分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)的自糾錯(cuò)異步數(shù)字保密通信系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)的自糾錯(cuò)異步數(shù)字保密通信系統(tǒng)及方法；所述系統(tǒng)包括：用于在通信近端對(duì)原始數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼和調(diào)制，并生成混沌信號(hào)的信號(hào)發(fā)送端；用于信號(hào)發(fā)送端和信號(hào)接收端之間的信號(hào)傳輸?shù)墓残诺?；用于?duì)來(lái)自公共信道接收的混沌信號(hào)進(jìn)行解碼，生成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，并且對(duì)解碼后數(shù)字信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)錯(cuò)誤診斷和糾正的信號(hào)接收端；它利用異步傳輸方式提高系統(tǒng)的魯棒性及抗干擾性，并且對(duì)傳輸過(guò)程中發(fā)生的信號(hào)錯(cuò)誤具有高概率的實(shí)時(shí)檢測(cè)及自糾錯(cuò)功能；在安全性方面，使用分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)信號(hào)的強(qiáng)混沌性和高度非線性提升調(diào)制信號(hào)的保密性。具有高安全性、強(qiáng)魯棒性、可自糾錯(cuò)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)的自糾錯(cuò)異步數(shù)字保密通信系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)的自糾錯(cuò)異步數(shù)字保密通信系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 保密通信是將待傳遞的信息經(jīng)過(guò)某種方式調(diào)制加密后通過(guò)信道傳送給接收端，以 保證信息在信道傳遞過(guò)程中的安全性。根據(jù)原始信息性質(zhì)，分為模擬保密通信和數(shù)字保密 通信兩類?；煦缧盘?hào)所具有的遍歷性、非周期性、連續(xù)的寬帶頻譜和似噪聲等特性，使基于 混沌的保密通信研究成為信息安全領(lǐng)域一個(gè)熱點(diǎn)。
[0003] 自20世紀(jì)九十年代，0GY混沌控制法和P-C同步法提出后，基于混沌同步方式的 數(shù)字保密通信得到迅速發(fā)展，其中代表性為混沌鍵控（Chaos Shift Keying，CSK)數(shù)字保密 通信方案。其方案可描述如下：
[0004] 基于開關(guān)鍵控原理，使用驅(qū)動(dòng)脈沖切換調(diào)制，根據(jù)數(shù)字信號(hào)"0"和" 1"的傳輸情況 交替發(fā)射兩種不同混沌系統(tǒng)的脈沖信號(hào)，利用脈沖信號(hào)的間斷性實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)脈沖的單信道傳 輸；接收端同時(shí)采用這兩種系統(tǒng)作為響應(yīng)系統(tǒng)，通過(guò)兩列誤差脈沖信號(hào)大小的對(duì)比判斷在 某個(gè)時(shí)段內(nèi)所接收到的脈沖信號(hào)由哪個(gè)系統(tǒng)發(fā)出，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的恢復(fù)。
[0005] 假設(shè)s(t)為有用信號(hào)；l(t)為送入信道的信號(hào)；1' (t)為疊加了噪聲影響的信 號(hào)冰⑴和d2(t)分別為混沌系統(tǒng)I和II發(fā)出的驅(qū)動(dòng)脈沖.s(t) = 1時(shí)，l(t)=屯⑴； s(t) =0時(shí)，l(t) =d2(t).設(shè)每個(gè)s(t)占用傳輸時(shí)間為Τ·接收方以混沌系統(tǒng)I作為響 應(yīng)系統(tǒng)I，混沌系統(tǒng)II作為響應(yīng)系統(tǒng)II，同時(shí)對(duì)收到的脈沖進(jìn)行同步操作，并生成相應(yīng)的響 應(yīng)脈沖A (t)，r2 (t)，把每個(gè)時(shí)間T中后半段的脈沖誤差取絕對(duì)值相加，分別得到對(duì)應(yīng)每個(gè) s(t)的累計(jì)誤差EjPE2.當(dāng)E1>E2時(shí)，說(shuō)明收到的這部分驅(qū)動(dòng)脈沖來(lái)自混沌系統(tǒng)II，恢復(fù) 出鄧) = 0;當(dāng)Ei < E2時(shí)，說(shuō)明收到的這部分驅(qū)動(dòng)脈沖來(lái)自混沌系統(tǒng)I，恢復(fù)出你)=1·
