤s1中，构建的通信模型表示为

8、

9、其中，yb[i]为接收机在第i个信道使用接收的信号，xa[i]和xan[i]分别为发射机发射的信号和接收机发射的人工噪声信号，且满足其中表示期望运算，|·|表示取模运算，pa和pb分别为发射机的发射功率和接收机发射的人工噪声功率，φ为接收机的自干扰消除系数，nb[i]为接收机处的加性高斯白噪声，其服从均值为0，方差为σb2的复高斯分布，即接收机处的信干噪比表示为

10、

11、语义模型传输语义的准确性用语义相似度表示为

12、

13、其中，s和分别表示原始信息和恢复信息，b(·)表示用于提取语义信息的预训练模型bert，‖·‖表示求向量的二范数；的具体表达式，使用逻辑函数拟合为

14、

15、其中，ak,1,ak,2,ak,3,ak,4为拟合的参数；

16、基于语义相似度，接收机处的语义频谱效率表示为

17、

18、其中，i表示发射机发送的信息中包含的语义信息量，k表示语义通信模型中每个单词映射的符号数量，l表示发送信息中的单词总数。

19、在本发明一实施例中，在步骤s2中，构建的信号检测模型表示为

20、

21、其中，nw[i]为监听者处的加性高斯白噪声，其服从均值为0，方差为σw2的复高斯分布，即表示发射机没有向接收机发送信息，表示发射机向接收机发送信息；

22、判断发射机是否发送信息对监听者来说是一个二元检测问题，监听者判断发射机没有发送信息时表示为判断发送表示为监听者的判断存在两种错误的情况：发射机发送信息而监听者判断没有发送，称为漏检；发射机没发信息而监听者判断发送，称为虚警；监听者的总错误概率ξ用漏检率和虚警率表示，即

23、监听者的检测错误概率的下界用kl散度表示

24、

25、其中，和分别表示为监听者的接收信号在和下的似然函数，表示从到的kl散度，表示为

26、

27、其中，n表示发射机发送的信息被映射成n个语义符号，为方便分析，使用监听者的总检测概率错误的下界作为隐蔽约束，即其中隐蔽系数∈是一个任意小的值。

28、在本发明一实施例中，步骤s3中，语义频谱效率的最大化公式表示如下

29、

30、

31、s(k,γb)≥smin

32、k∈{1,2,...,kmax}

33、其中，smin表示最小语义相似度要求，kmax表示每个单词映射的最大符号数；语义频谱效率的最大化的优化问题通过分析语义频谱效率和约束的单调性，以及一维搜索方法求解。

34、本发明还提供了一种用于文本语义通信的隐蔽传输系统，包括存储器、处理器以及存储于存储器上并能够被处理器运行的计算机程序指令，当处理器运行该计算机程序指令时，能够实现如上述所述的方法步骤。

35、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够被处理器运行的计算机程序指令，当处理器运行该计算机程序指令时，能够实现如上述所述的方法步骤。

36、相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

37、(1)本发明考虑了一个用于文本语义通信的隐蔽传输系统，将文本信息通过语义通信模型编码为语义符号，减少了传输的数据量，提高了频谱利用效率。

38、(2)本发明考虑的隐蔽传输系统中，通过全双工的接收机发送人工噪声干扰监听者对信号的检测，能够更加有效地保证系统的安全性和可靠性。

39、(3)本发明考虑的隐蔽传输系统中，传统基于比特的通信性能指标已经不再适用，采用了语义频谱效率来评估语义信息的传输性能。

技术特征：

1.一种用于文本语义通信的隐蔽传输方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于文本语义通信的隐蔽传输方法，其特征在于，所述无线隐蔽通信场景为：发射机向接收机发送机密信息，监听者试图根据接收的信号判断发射机是否发送机密信息，接收机以预定功率发送人工噪声干扰监听者的检测；所述发射机配备单根发射天线；所述监听者配备单根接收天线；所述接收机工作在全双工模式，同时配备单根发射天线和单根接收天线。

3.根据权利要求2所述的一种用于文本语义通信的隐蔽传输方法，其特征在于，在步骤s1中，构建的通信模型表示为

4.根据权利要求3所述的一种用于文本语义通信的隐蔽传输方法，其特征在于，在步骤s2中，构建的信号检测模型表示为

5.根据权利要求4所述的一种用于文本语义通信的隐蔽传输方法，其特征在于，步骤s3中，语义频谱效率的最大化公式表示如下

6.根据权利要求2所述的一种用于文本语义通信的隐蔽传输方法，其特征在于，所述发射机的编码器和接收机的解码器基于共同的背景知识库训练。

7.根据权利要求6所述的一种用于文本语义通信的隐蔽传输方法，其特征在于，通信时，发射机将机密信息编码为语义符号进行传输，接收机通过解码器恢复机密消息。

8.根据权利要求7所述的一种用于文本语义通信的隐蔽传输方法，其特征在于，所述机密信息是文本形式。

9.一种用于文本语义通信的隐蔽传输系统，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储于存储器上并能够被处理器运行的计算机程序指令，当处理器运行该计算机程序指令时，能够实现如权利要求1-8任一所述的方法步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有能够被处理器运行的计算机程序指令，当处理器运行该计算机程序指令时，能够实现如权利要求1-8任一所述的方法步骤。

技术总结本发明涉及一种用于文本语义通信的隐蔽传输方法。包括：步骤S1、根据应用场景构建相应的通信模型，描述其接收信号表达式以及语义频谱效率表达式；步骤S2、根据应用场景构建监听者的信号检测模型，描述检测错误概率表达式以及隐蔽约束表达式；步骤S3、通过优化发射机的发射功率、接收机的人工噪声发射功率以及语义通信模型中每单词映射的符号数量，实现语义频谱效率的最大化。本发明通过联合优化发射功率、人工噪声功率以及语义通信模型中每个单词映射的符号数量，从而实现对语义频谱效率的最大化。这一技术有效确保了系统的安全性和可靠性，提高了频谱效率。技术研发人员：胡锦松,叶龙杰,周怡婷,王涛,陈由甲,王俊,冯心欣,郑海峰,赵铁松受保护的技术使用者：福州大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25