一種利用混沌和mimo相結(jié)合的通信方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用混沌和MIMO相結(jié)合的通信方法，屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】。本方法針對相關(guān)延遲鍵控(CDSK)混沌通信方案存在的傳輸速率低、誤碼率高、保密性不強(qiáng)的缺陷，采用將調(diào)頻信號分散到多信道進(jìn)行傳輸，分段循環(huán)移位器將延遲后的信號等分為M段，根據(jù)信息碼元將M段信號循環(huán)右移n段，并逐位加到原來混沌信號中構(gòu)成輸出信號。本發(fā)明所述的通信方法保密性明顯增強(qiáng)，信息傳輸速率較FM-CDSK方案有顯著提高。在誤碼率相同條件下，信噪比較FM-CDSK有極大改善。采用本通信方法的改進(jìn)型混沌保密通信系統(tǒng)，在圖像，及軍事保密信息等領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】-種利用混沌和MIMO相結(jié)合的通信方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種利用混沌和MIM0相結(jié)合的通信方法，特別是 一種基于改進(jìn)型FM-⑶SK的新型MM0-FM-SS⑶SK保密通信方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 混沌系統(tǒng)的基本特征在于它表現(xiàn)出來的非周期性、對初值的敏感性、良好的自相 關(guān)特性以及混沌信號的內(nèi)隨機(jī)性，這決定了將混沌信號應(yīng)用于通信領(lǐng)域的可能性，并且混 沌信號的獨特性質(zhì)，使得混沌信號能夠在保密通信中獲得更加廣泛的應(yīng)用。按照目前國際 國內(nèi)的研究水平，將混沌通信主要劃分為四大類：混沌鍵控；混沌擴(kuò)頻；混沌參數(shù)調(diào)制；混 沌掩蓋。在這四大類混沌通信體制中，混沌鍵控占有舉足輕重的地位、廣闊的發(fā)展前景以及 較大的應(yīng)用價值。繼Parlitz等人第一次提出混沌鍵控技術(shù)之后，很多基于混沌鍵控的數(shù) 字調(diào)制和解調(diào)方式相應(yīng)提出，比較經(jīng)典的有Dedidu和Kennedy提出的基于相干解調(diào)的混沌 移位鍵控（CSK)和混沌通斷鍵控（COOK)，在此基礎(chǔ)之上，差分混沌鍵控（DCSK)和調(diào)頻差分 混沌鍵控（FM-DCSK，如附圖1)等數(shù)字調(diào)制方法相繼被提出。差分混沌鍵控DCSK調(diào)制時， 每一比特的信號分為兩部分發(fā)送，第一部分發(fā)送混沌抽樣函數(shù)作為參考信號，第二部分發(fā) 送混沌抽樣函數(shù)攜帶信息。若發(fā)送端發(fā)送的信息是"0"，則兩次發(fā)送的信號相同，若發(fā)送端 發(fā)送的信息是"1"，則兩次發(fā)送的信號反相。FM-DCSK調(diào)制就是產(chǎn)生比特能量為常數(shù)的寬帶 DCSK信號。FM信號的瞬時功率與調(diào)制方式無關(guān)。FM調(diào)制器的輸出帶寬信號可變，因而接收 機(jī)中相關(guān)器的輸出在沒有噪聲的情況下具有零方差，從而解決了預(yù)測的問題，但是FM-DCSK 系統(tǒng)依然克服信息傳輸率低，保密性不強(qiáng)的缺點。由Sushchik等人在2000年提出了相關(guān) 延遲鍵控（⑶SK)方案，⑶SK是DCSK的一種變形，相比之下，⑶SK在發(fā)送端用加法器代替 DCSK的開關(guān)結(jié)構(gòu)，接收端的結(jié)構(gòu)與DCSK相同。FM-CDSK(附圖2)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到簡化的同 時，也減少了信號的重發(fā)，使得傳碼率相比于FM-DCSK有一定的提高，它克服了先前的DCSK 方案中不能連續(xù)發(fā)射信號、傳輸效率低的缺點，但是由于CDSK的誤碼率較高，而導(dǎo)致CDSK 的整體性能不如DCSK好，且系統(tǒng)的保密性能不強(qiáng)。