[0006] 混沌鍵控方案最早由Dedieu等人提出[1]，隨后在文獻(xiàn)[2-4]等中經(jīng)過(guò)多次研究， 在安全性和系統(tǒng)魯棒性等多方面進(jìn)行改進(jìn)。但需要看到的是，局限于系統(tǒng)的同步設(shè)計(jì)架構(gòu) 和鍵控切換原理，系統(tǒng)存在如下幾方面問(wèn)題 ：
[0007] 1.通信雙方位于地理位置不同的兩端，信號(hào)通過(guò)中間信道傳遞，則必然會(huì)存在傳 輸時(shí)延及信道噪聲等實(shí)際問(wèn)題。而現(xiàn)有技術(shù)對(duì)混沌同步的外在環(huán)境要求較高，上述環(huán)境干 擾對(duì)發(fā)送端的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和接收端的響應(yīng)系統(tǒng)間同步會(huì)產(chǎn)生極大影響，甚至導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法 達(dá)到同步狀態(tài)。
[0008] 2.混沌鍵控原理是利用兩套混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的信號(hào)代替數(shù)字信號(hào)"0"和"1"。如果 選用的兩套混沌系統(tǒng)產(chǎn)生信號(hào)差別過(guò)大，容易受到攻擊；而當(dāng)信號(hào)差別很小，又可能導(dǎo)致接 收端無(wú)法判定和解碼。
[0009] 3.混沌鍵控方案需要兩套（多套）混沌系統(tǒng)，則必然導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和成 本增大。
[0010] 4.在實(shí)際信號(hào)傳輸中，不論通信方案設(shè)計(jì)的再完善，因?yàn)橥庠诟蓴_的存在，必然會(huì) 導(dǎo)致傳輸信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤?，F(xiàn)有數(shù)字保密通信算法及方案均是從提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的魯棒性入 手，減少信號(hào)傳輸錯(cuò)誤的發(fā)生概率，但無(wú)法針對(duì)已發(fā)生的傳輸錯(cuò)誤在接收端實(shí)時(shí)檢測(cè)及糾 正，限制了現(xiàn)有方案的實(shí)際應(yīng)用。
[0011] [l]Dedieu H, Kennedy Μ Ρ, Hasler Μ. Chaos shift keying:modulation and demodulation of a chaotic carrier using self-synchronizing chua, s circuit (混 沌鍵控：基于Chua電路自同步的混沌信號(hào)調(diào)制和解調(diào)）.IEEE Trans. Circuits Systems-II, 1993,40(10):634-642
[0012] [2]Yang H, Jiang G P. High-efficiency differential-chaos-shift-keying scheme for chaos-based noncoherent communication (高效差分混沛鍵控方案及其在 基于混沛的非連續(xù)通信上的應(yīng)用）· Circuits and Systems II:Express Briefs, IEEE Transactions on,2012, 59(5):312-316.
[0013] [3]Xu ff K, Wang L, Kolumban G. A novel differential chaos shift keying modulation scheme ( 一類新的差分混沛鍵控調(diào)制方案）· International journal of Bifurcation and chaos, 2011, 21(03):799-814.
[0014] [4] Kaddoum G, Gagnon F. Design of a high-data-rate differential chaos-shift keying system ( 一類高速率差分混沛鍵控系統(tǒng)設(shè)計(jì)）· Circuits and Systems II:Express Briefs, IEEE Transactions on,2012,59(7):448-452.


