一種基於頻域混沌的認知無線電系統的製作方法

2023-07-28 03:01:11 1

本實用新型涉及無線通信領域，更具體地，涉及一種基於頻域混沌的認知無線電系統。

背景技術：

隨著物聯網的不斷發展，關於智能物流中物品信息的高速高安全性的無線傳輸已經成為一種需求。但一方面，物聯網的通信性能受限於緊缺的頻譜資源，因而，能夠檢測譜空洞、識別出未用頻段從而能夠提高頻譜利用率的認知無線電技術在近年來得到了廣泛的應用。另一方面，混沌信號調製技術是傳統無線通信系統中增強物理層信息傳輸安全性的有效方法，而物聯網中的認知無線電系統與傳統無線通信系統一樣，由於傳輸信息的無線信道具有廣播特性，容易受到惡意攻擊。因此，將混沌技術用於認知無線電系統，從而保障物聯網中物品信息的安全性，在物聯網通信領域中具有很好的應用前景。

然而，傳統的混沌通信系統是基於時域信號處理技術，其混沌信號發生器也是工作在時域，因此，與其他通信系統一樣，需要佔據一個連續的固定的頻帶來傳輸信息。這使得傳統的混沌通信技術難以直接用於動態頻譜接入的認知無線電系統中。

技術實現要素：

本實用新型提供一種基於頻域混沌的認知無線電系統，該系統具備認知無線電的空洞頻譜檢測和接入能力，同時具備混沌通信的高安全性能。

為了達到上述技術效果，本實用新型的技術方案如下：

一種基於頻域混沌的認知無線電系統，包括發送端和接收端，發送端和接收端通過信道連接，發送端包括符號調製模塊、混沌調製模塊、頻譜接入模塊、OFDM調製模塊和上變頻模塊，接收端包括符號解調模塊、混沌解調模塊、頻譜接入模塊、OFDM解調模塊、同步模塊和下變頻模塊；所述符號調製模塊、混沌調製模塊、頻譜接入模塊OFDM調製模塊和上變頻模塊順次連接；所述上變頻模塊經信道與下變頻模塊連接，下變頻模塊經同步模塊連接到OFDM解調模塊連接，OFDM解調模塊經過頻譜接入模塊還與混沌解調模塊連接，混沌解調模塊還與符號解調模塊連接；比特流從符號調製模塊輸入系統，從符號解調模塊輸出。

本實用新型中，由OFDM調製模塊調製出的符號經頻譜接入模塊取出可用頻譜上的信息符號後，輸入到混沌解調模塊以恢復出高階碼元符號，這些符號最後輸入到符號解調模塊以還原出比特流；其中，混沌調製模塊內混沌信號發生器產生的混沌信號和經由符號調製模塊映射成的碼元符號一同輸入到混沌掩蓋模塊，在此取混沌信號的極性與信息符號進行點乘運算從而使得符號的極性呈現偽隨機化以提高信息安全性。

進一步地，所述符號調製模塊包括順次連接的串並轉換模塊和符號映射模塊，串並轉換模塊外接比特信號源，符號映射模塊還與混沌調製模塊連接。

進一步地，所述混沌調製模塊包括發送端混沌信號發生器和混沌掩蓋模塊，混沌掩蓋模塊的一個輸入端與符號映射模塊連接，另一個輸入端與發送端混沌信號發生器相連。

進一步地，所述頻譜接入模塊包括認知無線電頻譜感知模塊、發送端子載波映射模塊和接收端子載波映射模塊；發送端子載波映射模塊的一個輸入端與混沌掩蓋模塊的輸出端連接，另一個輸入端與認知無線電頻譜感知模塊連接；接收端子載波映射模塊的一個輸入端與OFDM解調模塊連接，另一個輸入端與認知無線電頻譜感知模塊連接。

進一步地，所述OFDM調製模塊包括順次連接的逆快速傅立葉變換模塊、並串轉換模塊和同步信號加入模塊；逆快速傅立葉變換模塊的輸入端與發送端子載波映射模塊的輸出端連接，同步信號加入模塊連接到上變頻模塊。

進一步地，所述OFDM解調模塊包括順次連接的同步信號去除模塊、串並轉換模塊和快速傅立葉變換模塊；同步信號去除模塊的輸入端與同步模塊連接，快速傅立葉變換模塊連接到接收端子載波映射模塊的一個輸入端。

進一步地，所述混沌解調模塊包括接收端混沌信號發生器和混沌去掩蓋模塊；混沌去掩蓋模塊的一個輸入端與接收端子載波映射模塊的輸出端，另一個的輸入端與混沌信號發生器連接。

進一步地，所述符號解調模塊包括順次連接的符號判決模塊和並串轉換模塊，符號判決模塊的輸入端與混沌去掩蓋模塊的輸出端連接，並串轉換模塊輸出處理後的比特流信號。

與現有技術相比，本實用新型技術方案的有益效果是：

本實用新型將認知無線電與混沌調製結合起來，運用到無線通信系統中，即利用了認知無線電的空洞頻譜檢測和接入能力提高通信系統的頻譜利用效率，又將混沌信號應用到頻域的信號調製中，提高了通信的信息安全性。其中，頻域的信號調製中採用的OFDM調製技術是現有技術，本實用新型的重點是將頻域混沌信號與OFDM調製技術有機結合起來，應用到認知無線電系統中，從而實現有效的頻域認知與安全通信。

