基於Chirp信號的超寬帶保密通信的信號發射和接收方法
2023-07-08 18:03:56
專利名稱：基於Chirp信號的超寬帶保密通信的信號發射和接收方法
技術領域：
本發明涉及一種超寬帶保密通信的信號發射和接收方法。
背景技術：
當今社會，信息已成為社會的重要財富，信息的保密越來越受到人們的重視。保密 通信的目的是面對攻擊者，在通信雙方之間應用不安全信道進行通信時確保通信的安全。 在保密通信的過程中，通信雙發不希望或者不允許己方發送的無線電通信信息被他方截 獲，否則就有通信洩密、被幹擾、甚至被摧毀的危險。作為現代保密通信中重要的內容，信息 的抗截獲性質已引起人們的廣泛重視。 超寬帶無線通信方式在無線視頻、聲頻、高速數據傳輸以及家庭數字網絡等諸多 領域均有廣闊的應用前景。超寬帶系統採用極低的功率發射脈衝信號，實現數據的傳輸，具 有一定的保密特性。同時，超寬帶系統脈衝波形的選擇具有一定的靈活性，可以發射不同的 脈衝光波形來承載數據信息。超寬帶信號極低的功率譜密度也使超寬帶保密通信成為可 能。目前，基於超寬帶系統的保密通信研究比較少，也沒有成熟的研究結論。
發明內容
本發明是為了解決現有的通信方法在通信時無法確保通信的安全性問題，從而提 供了一種基於Chirp信號的超寬帶保密通信的信號發射和接收方法。
基於Chirp信號的超寬帶保密通信的信號發射和接收方法，它由以下步驟實現
發射過程 步驟一、將信息源輸出的數字信息進行映射，獲得二進位調製信息； 步驟二、 Chirp信號產生器根據設定的參數產生當前時刻的脈衝信號； 步驟三、利用步驟一獲得的二進位映射信息對步驟二中的脈衝信號進行調製，獲
得調製信號，並將所述調製信號發射； 步驟四、判斷當前時刻是否超出系統設定的時間範圍，如果判斷結果為否，則返回 執行步驟二 ；如果判斷結果為是，則結束一次信號發射過程；
接收過程 步驟五、在系統設定時間內，接收端對接收到的第i個調製信號進行採樣，獲得一 組離散的採樣點；共獲得N組離散的採樣點； 步驟六、對步驟五中獲得的N組採樣點中每組離散的採樣點分別進行分數階傅立 葉變換，共獲得N個含有噪聲的Chirp信號在分數域的離散波形； 步驟七、對步驟六所述的N個含有噪聲的Chirp信號進行參數調整，獲得主瓣寬度 和相位信息一致的N個信號； 步驟八、將步驟七所述的主瓣寬度和相位信息一致的N個信號進行相加合成，獲 得合成後的信號； 步驟九、對步驟八所述的合成後的信號進行解調後輸出；
所述i為正整數；
所述N為正整數。 步驟六中對離散的採樣點進行分數階傅立葉變換的方法是接收端根據接收到的 信號參數計算其能量發射聚集階數，根據獲得的階數對離散採樣點進行相應分數階傅立葉 變換。 步驟七中對所述的N個含有噪聲的Chirp信號進行參數調整中的參數包括信號
相位、信號尺度伸縮和信號平移。 步驟九中採用的解調方法為峰值判決方法。 有益效果本發明採用Chirp信號作為超寬帶系統的傳輸載體，通過改變發射脈 衝的參數實現對信息保密的目的。在信息傳輸過程中，每一個脈衝均採用較低的發射功率 進行發射，通過多個脈衝的能量累積實現對傳輸信息的檢測。對於單獨任何一個脈衝由於 其能量較小，基本上淹沒在噪聲中，難於檢測，達到對信息加密的目的，通信安全性得以保 證。
圖l是本發明的發射端的原理示意圖；圖2是本發明的接收端的原理示意圖；圖3 是不存在噪聲條件下單一 Chirp信號在分數域的能量聚集特性示意圖；圖4是接收端接收 到的單一Chirp信號的分數域特性示意圖；圖5為相同噪聲條件下、經過能量累積處理後的 合成信號的分數域波形示意圖；圖6為發射端產生的脈衝串(實部)波形示意圖；圖7為不 考慮信號衰減情況下到達接收端的信號波形(實部)示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一、結合圖l和圖2說明本具體實施方式