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提供一種分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)的自糾錯(cuò)異步 數(shù)字保密通信系統(tǒng)及方法，它利用異步傳輸方式提高系統(tǒng)的魯棒性及抗干擾性，并且對(duì)傳 輸過(guò)程中發(fā)生的信號(hào)錯(cuò)誤具有高概率的實(shí)時(shí)檢測(cè)及自糾錯(cuò)功能；在安全性方面，使用分?jǐn)?shù) 階復(fù)混沌系統(tǒng)信號(hào)的強(qiáng)混沌性和高度非線性提升調(diào)制信號(hào)的保密性。具有高安全性、強(qiáng)魯 棒性、可自糾錯(cuò)等優(yōu)點(diǎn)。
[0016] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0017] 分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)的自糾錯(cuò)異步數(shù)字保密通信系統(tǒng)，包括：
[0018] 用于在通信近端對(duì)原始數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼和調(diào)制，并生成混沌信號(hào)的信號(hào)發(fā)送 端；
[0019] 用于信號(hào)發(fā)送端和信號(hào)接收端之間的信號(hào)傳輸?shù)墓残诺溃?br> [0020] 用于對(duì)來(lái)自公共信道接收的混沌信號(hào)進(jìn)行解碼，生成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，并且對(duì)解 碼后數(shù)字信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)錯(cuò)誤診斷和糾正的信號(hào)接收端；
[0021] 所述信號(hào)接收端，包括用于在信號(hào)接收過(guò)程中，對(duì)于解碼后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí) 偵測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)信號(hào)錯(cuò)誤時(shí)，進(jìn)行自糾錯(cuò)的錯(cuò)誤診斷和糾錯(cuò)模塊；
[0022] 所述信號(hào)發(fā)送端，包括依次連接的混沌信號(hào)發(fā)生器、混沌信號(hào)增益調(diào)節(jié)模塊、混沌 信號(hào)調(diào)制模塊和信號(hào)疊加模塊，所述信號(hào)疊加模塊還接收原始信號(hào)初步處理模塊的信號(hào)。
[0023] 所述混沌信號(hào)發(fā)生器，采用分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)初步生成混沌信號(hào)；
[0024] 所述混沌信號(hào)增益調(diào)節(jié)模塊，用于對(duì)混沌信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的混沌信號(hào)幅度進(jìn)行調(diào) 整；
[0025] 所述混沌信號(hào)調(diào)制模塊，用于對(duì)已完成信號(hào)幅度調(diào)整后的混沌信號(hào)的正負(fù)，按照 調(diào)制規(guī)則做進(jìn)一步的調(diào)制；
[0026] 所述原始信號(hào)初步處理模塊，用于對(duì)待傳輸數(shù)字信號(hào)的值域進(jìn)行改變，具體是將 "0、1"轉(zhuǎn)變?yōu)?-1、1"；
[0027] 所述信號(hào)疊加模塊，用于對(duì)已完成信號(hào)調(diào)制后的混沌信號(hào)與調(diào)整后的待傳輸數(shù)字 信號(hào)進(jìn)行疊加；
[0028] 所述信號(hào)發(fā)送端，將經(jīng)過(guò)調(diào)制和疊加后生成的混沌信號(hào)替代原有"0、1"數(shù)字信號(hào) 在公開信道上傳輸。
[0029] 分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)的自糾錯(cuò)異步數(shù)字保密通信方法，包括如下步驟：
[0030] 步驟（1):預(yù)處理：
