一種基於差分混沌鍵控dcsk的mimo保密通信方法

2023-10-06 03:26:19

一種基於差分混沌鍵控dcsk的mimo保密通信方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於差分混沌鍵控DCSK的MIMO保密通信方法，經過改進，使信息分散在兩條信道上傳輸，且每一路信息的參考信號在另一路傳輸，這樣即使某一路信息在傳輸過程中被截獲，也無法破譯原始信號，同時也解決信道利用率低的問題。同時為了解決多徑衰落的問題，使用MIMO技術能夠抑制信道噪聲和多徑衰落,無需增加系統帶寬和發送功率。通過改進前後系統誤碼率的對比，發現新型MIMO-DCSK保密通信系統較傳統系統在數據傳輸中的誤碼率更低，同時信道的利用率更高和保密性更強。
【專利說明】—種基於差分混沌鍵控DCSK的MIMO保密通信方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種數據通信系統，更具體的是涉及使用MIMO技術應用於改進型差分混沌鍵控發送和接收數據的混沌保密通信系統。
【背景技術】
[0002]1990年以來，混沌通信成為國際、國內通信的一個研究熱點。混沌同步控制理論的發展，為混沌在通信領域的應用奠定了理論基礎。利用同步的混沌進行保密通信是當前國際上研究的一大熱點。迄今已經提出和發展的同步混沌通信主要分為:混沌掩蓋、混沌參數調製、混沌鍵控和混沌擴頻。
[0003]混沌掩蓋屬於混沌模擬通信，其餘三類屬於混沌數字通信。混沌掩蓋是較早提出的一種混沌保密通信方式，它是利用非線性動力學預測技術將掩蓋在混沌信號下的傳輸信號提取出來，它的實現依賴於系統的同步實現程度，因此還不能提供高質量的通信服務，只適用於慢變信號，對快變信號和時變信號還不能很好的處理。混沌參數調製是將發送的信息隱藏在系統參數內，這種方案關鍵在於混沌系統參數的恢復程度，系統參數的解調對外界的幹擾比較敏感，從而降低了通信效率。混沌擴頻通信就是用混沌序列替代傳統通信系統的偽隨機序列，從而適應人們對未來通信的更高要求。由於混沌信號本身的一些特點，因此混沌擴頻序列隨機性能好，保密性能高，具有良好的相關特性，可用數目多。混沌擴頻通信的關鍵在於混沌擴頻序列的選擇，對混沌序列的研究也是目前對混沌通信研究的一個重要的方面。混沌鍵控是在發送端有多個混沌系統，根據要傳送的碼值，選不同的混沌系統。這樣發送信號由一段段代表不同混沌吸引子的混沌信號組成，發送端的各個混沌系統在接收端有對應的同步系統。將接收的信號驅動各個同步系統，根據一個碼元周期內各個同步系統達到同步的情況來判斷這個周期內所傳送的碼值。在混沌數字通信體制中，混沌鍵控有很強的抗幹擾能力，並能有效的抑制多徑幹擾對系統的影響，它在通信方案中佔有重要的地位，廣大學者認為其具有較好的發展前景與應用價值。
[0004]混沌信號具有寬頻特性並且擁有良好的自相關特性，同時對初值極端敏感引起信號的不可預見性和內在隨機性等，這些性質決定了把混沌信號應用於保密通信中是非常合適的。Parlitz等第一次提出了混沛鍵控技術，Carroll等提出的混沛移位鍵控(CSK),其混沌同步基於相干解調技術，具有較好的誤碼性能。然而研究表明，在實際信道中混沌同步並不十分可靠，混沌系統對初值的敏感性導致了在接收端重建混沌同步信號十分困難，這大大影響了基於CSK系統的性能，阻礙了其在通信系統中的應用。為擺脫混沌同步的不可靠，G.Kolumban等提出了差分混沌鍵控(DCSK)，其接收端沒有採用基於相干解調的混沌同步技術而是使用非相干解調技術，也因此簡化了系統結構，並且因為具有寬頻和類似噪聲的特性，起到了隱蔽信號的目的，是當前研究最為成熟的一種混沌調製方案。但由於要傳送參考信號，因此存在傳輸速率較低和保密性較差等問題證明了 DCSK系統在高斯白噪聲的信道中誤碼性能並不理想。單輸入單輸出(SISO)混沌通信系統的主要缺點是多徑衰落會對系統性能產生較大影響，故採用MMO技術來降低混沌信號在無線信道中的多徑衰落。空間分集技術廣泛應用於無線通信系統中，它能夠提升無線通信系統抗多徑衰落的能力。而改進型差分混沌鍵控(DCSK)擁有更好的保密性和信道利用率。鑑於此，本發明提出了一種結合空間分集的新型MMO-DCSK混沌通信系統，既提高DCSK保密通信系統抗多徑衰落的能力，同時提升其保密性能。