[0003] 有鑒于此，本發(fā)明提出一種改進(jìn)型的混沌鍵控方案--多端輸入多端輸出調(diào)頻分 段移位相關(guān)延遲鍵控MM0-FM-SS⑶SK保密通信系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種利用混沌和MM0相結(jié)合的通信方法，該方法將MM0 同混沌相關(guān)延遲鍵控系統(tǒng)相結(jié)合，采用多條信道交叉?zhèn)鬟f信號，提高系統(tǒng)的信息傳送效率； 多條信道信息信號和噪聲信號相互干擾，增強(qiáng)系統(tǒng)傳遞信息的保密性并實時準(zhǔn)確的檢測出 有用信息信號。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0006] 一種利用混沌和MM0相結(jié)合的通信方法，其特征在于：包括以下步驟：
[0007] 步驟一：在發(fā)送端采用Tent映射，產(chǎn)生兩個不同的混沌信號；兩個不同的混沌信 號xn和Yn各自經(jīng)過FM調(diào)制后變成信號Xi、Yp分別表示調(diào)節(jié)參數(shù)不同的混沌信號；
[0008] 步驟二：發(fā)送端把信息叫串并轉(zhuǎn)換后變成兩個雙極性信號ak和bk，兩路信息信 號分別作用于兩條信道；信道1中傳輸?shù)幕煦缧蛄衆(zhòng)被延遲L，然后再經(jīng)過分段循環(huán)移 位器，被分為M段，M段信號由信息信號bk決定循環(huán)右移的位數(shù)，形成承載信息攜帶信號 T(Xi_ubk)，承載信息攜帶信號T(Xi_ubk)再與信道2發(fā)送的混沌序列Yj相加，形成信道2的 發(fā)送端發(fā)送序列S2 ;信道1的發(fā)送端發(fā)送序列Si，也同樣由t被信息信號ak作用后的循環(huán) 延遲序列，形成的承載信息攜帶信號T(YpUak)和\相加形成；
[0009] 步驟三：傳輸序列Si與第一條信道噪聲M乍用，得到第一條信道接收端序列札， 同理，傳輸序列S2與第二條信道噪聲12作用，得到第二條信道接收端序列馬 ；
[0010] 步驟四：在接收端采用非相干解調(diào)方式來恢復(fù)信號，即把接收到的信號序列凡和 馬分別延遲L后依次通過三個移位器，形成移位后信號，每一個移位器后的移位信號再與收 到的信號序列&或R2做相關(guān)運算，其中&的延遲序列，經(jīng)過移位器后同R2做相關(guān)運算，R2 的延遲序列經(jīng)過移位器后同&做相關(guān)運算；
[0011] 步驟五：基于混沌信號良好的自相關(guān)特性，根據(jù)相關(guān)器的輸出的相關(guān)系數(shù) 4Zi，Z2,Z3的大小對比，即可解碼出發(fā)送端發(fā)送的信息信號ak和bk。
[0012] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供的利用混沌和MIM0相結(jié)合的通信方法，其性 能明顯要優(yōu)于傳統(tǒng)的系統(tǒng)和方法，系統(tǒng)的保密性能明顯比傳統(tǒng)的混沌保密系統(tǒng)強(qiáng)，同時克 服了FM-CDSK系統(tǒng)誤碼率高、FM-DCSK系統(tǒng)傳碼率低的缺點，誤碼率相同的前提下，本方案 比FM-⑶SK方案對信噪比的要求，明顯小了很多，這更加說明了MM0-FM-SS⑶SK調(diào)制方案 有更好的魯棒性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說明：
[0014] 圖1為FM-DCSK系統(tǒng)的調(diào)制原理圖；
[0015] 圖2為FM-⑶SK系統(tǒng)的調(diào)制原理圖；