[0031] 步驟（1-1):對(duì)混沌信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的混沌信號(hào)幅度范圍進(jìn)行預(yù)設(shè)，根據(jù)需要 劃分為四個(gè)分段，并且每個(gè)分段分配一個(gè)索引；
[0032] 步驟（1-2):對(duì)原始數(shù)字信號(hào)的值域進(jìn)行改變，具體是將"0、1"轉(zhuǎn)變?yōu)椋?br> [0033] 步驟（2):信號(hào)調(diào)制：
[0034] 在信號(hào)發(fā)送端，通過(guò)混沌信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生混沌信號(hào)，相連的兩個(gè)混沌信號(hào)分為一 組，在后續(xù)調(diào)制過(guò)程中每次處理一組；
[0035] 利用步驟（1-2)的待傳輸數(shù)字信號(hào)確定分段索引，然后使用相應(yīng)分段對(duì)每一組混 沌信號(hào)進(jìn)行增益調(diào)節(jié)；
[0036] 進(jìn)而利用調(diào)制規(guī)則對(duì)完成增益調(diào)節(jié)后的一組信號(hào)進(jìn)行正負(fù)調(diào)制；
[0037] 進(jìn)行調(diào)制后的信號(hào)與經(jīng)過(guò)初步處理后的待傳輸信號(hào)進(jìn)行疊加，疊加之后的信號(hào)發(fā) 送給公共信道；在一組混沌信號(hào)完成調(diào)制并發(fā)送之后，立即對(duì)步驟（1-1)中產(chǎn)生的若干個(gè) 分段的索引進(jìn)行輪轉(zhuǎn)；
[0038] 步驟（3):信號(hào)解調(diào)：從公共信道接收到的混沌信號(hào)每?jī)蓚€(gè)分為一組，每次處理一 組。首先，將兩個(gè)信號(hào)絕對(duì)值相減，結(jié)果必然落入步驟（1-1)所劃分的某個(gè)分段中，從而得 到對(duì)應(yīng)的分段索引，記為索引A。然后利用接收每組兩個(gè)混沌信號(hào)的正負(fù)關(guān)系和解碼規(guī)則， 進(jìn)行解碼；
[0039] 步驟⑷：錯(cuò)誤偵測(cè)和糾錯(cuò)：利用步驟（3)解碼出的每組（一組為2個(gè)）數(shù)字信號(hào) 確定一個(gè)對(duì)應(yīng)的分段索引，記為索引B ;利用索引B和步驟（3)中得到的索引A進(jìn)行比較， 從而對(duì)傳輸信號(hào)可能發(fā)生的錯(cuò)誤進(jìn)行實(shí)時(shí)偵測(cè)和糾正。
[0040] 所述步驟（1-1)為：
[0041] 設(shè)狀態(tài)變量f i⑴的最大值記為M，則設(shè)定A = -M，E = Μ ;將區(qū)間[A，E]分成 四段，記為[Α，Β)，[B，C)，[C，D)，[D，Ε];其中，B，C，D e (Α，Ε)的值由發(fā)送端和接收端協(xié)商， 作為密鑰一部分；建立分段索引初值 SegmentOO = [A, B)，SegmentOl = [B, C)，SegmentlO =[(：，0)，和5681^1^11=0)3]，其中"00,01，10，11"均為二進(jìn)制，代表分段索引，其對(duì)應(yīng) 的十進(jìn)制為"〇，1，2,3"。
[0042] 所述步驟（1-2)為：
[0043] 原始信號(hào)初步處理：將原始數(shù)字信號(hào)s⑴轉(zhuǎn)換為值域1和-1的信號(hào)s '⑴，轉(zhuǎn) 換方式如下：
[0044] s ' （t) = s (t) - ((s (t)+l)Mod2) ; (1)
[0045] 其中，s(t)是原始數(shù)字信號(hào)，尺寸為N，比特率為1/HS ;s'⑴為改變值域后的數(shù) 字信號(hào)；
[0046] 所述步驟（2)的步驟為：
[0047] 步驟（2-1):以分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)為混沌信號(hào)發(fā)生器，分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)參數(shù)選 取后固定，任選分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)某個(gè)狀態(tài)變量X' i(t)作為調(diào)制信號(hào)g(t)，其中，i = 1,2, 3,4 ；
[0048] 步驟（2-2):混沌信號(hào)增益調(diào)節(jié)和混沌信號(hào)調(diào)制：
