一种基于差分混沌键控dcsk的mimo保密通信方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于差分混沌键控DCSK的MIMO保密通信方法，经过改进，使信息分散在两条信道上传输，且每一路信息的参考信号在另一路传输，这样即使某一路信息在传输过程中被截获，也无法破译原始信号，同时也解决信道利用率低的问题。同时为了解决多径衰落的问题，使用MIMO技术能够抑制信道噪声和多径衰落,无需增加系统带宽和发送功率。通过改进前后系统误码率的对比，发现新型MIMO-DCSK保密通信系统较传统系统在数据传输中的误码率更低，同时信道的利用率更高和保密性更强。
【专利说明】—种基于差分混沌键控DCSK的MIMO保密通信方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数据通信系统，更具体的是涉及使用MIMO技术应用于改进型差分混沌键控发送和接收数据的混沌保密通信系统。
【背景技术】
[0002]1990年以来，混沌通信成为国际、国内通信的一个研究热点。混沌同步控制理论的发展，为混沌在通信领域的应用奠定了理论基础。利用同步的混沌进行保密通信是当前国际上研究的一大热点。迄今已经提出和发展的同步混沌通信主要分为:混沌掩盖、混沌参数调制、混沌键控和混沌扩频。
[0003]混沌掩盖属于混沌模拟通信，其余三类属于混沌数字通信。混沌掩盖是较早提出的一种混沌保密通信方式，它是利用非线性动力学预测技术将掩盖在混沌信号下的传输信号提取出来，它的实现依赖于系统的同步实现程度，因此还不能提供高质量的通信服务，只适用于慢变信号，对快变信号和时变信号还不能很好的处理。混沌参数调制是将发送的信息隐藏在系统参数内，这种方案关键在于混沌系统参数的恢复程度，系统参数的解调对外界的干扰比较敏感，从而降低了通信效率。混沌扩频通信就是用混沌序列替代传统通信系统的伪随机序列，从而适应人们对未来通信的更高要求。由于混沌信号本身的一些特点，因此混沌扩频序列随机性能好，保密性能高，具有良好的相关特性，可用数目多。混沌扩频通信的关键在于混沌扩频序列的选择，对混沌序列的研究也是目前对混沌通信研究的一个重要的方面。混沌键控是在发送端有多个混沌系统，根据要传送的码值，选不同的混沌系统。这样发送信号由一段段代表不同混沌吸引子的混沌信号组成，发送端的各个混沌系统在接收端有对应的同步系统。将接收的信号驱动各个同步系统，根据一个码元周期内各个同步系统达到同步的情况来判断这个周期内所传送的码值。在混沌数字通信体制中，混沌键控有很强的抗干扰能力，并能有效的抑制多径干扰对系统的影响，它在通信方案中占有重要的地位，广大学者认为其具有较好的发展前景与应用价值。
[0004]混沌信号具有宽频特性并且拥有良好的自相关特性，同时对初值极端敏感引起信号的不可预见性和内在随机性等，这些性质决定了把混沌信号应用于保密通信中是非常合适的。Parlitz等第一次提出了混沛键控技术，Carroll等提出的混沛移位键控(CSK),其混沌同步基于相干解调技术，具有较好的误码性能。然而研究表明，在实际信道中混沌同步并不十分可靠，混沌系统对初值的敏感性导致了在接收端重建混沌同步信号十分困难，这大大影响了基于CSK系统的性能，阻碍了其在通信系统中的应用。为摆脱混沌同步的不可靠，G.Kolumban等提出了差分混沌键控(DCSK)，其接收端没有采用基于相干解调的混沌同步技术而是使用非相干解调技术，也因此简化了系统结构，并且因为具有宽频和类似噪声的特性，起到了隐蔽信号的目的，是当前研究最为成熟的一种混沌调制方案。但由于要传送参考信号，因此存在传输速率较低和保密性较差等问题证明了 DCSK系统在高斯白噪声的信道中误码性能并不理想。单输入单输出(SISO)混沌通信系统的主要缺点是多径衰落会对系统性能产生较大影响，故采用MMO技术来降低混沌信号在无线信道中的多径衰落。空间分集技术广泛应用于无线通信系统中，它能够提升无线通信系统抗多径衰落的能力。而改进型差分混沌键控(DCSK)拥有更好的保密性和信道利用率。鉴于此，本发明提出了一种结合空间分集的新型MMO-DCSK混沌通信系统，既提高DCSK保密通信系统抗多径衰落的能力，同时提升其保密性能。
【发明内容】