，基於Chirp信號的超寬帶 保密通信的信號發射和接收方法，它由以下步驟實現
發射過程 步驟一、將信息源輸出的數字信息進行映射，獲得二進位調製信息； 步驟二、 Chirp信號產生器根據設定的參數產生當前時刻的脈衝信號； 步驟三、利用步驟一獲得的二進位映射信息對步驟二中的脈衝信號進行調製，獲
得調製信號，並將所述調製信號發射； 步驟四、判斷當前時刻是否超出系統設定的時間範圍，如果判斷結果為否，則返回 執行步驟二 ；如果判斷結果為是，則結束一次信號發射過程；
接收過程 步驟五、在系統設定時間內，接收端對接收到的第i個調製信號進行採樣，獲得一 組離散的採樣點；共獲得N組離散的採樣點； 步驟六、對步驟五中獲得的N組採樣點中每組離散的採樣點分別進行分數階傅立 葉變換，共獲得N個含有噪聲的Chirp信號在分數域的離散波形； 步驟七、對步驟六所述的N個含有噪聲的Chirp信號進行參數調整，獲得主瓣寬度 和相位信息一致的N個信號； 步驟八、將步驟七所述的主瓣寬度和相位信息一致的N個信號進行相加合成，獲得合成後的信號； 步驟九、對步驟八所述的合成後的信號進行解調後輸出；
所述i為正整數；
所述N為正整數。 步驟六中對離散的採樣點進行分數階傅立葉變換的方法是接收端根據接收到的 信號參數計算其能量發射聚集階數，根據獲得的階數對離散採樣點進行相應分數階傅立葉 變換。 步驟七中對所述的N個含有噪聲的Chirp信號進行參數調整中的參數包括信號
相位、信號尺度伸縮和信號平移。 步驟九中採用的解調方法為峰值判決方法。 所述系統設定的時間範圍為完成信息源一項信息發送和接收所需的時間。 工作原理分數階傅立葉變換是一種廣義的傅立葉變換，其同時包含了信號在時
域和頻域的信息。設f(t)為信號的時域表達形式，它的p階分數階傅立葉變換的積分形式
定義為
formula see original document page 5 其中f (t)為信號的時域表達形式，f (t)的p階分數階傅立葉變換為Fpf (u)，其中
u為分數域坐標，a = ji/2。當a = Ji/2時f(u)為普通的傅立葉變換。 根據分數階傅立葉變換具有的Chirp基分解特性，分數階傅立葉變換在某個分數
階傅立葉域上對給定的Chirp信號具有最好的能量聚集特性，將表現為一個衝激函數。我
們實際通信系統中的多採用一段Chirp (切普)信號，因此其在分數域將不是嚴格的衝激函數。 截斷Chirp信號s(t)可以寫做s(t) = f (t)a(t)，其中y^) = ^Wo"*"
a a)為矩形窗
1 772,772] 0 k其他 則s(t)的a =-arc cot(k)階分數階傅立葉變換可以表示為
GO formula see original document page 5 將積分核K( a ， u， t)的表達式帶入上式可得formula see original document page 6OO 上式中的積分部分可以看作是a(t)的傅立葉變換^(/)= j""(0e力2^^
一oo
將矩形函數的傅立葉變換帶入，得到
F^O) = VWcota . e麵2 Ct" . r. sine (r esc a - /0 由上式可以看出，截斷Chirp信號s(t)在a = -arccot (k)階分數域的幅度譜形 狀為sine函數的壓縮平移。壓縮倍數與時間長度T和分數階傅立葉變換的階數a有關。 相位則要再乘上一個分數域線性調頻信號。 圖3所示的是不存在噪聲條件下單一 Chirp信號在分數域的能量聚集特性示意 圖；其為sine函數的形式，表現為能量衝激的特性；其中橫坐標為分數域採樣點，縱坐標為 幅度； 圖4所示的是接收端接收到的單一 Chirp信號的分數域特性示意圖；其中橫坐標 為分數域採樣點，縱坐標為幅度；圖中可見單一 Chirp信號被淹沒在噪聲中，無法檢測到峰 值； 圖5所示的是相同噪聲條件下、經過能量累積處理後的合成信號的分數域波形示 意圖；其中橫坐標為分數域採樣點，縱坐標為幅度；圖中可以清晰的看到峰值；