[0049] 將步驟（2-1)中產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)g(t)依時(shí)間次序前后兩個(gè)分為一組，則對(duì)于第η 組信號(hào)，其時(shí)間表示為t2lri和t2lri+ τ，其中τ = Hs是采樣時(shí)間間隔，η = 2, 3, . . .，Ν/2。
[0050] g(t2n_i)和g(t2lri+ τ )代表由混沌信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的兩個(gè)相繼的混 沌信號(hào)，對(duì)應(yīng)于兩個(gè)連續(xù)的原始信號(hào)S(t2lri)和s(t2n_ 1+ τ )，計(jì)算分段索引 尤=冰2"-3 ML,-3 +Γ)，φ是按位異或運(yùn)算；
[0051 ]如果 |冰2"-, )| - |沖2"-^ + r)| 茫 Z，則成比例調(diào)節(jié) g (t2lri)和 g (t2lri+ τ ) 的幅度，使之滿足 I g ^ (t2n-i) I _ I ^ (?2η-ι+ τ ) I e Segment X，其中 ^ (tn)和 g' (t2lri+ τ )是g(t2lri)和g(t2lri+ τ )幅度調(diào)整后的值；隨后，按照調(diào)制規(guī)則對(duì)g' (t2lri) 和f (Wf τ )進(jìn)行調(diào)制，從而得到g" (tj和g" (t2lri+ τ );
[0052] 所述調(diào)制規(guī)則是：
[0053]

【權(quán)利要求】
1. 分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)的自糾錯(cuò)異步數(shù)字保密通信系統(tǒng)，其特征是，包括： 用于在通信近端對(duì)原始數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼和調(diào)制，并生成混沌信號(hào)的信號(hào)發(fā)送端； 用于信號(hào)發(fā)送端和信號(hào)接收端之間的信號(hào)傳輸?shù)墓残诺溃? 用于對(duì)來(lái)自公共信道接收的混沌信號(hào)進(jìn)行解碼，生成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，并且對(duì)解碼后 數(shù)字信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)錯(cuò)誤診斷和糾正的信號(hào)接收端； 所述信號(hào)接收端，包括用于在信號(hào)接收過(guò)程中，對(duì)于解碼后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)偵測(cè)， 當(dāng)發(fā)現(xiàn)信號(hào)錯(cuò)誤時(shí)，進(jìn)行自糾錯(cuò)的錯(cuò)誤診斷和糾錯(cuò)模塊； 所述信號(hào)發(fā)送端，包括依次連接的混沌信號(hào)發(fā)生器、混沌信號(hào)增益調(diào)節(jié)模塊、混沌信號(hào) 調(diào)制模塊和信號(hào)疊加模塊，所述信號(hào)疊加模塊還接收原始信號(hào)初步處理模塊的信號(hào)； 所述混沌信號(hào)發(fā)生器，采用分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)初步生成混沌信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)的自糾錯(cuò)異步數(shù)字保密通信系統(tǒng)，其特征 是， 所述混沌信號(hào)增益調(diào)節(jié)模塊，用于對(duì)混沌信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的混沌信號(hào)幅度進(jìn)行調(diào)整； 所述混沌信號(hào)調(diào)制模塊，用于對(duì)已完成信號(hào)幅度調(diào)整后的混沌信號(hào)的正負(fù)，按照調(diào)制 規(guī)則做進(jìn)一步的調(diào)制； 所述原始信號(hào)初步處理模塊，用于對(duì)待傳輸數(shù)字信號(hào)的值域進(jìn)行改變，具體是將"〇、1" 轉(zhuǎn)變?yōu)? 所述信號(hào)疊加模塊，用于對(duì)已完成信號(hào)調(diào)制后的混沌信號(hào)與經(jīng)過(guò)調(diào)整后的待傳輸數(shù)字 信號(hào)進(jìn)行疊加； 所述信號(hào)發(fā)送端，將經(jīng)過(guò)調(diào)制和疊加后生成的混沌信號(hào)替代原有"〇、1"數(shù)字信號(hào)在公 開信道上傳輸。