附圖說明

圖1為本實用新型系統結構圖；

圖2為本系統基於OFDM的同步程序流程。

具體實施方式

附圖僅用於示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，並不代表實際產品的尺寸；

對於本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。

下面結合附圖和實施例對本實用新型的技術方案做進一步的說明。

實施例1

如圖1所示，一種基於頻域混沌的認知無線電系統，包括發送端和接收端，發送端和接收端通過信道連接，發送端包括符號調製模塊、混沌調製模塊、頻譜接入模塊、OFDM調製模塊和上變頻模塊，接收端包括符號解調模塊、混沌解調模塊、頻譜接入模塊、OFDM解調模塊、同步模塊和下變頻模塊；所述符號調製模塊、混沌調製模塊、頻譜接入模塊OFDM調製模塊和上變頻模塊順次連接；所述上變頻模塊經信道與下變頻模塊連接，下變頻模塊經同步模塊連接到OFDM解調模塊連接，OFDM解調模塊經過頻譜接入模塊還與混沌解調模塊連接，混沌解調模塊還與符號解調模塊連接；比特流從符號調製模塊輸入系統，從符號解調模塊輸出。

本實施例中，在發送端，符號調製模塊中串並轉換的作用是將串行的信息比特流轉換成並行的比特流，以適合符號調製模塊對其進行高階的符號映射，並行的比特流進入其中的符號映射模塊，經過QAM、16PSK等星座圖映射轉化成碼元符號；在混沌調製模塊中，由混沌信號發生器產生的混沌信號和映射成的碼元符號一同輸入到其中的混沌掩蓋模塊，在此對信息符號與混沌信號進行運算處理以對信息符號進行加密，本實用新型採用的運算是取混沌信號的極性與信息符號進行點乘操作，從而使得符號的極性呈現偽隨機化。在接收端，混沌解調模塊與發送端具有相同的混沌初值和參數，對經過OFDM解調和子載波映射的符號和混沌信號進行逆運算處理以解密信息。本實用新型採用的逆運算與發送端的運算相同，即取混沌信號的極性與符號進行點乘操作，從而使得符號的極性得以恢復。

本實施例中，符號調製模塊包括順次連接的串並轉換模塊和符號映射模塊，串並轉換模塊外接比特信號源，符號映射模塊還與混沌調製模塊連接；混沌調製模塊包括發送端混沌信號發生器和混沌掩蓋模塊，混沌掩蓋模塊的一個輸入端與符號映射模塊連接，另一個輸入端與發送端混沌信號發生器相連。

本實施例中，頻譜接入模塊包括認知無線電頻譜感知模塊、發送端子載波映射模塊和接收端子載波映射模塊；發送端子載波映射模塊的一個輸入端與混沌掩蓋模塊的輸出端連接，另一個輸入端與認知無線電頻譜感知模塊連接；接收端子載波映射模塊的一個輸入端與OFDM解調模塊連接，另一個輸入端與認知無線電頻譜感知模塊連接。頻譜接入模塊的作用有兩點，一是從空間中動態地感知頻譜信息，二是根據感知得到的頻譜信息避開此時被佔用的頻段並生成可用頻譜給發送方和接收方使用；其中，頻譜接入模塊感知頻譜信息的方法為：對接收的信息離散符號進行FFT得到頻域信號，再取頻域信號的平方得到能量譜信號，當主用戶的能量譜信號與次用戶的能量譜信號不同時，可以設置一定能量譜門限區分主用戶和次用戶，以避開主用戶佔用的頻段並生成可供次用戶使用的頻譜。在此，當FFT的點數一定時，將這段子頻段平均分割成多個子頻段。子頻段的個數越多，即目標頻段可被細化識別的子頻段數目越多，對頻譜認知的精確程度要求也越高；頻譜檢測的精度與FFT點數成比例，增大FFT點數可以提高頻譜檢測精度，有益於窄帶信號的檢測；生成可用頻譜的功能通過頻譜接入模塊內部的子載波映射模塊實現，其作用是確定目標頻段的中心頻率和帶寬，並在這段目標頻段上根據感知得到的可用頻譜信息進行子載波映射。

OFDM調製模塊包括順次連接的逆快速傅立葉變換模塊、並串轉換模塊和同步信號加入模塊；逆快速傅立葉變換模塊的輸入端與發送端子載波映射模塊的輸出端連接，同步信號加入模塊連接到上變頻模塊；OFDM解調模塊包括順次連接的同步信號去除模塊、串並轉換模塊和快速傅立葉變換模塊；同步信號去除模塊的輸入端與同步模塊連接，快速傅立葉變換模塊連接到接收端子載波映射模塊的一個輸入端。

其中，混沌解調模塊包括接收端混沌信號發生器和混沌去掩蓋模塊；混沌去掩蓋模塊的一個輸入端與接收端子載波映射模塊的輸出端，另一個的輸入端與混沌信號發生器連接；解調模塊包括順次連接的符號判決模塊和並串轉換模塊，符號判決模塊的輸入端與混沌去掩蓋模塊的輸出端連接，並串轉換模塊輸出處理後的比特流信號。

本實施例中，採用美國National Instruments的通用軟體無線電外設(USRP)和軟體開發平臺LabVIEW，上下變頻交由USRP實現，符號同步及上層的調製和解調功能的實現則由軟體層面實現。其中，同步模塊在軟體上對基帶信號的符號同步，其程序流程如圖2所示。其方法是基於訓練序列的同步算法，發送和接收雙方共用一段已知的訓練序列，接收端每次取兩組OFDM符號長度的數據，以確保信號同步時這兩組數據中至少有一組訓練序列，在接收端，用本地訓練序列對接收信號進行相關運算，通過設置一定的相關門限，若相關值大於該門限，即為找到了訓練序列位置。當找到了每組OFDM符號訓練序列的起始位置，即實現了符號同步。

相同或相似的標號對應相同或相似的部件；

附圖中描述位置關係的用於僅用於示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

顯然，本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而並非是對本實用新型的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型權利要求的保護範圍之內。