圖6為發射端產生的脈衝串(實部)波形示意圖；不同的脈衝採用不同的時域持 續時間、線性調頻率等參數；圖中橫坐標為時間，縱坐標為幅度； 圖7為不考慮信號衰減情況下到達接收端的信號波形(實部)示意圖；可見信號 淹沒在噪聲中，難以識別；圖中橫坐標為時間，縱坐標為幅度。 對於非合作用戶接收機，由於不知道所採用脈衝信號的相關參數，對任何一個單 一脈衝信號進行分數階傅立葉變換都很難將脈衝信號從噪聲中分離出來。必須通過實現多 個脈衝的能量累積實現脈衝信號的檢測。此時，保密通信系統可以通過跳頻等手段，為脈衝 串中的不同脈衝分別不同的參數，使其有效迴避非合作方的幹擾與檢測。同時，若非合作方
6不知道脈衝的相關參數，對脈衝進行分數階傅立葉變換難於找到能量聚集的階數，進而無 法進行多個脈衝的合成過程，使得峰值檢測難於實現。
權利要求
基於Chirp信號的超寬帶保密通信的信號發射和接收方法，其特徵是它由以下步驟實現發射過程步驟一、將信息源輸出的數字信息進行映射，獲得二進位調製信息；步驟二、Chirp信號產生器根據設定的參數產生當前時刻的脈衝信號；步驟三、利用步驟一獲得的二進位映射信息對步驟二中的脈衝信號進行調製，獲得調製信號，並將所述調製信號發射；步驟四、判斷當前時刻是否超出系統設定的時間範圍，如果判斷結果為否，則返回執行步驟二；如果判斷結果為是，則結束一次信號發射過程；接收過程步驟五、在系統設定時間內，接收端對接收到的第i個調製信號進行採樣，獲得一組離散的採樣點；共獲得N組離散的採樣點；步驟六、對步驟五中獲得的N組採樣點中每組離散的採樣點分別進行分數階傅立葉變換，共獲得N個含有噪聲的Chirp信號在分數域的離散波形；步驟七、對步驟六所述的N個含有噪聲的Chirp信號進行參數調整，獲得主瓣寬度和相位信息一致的N個信號；步驟八、將步驟七所述的主瓣寬度和相位信息一致的N個信號進行相加合成，獲得合成後的信號；步驟九、對步驟八所述的合成後的信號進行解調後輸出；所述i為正整數；所述N為正整數。
2. 根據權利要求1所述的基於Chirp信號的超寬帶保密通信的信號發射和接收方法， 其特徵在於步驟六中對離散的採樣點進行分數階傅立葉變換的方法是接收端根據接收到 的信號參數計算其能量發射聚集階數，根據獲得的階數對離散採樣點進行相應分數階傅立 葉變換。
3. 根據權利要求1所述的基於Chirp信號的超寬帶保密通信的信號發射和接收方法， 其特徵在於步驟七中對所述的N個含有噪聲的Chirp信號進行參數調整中的參數包括信 號相位、信號尺度伸縮和信號平移。
4. 根據權利要求1所述的基於Chirp信號的超寬帶保密通信的信號發射和接收方法， 其特徵在於步驟九中採用的解調方法為峰值判決方法。
全文摘要
基於Chirp信號的超寬帶保密通信的信號發射和接收方法，涉及一種超寬帶保密通信的信號發射和接收方法。它解決了現有的通信方法在通信時無法確保通信的安全性問題。發射過程將信息源輸出的數字信息進行映射，獲得二進位調製信息，調製Chirp信號產生器根據設定的參數發出當前時刻的脈衝信號後發射；接收過程在系統設定時間內，接收端對第i個調製信號進行採樣、分數階傅立葉變換、參數調整後相加合成，獲得合成後的信號並解調後輸出。本發明適用於超寬帶保密通信的過程中。
文檔編號H04L9/00GK101741414SQ20091021743
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月28日 優先權日2009年12月28日
發明者吳宣利, 吳少川, 沈清華, 沙學軍, 白旭, 遲永剛, 邱昕, 高玉龍 申請人:哈爾濱工業大學