[0005]针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种保证了传输速率而且提高了安全性、并且误码性能也有所提高，改善DCSK系统的多径衰落的基于差分混沌键控DCSK的MMO保密通信方法，本发明的技术方案如下:一种基于差分混沌键控DCSK的MMO保密通信方法，其包括以下步骤:
[0006]101、在混沌系统的发送端采用Logistic混沌映射发生器产生两个不同的混沌信号Xl，k和混沌信号X2，k，所述Logistic混沌映射发生器的表达式为
Xn+1 = f(xn) = ' _ ，其中 μ 为系数，当 μ = 2.9 和 μ = 3.0 时 Logistic 混沛映射
发生器产生混沌信号Xl，k和混沌信号x2，k，并将混沌信号Xl，k和混沌信号x2，k分别经过扩频系数M相位延迟后得到延迟混沌信号X1^和延迟混沌信号x2，kM ；
[0007]102、将待发送的消息m(i)经过二进制转换，然后对经过二进制转换后的m(i)采用STBC空时分组码编码器分组编码变成两路双极性信号S1和S2，并将双极性信号S1与步骤101中得到的延迟混沌信号Xl，kM相乘得到传输信号S1X1^通过天线TX2发送给信道II进行传输，在信道I中进行传输，所述双极性信号S2与步骤101中得到的延迟混沌信号x2，kM相乘得到传输信号s2x2，kM通过天线TXl发送给信道I进行传输，所述信道I的输出信号为r,n,所述信道II的输出信号为r2，n，其中信道I在一个符号周期T内，前半个周期T/2信道传输的是参考信号，而后半个T/2周期信道传输的是传输信号s2x2，kM ;信道II前半个周期T/2信道传输的是参考信号，而后半个T/2周期信道传输的是信号S1X1^ ；
[0008]103、当混沌系统的接收端天线RXl和RX2接收到步骤102中信道I的输出信号 及信道II的输出信号r2，n后，接收端将接收到的信号根据交换表达式进行交换处理得到
解码恢复信号r3，n、r4,n,交换表达式分别为:
【权利要求】
1.一种基于差分混沌键控DCSK的MMO保密通信方法，其特征在于包括以下步骤: 101、在混沌系统的发送端采用Logistic混沌映射发生器产生两个不同的混沌信号x1Λ和混沛信号x2，k,所述Logistic混沛映射发生器的表达式为.xn+1 =f(xn) = 1- μxn2，其中μ为系数，当μ = 2.9和μ = 3.0时Logistic混沌映射发生器产生混沌信号x1Λ和混沌信号x2，k，并将混沌信号Xl，k和混沌信号x2，k分别经过扩频系数M相位延迟后得到延迟混沌信号延迟混沌信号X2，kM ； 102、将待发送的消息m(i)经过二进制转换，然后对经过二进制转换后的m(i)采用STBC空时分组码编码器分组编码变成两路双极性信号S1和S2，并将双极性信号S1与步骤101中得到的延迟混沌信号Xl，kM相乘得到传输信号slXl，kM通过天线TX2发送给信道II进行传输，在信道I中进行传输，所述双极性信号S2与步骤101中得到的延迟混沌信号X2^相乘得到传输信号s2x2，kM通过天线TXl发送给信道I进行传输，所述信道I的输出信号为r1,n，所述信道II的输出信号为r2，n，其中信道I在一个符号周期T内，前半个周期T/2信道传输的是参考信号，而后半个T/2周期信道传输的是传输信号S2X2 ;信道II前半个周期T/2信道传输的是参考信号，而后半个T/2周期信道传输的是信号slXl，kM ； 103、当混沌系统的接收端天线RXl和RX2接收到步骤102中信道I的输出信号及信道II的输出信号r2，n后，接收端将接收到的信号根据交换表达式进行交换处理得到解码恢复信号r3，n、r4，n,交换表达式分别为:
2.根据权利要求1所述的基于差分混沌键控DCSK的MMO保密通信方法，其特征在于:步骤102中的信道I的输出信号rq,n = s1；n+ ξ 1；n, r2，n = s2；n+ ξ 2；n, ξ ln, ξ 2，n为加性高斯白噪声AWGlO12为€1，?的方差，022为ξ2，η的方差，均值都为O。
3.根据权利要求1所述的基于差分混沌键控DCSK的MMO保密通信方法，其特征在于:步骤102中的STBC空时分组码编码器分组编码为矩阵
【文档编号】H04L9/00GK104009834SQ201410162996
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】张刚, 王源, 张天骐, 贺利芳, 李波, 王颖 申请人:重庆邮电大学