[0016] 圖3為本發(fā)明提供的新型MM0-FM-SS⑶SK發(fā)送端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0017] 圖4為本發(fā)明提供的新型MM0-FM-SS⑶SK接收端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0018] 圖5為新型MM0-FM-SSCDSK不同M值下誤碼率；
[0019] 圖6為傳統(tǒng)FM-DCSK、FM-CDSK和新型MM0-FM-SSCDSK誤碼率對比圖。

【具體實施方式】
[0020]在本發(fā)明所述的方案中，采用多端輸入多端輸出同調(diào)頻分段移位相關(guān)延遲鍵控相 結(jié)合，調(diào)制端和解調(diào)端都采用多條信道并行，調(diào)制端兩條信道發(fā)送的信號相互作用，使得攜 帶的信息在兩條信道上被接收，解調(diào)端在必須獲得兩條信道的信息的情況下，才能準(zhǔn)確的 獲取發(fā)送的信息。調(diào)制端通過串并轉(zhuǎn)換器，將輸入的信息信號轉(zhuǎn)換為多路信號，分別作用 于不同的混沌信號。調(diào)制端一個分段循環(huán)移位器代替了原有的乘法器，該分段循環(huán)移位器 將信道延遲的序列^(或者u等分為m個信號段(延遲序列 I )，發(fā)送的信息碼元叫串并轉(zhuǎn)換后輸出信息碼元ak和bk，bk決定將 Xm等分的M個信號段循環(huán)右移n(0彡n<M)位，即形成信息攜帶信號T(Xmbk)，ak決定 將Yu等分的M個信號段循環(huán)右移n(0彡n<M)位，即形成信息攜帶信號T(Yu，ak)。將 M個信號段循環(huán)右移即可得到M種不同的排列，這些排列可以表達(dá)出不同的多進(jìn)制信號碼 元，共有M個。同樣，將兩個信道傳輸?shù)幕煦缧盘朶和混沌信號t等分為M段，分別得到 和信號段巧?"。將信號段尤，^，^，…，義廣逐段與 T(Yj_uak)相加即得到第一個信道的傳輸序列Si，傳輸序列Si與第一條信道噪聲〖i作用， 得到第一條信道接收端序列&，同理，即可獲得傳輸序列S2與第二條信道接收端序列R2。
[0021] 從圖3發(fā)送端可以看出，信息nii串并轉(zhuǎn)換后形成兩個雙極性信號ak和bk，信息信 號分別作用與兩條信道?；煦缧盘栄舆t后經(jīng)過分段循環(huán)移位器，再與雙極性信息信號ak或 bk作用，形成兩路信息承載信號T(Xi_ubk)和T(Yuak)，再分別與對應(yīng)信道的混沌序列相 力口，形成發(fā)送端序列。
[0022] 由于混沌信號本身的類噪聲特性，使得混沌信號的自相關(guān)為1，互相關(guān)幾乎為0， 故在接收端，通過移位器移位之后的信號，與接收的信號序列相關(guān)運算，根據(jù)相關(guān)后的結(jié) 果，可以很明顯的判別出承載信息信號被分段循環(huán)移位器作用后右移的位數(shù)，從而能夠解 碼出發(fā)送端傳輸?shù)亩噙M(jìn)制信息碼元ak或者bk所攜帶的信息。該方案從傳統(tǒng)的單信道傳輸 方式，改為將信息分散到兩個信道傳輸，不僅提高了傳輸速率，而且安全性明顯提高，保密 性顯著增強(qiáng)，不易被破解。
[0023] 從圖4可以看出，接收端收到加有噪聲的序列，延遲后經(jīng)過多個移位器，再與另外 一條信道收到的噪聲序列做相關(guān)，對比相關(guān)器4Zi，Z2,Z3大小，即可解碼出發(fā)送端信息信 號ak和bk。
[0024] 本方法的具體步驟如下：
[0025] 步驟1 :在系統(tǒng)的發(fā)送端使用Tent映射，產(chǎn)生兩個不同的混沌信號。兩個不同的 混沌信號Xn和Yn各自經(jīng)過FM調(diào)制后變成信號\、Yj，分別表示調(diào)節(jié)參數(shù)不同的混沌信號。
[0026] 步驟2 :發(fā)送端把信息％串并轉(zhuǎn)換后變成兩個雙極性信號ak和bk，兩路信息信 號分別作用與兩條信道。信道1中傳輸?shù)幕煦缧蛄蠿i被延遲L，然后再經(jīng)過分段循環(huán)移 位器，被分為M段，M段信號由信息信號bk決定循環(huán)右移的位數(shù)，形成承載信息攜帶信號 T(Xi_ubk)，承載信息攜帶信號T(Xi_ubk)再與信道2發(fā)送的混沌序列Yj相加，形成信道2的 發(fā)送端發(fā)送序列S2。信道1的發(fā)送端發(fā)送序列Si，也同樣由t被信息信號ak作用后的循環(huán) 延遲序列，形成的承載信息攜帶信號T(YpUak)和\相加形成。