3. 如上述任一權(quán)利要求所述的分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)的自糾錯(cuò)異步數(shù)字保密通信系統(tǒng)所 應(yīng)用的通信方法，其特征是，包括如下步驟： 步驟（1):預(yù)處理： 步驟（1-1):對(duì)混沌信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的混沌信號(hào)幅度范圍進(jìn)行預(yù)設(shè)，根據(jù)需要?jiǎng)澐?為四個(gè)分段，并且每個(gè)分段分配一個(gè)索引； 步驟（1-2):對(duì)原始數(shù)字信號(hào)的值域進(jìn)行改變，具體是將"0、1"轉(zhuǎn)變?yōu)?步驟（2):信號(hào)調(diào)制： 在信號(hào)發(fā)送端，通過(guò)混沌信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生混沌信號(hào)，相連的兩個(gè)混沌信號(hào)分為一組，在 后續(xù)調(diào)制過(guò)程中每次處理一組； 利用步驟（1-2)的待傳輸數(shù)字信號(hào)確定分段索引，然后使用相應(yīng)分段對(duì)每一組混沌信 號(hào)進(jìn)行增益調(diào)節(jié)； 進(jìn)而利用調(diào)制規(guī)則對(duì)完成增益調(diào)節(jié)后的一組信號(hào)進(jìn)行正負(fù)調(diào)制； 進(jìn)行調(diào)制后的信號(hào)與經(jīng)過(guò)初步處理后的待傳輸信號(hào)進(jìn)行疊加，疊加之后的信號(hào)發(fā)送給 公共信道；在一組混沌信號(hào)完成調(diào)制并發(fā)送之后，立即對(duì)步驟（1-1)中產(chǎn)生的若干個(gè)分段 的索引進(jìn)行輪轉(zhuǎn)； 步驟（3):信號(hào)解調(diào)：從公共信道接收到的混沌信號(hào)每?jī)蓚€(gè)分為一組，每次處理一組； 首先，將兩個(gè)信號(hào)絕對(duì)值相減，結(jié)果必然落入步驟（1-1)所劃分的某個(gè)分段中，從而得到對(duì) 應(yīng)的分段索引，記為索引A ;然后利用接收每組兩個(gè)混沌信號(hào)的正負(fù)關(guān)系和解碼規(guī)則，進(jìn)行 解碼； 步驟（4):錯(cuò)誤偵測(cè)和糾錯(cuò)：利用步驟（3)解碼出的每組數(shù)字信號(hào)確定一個(gè)對(duì)應(yīng)的分段 索引，記為索引B ;利用索引B和步驟（3)中得到的索引A進(jìn)行比較，從而對(duì)傳輸信號(hào)可能 發(fā)生的錯(cuò)誤進(jìn)行實(shí)時(shí)偵測(cè)和糾正。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是， 所述步驟（1-2)為： 原始信號(hào)初步處理：將原始數(shù)字信號(hào)s (t)轉(zhuǎn)換為值域1和-1的信號(hào)s' (t)，轉(zhuǎn)換方 式如下： s ' （t) = s (t) - ((s (t)+l)Mod2) ; (1) 其中，s(t)是原始數(shù)字信號(hào)，尺寸為N，比特率為1/HS ;s' (t)為改變值域后的數(shù)字信 號(hào)。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是， 所述步驟（1-1)為： 設(shè)狀態(tài)變量f i(t)的最大值記為M，則設(shè)定A = -M，E = M;將區(qū)間[A，E]分成四段， 記為[A，B)，[B，C)，[C，D)，[D，E];其中，B，C，D e (A，E)的值由發(fā)送端和接收端協(xié)商，作為 密鑰一部分；建立分段索引初值 SegmentOO = [A，B)，SegmentOl = [B，C)，SegmentlO = [C，D)，和Segment 11 = [D，E]，其中"00，01，10，11"均為二進(jìn)制，代表分段索引，其對(duì)應(yīng)的十 進(jìn)制為 "〇，1，2,3"。
6. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是， 所述步驟（2)的步驟為： 步驟（2-1):以分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)為混沌信號(hào)發(fā)生器，分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)參數(shù)選取 后固定，任選分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)某個(gè)狀態(tài)變量W i(t)作為調(diào)制信號(hào)g(t)，其中，i = 1,2, 3,4 ； 步驟（2-2):混沌信號(hào)增益調(diào)節(jié)和混沌信號(hào)調(diào)制： 將步驟（2-1)中產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)g(t)依時(shí)間次序前后兩個(gè)分為一組，則對(duì)于第η組信 號(hào)，其時(shí)間表示為t2lri和t2lri+ τ，其中τ = Hs是采樣時(shí)間間隔，η = 2, 3, . . .，Ν/2 ; g(t2lri)和g(t2lri+ τ )代表由混沌信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的兩個(gè)相繼的混 沌信號(hào)，對(duì)應(yīng)于兩個(gè)連續(xù)的原始信號(hào)s(t2lri)和s(t2n_1+ τ )，計(jì)算分段索引
是按位異或運(yùn)算； 如果
，則成比例調(diào)節(jié)g(t2lri)和τ )的幅度， 使之滿足 |g' （U |_|g' (U τ ) I e Segment X，其中 g' (tn)和 g' (1^+ τ )是 g(t2lri)和g(t2lri+ τ )幅度調(diào)整后的值；隨后，按照調(diào)制規(guī)則對(duì)g' (t2lri)和g' (t2lri+ τ ) 進(jìn)行調(diào)制，從而得到g" (U和g" (t^+τ); 步驟（2-3):信號(hào)疊加：計(jì)算信道傳輸信號(hào)h(t): h(t) = s' （t)g" (t)； 其中，s' (t)為改變值域后的數(shù)字信號(hào)，g" (t)的參數(shù)含義是產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)，t代 表時(shí)間； 步驟（2-4):分段索引輪轉(zhuǎn)：在每組信號(hào)g" (t2lri)和g" (t2n_1+ τ )產(chǎn)生完畢之后，通 過(guò)對(duì)分段索引輪轉(zhuǎn)，以提高系統(tǒng)的安全性；所謂分段索引輪轉(zhuǎn)是指，當(dāng)在發(fā)送端每發(fā)送完畢 一組信號(hào)后，對(duì)四個(gè)分段所對(duì)應(yīng)的索引進(jìn)行一個(gè)輪轉(zhuǎn)。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征是， 所述調(diào)制規(guī)則是：
其中，m是縮放因子； 對(duì)于第一組信號(hào)s(ti)和s(t2)，對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)g" (h)和g" (t2)直接由g(ti)和 g(t2)計(jì)算產(chǎn)生。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征是， 所述步驟（2-1)的分?jǐn)?shù)階復(fù)混沌系統(tǒng)定義如下：
(4) 其中，A"1為a i階Caputo微分算子；為α 2階Caputo微分算子；A"3為α 3階 Caputo微分算子；a i是相應(yīng)于狀態(tài)變量Xl的微分階次；α 2是相應(yīng)于狀態(tài)變量χ2的微分階 次；α 3是相應(yīng)于狀態(tài)變量χ3的微分階次；其中Xl和χ2為復(fù)狀態(tài)變量，χ 3為實(shí)狀態(tài)變量； 設(shè)定 X1 = X/ i + jx' 2，χ2 = χ/ 3+]_χ/ 4 和 χ3 = χ/ 5，_/=·/^?，復(fù)狀態(tài)變量分解成實(shí) 部和虛部表示，根據(jù)分?jǐn)?shù)階微分運(yùn)算法則，得到下式：
(5) X' i的參數(shù)含義是復(fù)狀態(tài)變量Xi的實(shí)部，X' 2的參數(shù)含義是復(fù)狀態(tài)變量Xi的虛部， X' 3的參數(shù)含義是復(fù)狀態(tài)變量χ2的實(shí)部，X' 4的參數(shù)含義是復(fù)狀態(tài)變量χ2的虛部，X' 5 的參數(shù)含義是實(shí)狀態(tài)變量χ3，即V 5 = χ3。
9. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是， 所述步驟（3)的步驟為： 從公共信道接收到的混沌信號(hào)每?jī)蓚€(gè)分為一組，每次處理一組；首先，利用兩個(gè)信號(hào) 幅度的絕對(duì)值的差確定分段索引，然后根據(jù)兩個(gè)信號(hào)的正負(fù)和對(duì)應(yīng)分段的解碼規(guī)則進(jìn)行解 碼，從而得到解調(diào)信號(hào).中0，其表示一組數(shù)字信號(hào)； 與信號(hào)發(fā)送端相對(duì)應(yīng)； 設(shè)混沌信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的狀態(tài)變量最大值記為M，則設(shè)定A = -M，E = Μ ;將區(qū)間[A，E] 分成四段，記為[A，B)，[B，C)，[C，D)，[D，E]，B，C，De (A，E);四個(gè)分段劃分方式與本次通 信中發(fā)送端對(duì)應(yīng)分段劃分相一致；建立分段索引初值SegmentOO = [A，B)，SegmentOl = [8,〇,568!^拉10=[(：，0)，和56811161^11=〇)3]，其中"00,01，10，11"均為二進(jìn)制，代表 分段索弓丨，其對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制為"〇，1，2, 3"； 當(dāng)解調(diào)完畢第η組信號(hào)后，按照步驟（2-4)相同規(guī)則對(duì)分段索引進(jìn)行輪轉(zhuǎn)，具體如下： 假設(shè)在處理第η組信號(hào)時(shí)，分段[κ i，K ' J位于Segment 則處理第η+1組信號(hào)時(shí)， 分段J的位置則改為Γ i，X' 計(jì)算方法如下： Segment X' i = (Xi+lOmocM, 其中，K是預(yù)先設(shè)定常數(shù)，用作密鑰，Xi是原分段索引，X' i是經(jīng)過(guò)輪轉(zhuǎn)后的新分段索 引。
10.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是， 所述步驟（4)的步驟為： 為步驟（4)的錯(cuò)誤偵測(cè)，需要設(shè)置一個(gè)數(shù)組Γ (η)保存分段索引X，即 |h' (Wi) |-|h/ (t2n_!+ τ ) I e Segment X ； 步驟（4-1):設(shè)置數(shù)組errPos (η)，n = 2, 3,. . .，N/2記錄錯(cuò)誤發(fā)生的位置；假設(shè)利用步 驟（3)解碼第η組數(shù)字信號(hào)，則利用第n-1和第η組兩組解碼數(shù)字信號(hào)計(jì)算分段索引，將該 索引與從公共信道獲得的混沌信號(hào)計(jì)算得到的索引進(jìn)行對(duì)比，如果相同，則認(rèn)為數(shù)字信號(hào) 傳輸正確；如果不相同，則認(rèn)為該組信號(hào)疑似發(fā)生錯(cuò)誤；具體為，(《)4(?-】)?.咖），設(shè)置 errPos(η) = 1； 步驟（4-2):當(dāng)?shù)趎-1組信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)導(dǎo)致errPos(n)和errPos(n+l)均標(biāo)識(shí)為 1，因此需要對(duì)數(shù)組errPos (η)進(jìn)行調(diào)整，具體如下： 當(dāng) errPos (n) = 1 并且 errPos (η+1) = 0 時(shí)； 設(shè)置 errPos (η_1) = 1 并且 errPos (η) = 0 ; 步驟（4-3):在完成步驟（4-2)的調(diào)整后，當(dāng)errPos (η) = 1并且errPos (η+1) = 0時(shí)， 表不第η組解碼信號(hào)有誤，則需重新計(jì)算該組信號(hào)〖(")=J (〃 + l)?.f(/? + l.)。
【文檔編號(hào)】H04L9/00GK104092531SQ201410341509
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】駱超 申請(qǐng)人:山東師范大學(xué)