【發明內容】

[0005]針對以上現有技術中的不足，本發明的目的在於提供一種保證了傳輸速率而且提高了安全性、並且誤碼性能也有所提高，改善DCSK系統的多徑衰落的基於差分混沌鍵控DCSK的MMO保密通信方法，本發明的技術方案如下:一種基於差分混沌鍵控DCSK的MMO保密通信方法，其包括以下步驟:
[0006]101、在混沌系統的發送端採用Logistic混沌映射發生器產生兩個不同的混沌信號Xl，k和混沌信號X2，k，所述Logistic混沌映射發生器的表達式為
Xn+1 = f(xn) = ' _ ，其中 μ 為係數，當 μ = 2.9 和 μ = 3.0 時 Logistic 混沛映射
發生器產生混沌信號Xl，k和混沌信號x2，k，並將混沌信號Xl，k和混沌信號x2，k分別經過擴頻係數M相位延遲後得到延遲混沌信號X1^和延遲混沌信號x2，kM ；
[0007]102、將待發送的消息m(i)經過二進位轉換，然後對經過二進位轉換後的m(i)採用STBC空時分組碼編碼器分組編碼變成兩路雙極性信號S1和S2，並將雙極性信號S1與步驟101中得到的延遲混沌信號Xl，kM相乘得到傳輸信號S1X1^通過天線TX2發送給信道II進行傳輸，在信道I中進行傳輸，所述雙極性信號S2與步驟101中得到的延遲混沌信號x2，kM相乘得到傳輸信號s2x2，kM通過天線TXl發送給信道I進行傳輸，所述信道I的輸出信號為r,n,所述信道II的輸出信號為r2，n，其中信道I在一個符號周期T內，前半個周期T/2信道傳輸的是參考信號，而後半個T/2周期信道傳輸的是傳輸信號s2x2，kM ;信道II前半個周期T/2信道傳輸的是參考信號，而後半個T/2周期信道傳輸的是信號S1X1^ ；
[0008]103、當混沌系統的接收端天線RXl和RX2接收到步驟102中信道I的輸出信號 及信道II的輸出信號r2，n後，接收端將接收到的信號根據交換表達式進行交換處理得到
解碼恢復信號r3，n、r4,n,交換表達式分別為:
【權利要求】
1.一種基於差分混沌鍵控DCSK的MMO保密通信方法，其特徵在於包括以下步驟: 101、在混沌系統的發送端採用Logistic混沌映射發生器產生兩個不同的混沌信號x1Λ和混沛信號x2，k,所述Logistic混沛映射發生器的表達式為.xn+1 =f(xn) = 1- μxn2，其中μ為係數，當μ = 2.9和μ = 3.0時Logistic混沌映射發生器產生混沌信號x1Λ和混沌信號x2，k，並將混沌信號Xl，k和混沌信號x2，k分別經過擴頻係數M相位延遲後得到延遲混沌信號延遲混沌信號X2，kM ； 102、將待發送的消息m(i)經過二進位轉換，然後對經過二進位轉換後的m(i)採用STBC空時分組碼編碼器分組編碼變成兩路雙極性信號S1和S2，並將雙極性信號S1與步驟101中得到的延遲混沌信號Xl，kM相乘得到傳輸信號slXl，kM通過天線TX2發送給信道II進行傳輸，在信道I中進行傳輸，所述雙極性信號S2與步驟101中得到的延遲混沌信號X2^相乘得到傳輸信號s2x2，kM通過天線TXl發送給信道I進行傳輸，所述信道I的輸出信號為r1,n，所述信道II的輸出信號為r2，n，其中信道I在一個符號周期T內，前半個周期T/2信道傳輸的是參考信號，而後半個T/2周期信道傳輸的是傳輸信號S2X2 ;信道II前半個周期T/2信道傳輸的是參考信號，而後半個T/2周期信道傳輸的是信號slXl，kM ； 103、當混沌系統的接收端天線RXl和RX2接收到步驟102中信道I的輸出信號及信道II的輸出信號r2，n後，接收端將接收到的信號根據交換表達式進行交換處理得到解碼恢復信號r3，n、r4，n,交換表達式分別為:

2.根據權利要求1所述的基於差分混沌鍵控DCSK的MMO保密通信方法，其特徵在於:步驟102中的信道I的輸出信號rq,n = s1；n+ ξ 1；n, r2，n = s2；n+ ξ 2；n, ξ ln, ξ 2，n為加性高斯白噪聲AWGlO12為€1，?的方差，022為ξ2，η的方差，均值都為O。
3.根據權利要求1所述的基於差分混沌鍵控DCSK的MMO保密通信方法，其特徵在於:步驟102中的STBC空時分組碼編碼器分組編碼為矩陣
【文檔編號】H04L9/00GK104009834SQ201410162996
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年4月22日 優先權日:2014年4月22日
【發明者】張剛, 王源, 張天騏, 賀利芳, 李波, 王穎 申請人:重慶郵電大學