[0027] 步驟3:傳輸序列Si與第一條信道噪聲M乍用，得到第一條信道接收端序列札， 同理，傳輸序列S2與第二條信道噪聲12作用，得到第二條信道接收端序列馬。
[0028] 步驟4:改進(jìn)型FM-DCSK通信系統(tǒng)中接收端采用非相干解調(diào)方式來恢復(fù)信號，即把 接收到的信號序列&和R2分別延遲L后依次通過三個移位器，形成移位后信號，每一個移 位器后的移位信號再與收到的信號序列&或R2做互相關(guān)運算，其中&的延遲序列，經(jīng)過移 位器后同R2做互相關(guān)運算，R2的延遲序列經(jīng)過移位器后同&做互相關(guān)運算。
[0029] 步驟5:基于混沌信號良好的自相關(guān)特性，根據(jù)相關(guān)器的輸出的相關(guān)系數(shù) 4Zi，Z2,Z3的大小對比，即可解碼出發(fā)送端發(fā)送的信息信號ak和bk。
[0030] 下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0031]步驟1:
[0032] Tent映射在混沌保密通信中得到廣泛的應(yīng)用，更多的是用Tent映射來產(chǎn)生偽隨 機(jī)序列，其理論依據(jù)是混沌動力系統(tǒng)對于初值和參數(shù)的敏感性。Tent映射又稱帳篷映射，是 分段線性的一維映射，具有均勻的概率密度、功率譜密度和理想的自相關(guān)特性，數(shù)學(xué)表達(dá)式 為：

【權(quán)利要求】
1. 一種利用混沌和MIMO相結(jié)合的通信方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟一：在發(fā)送端采用Tent映射，產(chǎn)生兩個不同的混沌信號；兩個不同的混沌信號Xn和Yn各自經(jīng)過FM調(diào)制后變成信號Yj，分別表示調(diào)節(jié)參數(shù)不同的混沌信號； 步驟二：發(fā)送端把信息1?串并轉(zhuǎn)換后變成兩個雙極性信號ak和bk，兩路信息信號分別 作用于兩條信道；信道1中傳輸?shù)幕煦缧蛄蠿i被延遲L，然后再經(jīng)過分段循環(huán)移位器，被分 為M段，M段信號由信息信號bk決定循環(huán)右移的位數(shù)，形成承載信息攜帶信號T (Xi_u bk)，承 載信息攜帶信號T (Xi_u bk)再與信道2發(fā)送的混沌序列Yj相加，形成信道2的發(fā)送端發(fā)送 序列S2 ;信道1的發(fā)送端發(fā)送序列Si，也同樣由t被信息信號ak作用后的循環(huán)延遲序列， 形成的承載信息攜帶信號T(YpU ak)和\相加形成； 步驟三：傳輸序列S,與第一條信道噪聲I ,作用^導(dǎo)到第一條信道接收端序列心同理， 傳輸序列S2與第二條信道噪聲12作用，得到第二條信道接收端序列馬； 步驟四：在接收端采用非相干解調(diào)方式來恢復(fù)信號，即把接收到的信號序列&和R2分 別延遲L后依次通過三個移位器，形成移位后信號，每一個移位器后的移位信號再與收到 的信號序列&或R2做相關(guān)運算，其中&的延遲序列，經(jīng)過移位器后同R2做相關(guān)運算，R 2的 延遲序列經(jīng)過移位器后同&做相關(guān)運算； 步驟五：基于混沌信號良好的自相關(guān)特性，根據(jù)相關(guān)器的輸出的相關(guān)系數(shù)Zp Z2, Z3的大小對比，即可解碼出發(fā)送端發(fā)送的信息信號ak和bk。
【文檔編號】H04L9/00GK104410487SQ201410733869
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】張剛, 李澤金, 張?zhí)祢U, 賀利芳, 崔妮婷, 胡韜 申請人:重慶郵電大學(xué)