一种利用混沌和mimo相结合的通信方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用混沌和MIMO相结合的通信方法，属于通信【技术领域】。本方法针对相关延迟键控(CDSK)混沌通信方案存在的传输速率低、误码率高、保密性不强的缺陷，采用将调频信号分散到多信道进行传输，分段循环移位器将延迟后的信号等分为M段，根据信息码元将M段信号循环右移n段，并逐位加到原来混沌信号中构成输出信号。本发明所述的通信方法保密性明显增强，信息传输速率较FM-CDSK方案有显著提高。在误码率相同条件下，信噪比较FM-CDSK有极大改善。采用本通信方法的改进型混沌保密通信系统，在图像，及军事保密信息等领域内具有广泛的应用前景。
【专利说明】-种利用混沌和MIMO相结合的通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信【技术领域】，涉及一种利用混沌和MIM0相结合的通信方法，特别是 一种基于改进型FM-⑶SK的新型MM0-FM-SS⑶SK保密通信方法。
【背景技术】
[0002] 混沌系统的基本特征在于它表现出来的非周期性、对初值的敏感性、良好的自相 关特性以及混沌信号的内随机性，这决定了将混沌信号应用于通信领域的可能性，并且混 沌信号的独特性质，使得混沌信号能够在保密通信中获得更加广泛的应用。按照目前国际 国内的研究水平，将混沌通信主要划分为四大类：混沌键控；混沌扩频；混沌参数调制；混 沌掩盖。在这四大类混沌通信体制中，混沌键控占有举足轻重的地位、广阔的发展前景以及 较大的应用价值。继Parlitz等人第一次提出混沌键控技术之后，很多基于混沌键控的数 字调制和解调方式相应提出，比较经典的有Dedidu和Kennedy提出的基于相干解调的混沌 移位键控（CSK)和混沌通断键控（COOK)，在此基础之上，差分混沌键控（DCSK)和调频差分 混沌键控（FM-DCSK，如附图1)等数字调制方法相继被提出。差分混沌键控DCSK调制时， 每一比特的信号分为两部分发送，第一部分发送混沌抽样函数作为参考信号，第二部分发 送混沌抽样函数携带信息。若发送端发送的信息是"0"，则两次发送的信号相同，若发送端 发送的信息是"1"，则两次发送的信号反相。FM-DCSK调制就是产生比特能量为常数的宽带 DCSK信号。FM信号的瞬时功率与调制方式无关。FM调制器的输出带宽信号可变，因而接收 机中相关器的输出在没有噪声的情况下具有零方差，从而解决了预测的问题，但是FM-DCSK 系统依然克服信息传输率低，保密性不强的缺点。由Sushchik等人在2000年提出了相关 延迟键控（⑶SK)方案，⑶SK是DCSK的一种变形，相比之下，⑶SK在发送端用加法器代替 DCSK的开关结构，接收端的结构与DCSK相同。FM-CDSK(附图2)在系统结构得到简化的同 时，也减少了信号的重发，使得传码率相比于FM-DCSK有一定的提高，它克服了先前的DCSK 方案中不能连续发射信号、传输效率低的缺点，但是由于CDSK的误码率较高，而导致CDSK 的整体性能不如DCSK好，且系统的保密性能不强。
[0003] 有鉴于此，本发明提出一种改进型的混沌键控方案--多端输入多端输出调频分 段移位相关延迟键控MM0-FM-SS⑶SK保密通信系统。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种利用混沌和MM0相结合的通信方法，该方法将MM0 同混沌相关延迟键控系统相结合，采用多条信道交叉传递信号，提高系统的信息传送效率； 多条信道信息信号和噪声信号相互干扰，增强系统传递信息的保密性并实时准确的检测出 有用信息信号。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] 一种利用混沌和MM0相结合的通信方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0007] 步骤一：在发送端采用Tent映射，产生两个不同的混沌信号；两个不同的混沌信 号xn和Yn各自经过FM调制后变成信号Xi、Yp分别表示调节参数不同的混沌信号；
[0008] 步骤二：发送端把信息叫串并转换后变成两个双极性信号ak和bk，两路信息信 号分别作用于两条信道；信道1中传输的混沌序列\被延迟L，然后再经过分段循环移 位器，被分为M段，M段信号由信息信号bk决定循环右移的位数，形成承载信息携带信号 T(Xi_ubk)，承载信息携带信号T(Xi_ubk)再与信道2发送的混沌序列Yj相加，形成信道2的 发送端发送序列S2 ;信道1的发送端发送序列Si，也同样由t被信息信号ak作用后的循环 延迟序列，形成的承载信息携带信号T(YpUak)和\相加形成；
[0009] 步骤三：传输序列Si与第一条信道噪声M乍用，得到第一条信道接收端序列札， 同理，传输序列S2与第二条信道噪声12作用，得到第二条信道接收端序列馬 ；
[0010] 步骤四：在接收端采用非相干解调方式来恢复信号，即把接收到的信号序列凡和 馬分别延迟L后依次通过三个移位器，形成移位后信号，每一个移位器后的移位信号再与收 到的信号序列&或R2做相关运算，其中&的延迟序列，经过移位器后同R2做相关运算，R2 的延迟序列经过移位器后同&做相关运算；
[0011] 步骤五：基于混沌信号良好的自相关特性，根据相关器的输出的相关系数 4Zi，Z2,Z3的大小对比，即可解码出发送端发送的信息信号ak和bk。
[0012] 本发明的有益效果在于：本发明提供的利用混沌和MIM0相结合的通信方法，其性 能明显要优于传统的系统和方法，系统的保密性能明显比传统的混沌保密系统强，同时克 服了FM-CDSK系统误码率高、FM-DCSK系统传码率低的缺点，误码率相同的前提下，本方案 比FM-⑶SK方案对信噪比的要求，明显小了很多，这更加说明了MM0-FM-SS⑶SK调制方案 有更好的鲁棒性。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0014] 图1为FM-DCSK系统的调制原理图；
[0015] 图2为FM-⑶SK系统的调制原理图；
[0016] 图3为本发明提供的新型MM0-FM-SS⑶SK发送端系统结构图；
[0017] 图4为本发明提供的新型MM0-FM-SS⑶SK接收端系统结构图；
[0018] 图5为新型MM0-FM-SSCDSK不同M值下误码率；
[0019] 图6为传统FM-DCSK、FM-CDSK和新型MM0-FM-SSCDSK误码率对比图。
【具体实施方式】
[0020]在本发明所述的方案中，采用多端输入多端输出同调频分段移位相关延迟键控相 结合，调制端和解调端都采用多条信道并行，调制端两条信道发送的信号相互作用，使得携 带的信息在两条信道上被接收，解调端在必须获得两条信道的信息的情况下，才能准确的 获取发送的信息。调制端通过串并转换器，将输入的信息信号转换为多路信号，分别作用 于不同的混沌信号。调制端一个分段循环移位器代替了原有的乘法器，该分段循环移位器 将信道延迟的序列^(或者u等分为m个信号段(延迟序列 I )，发送的信息码元叫串并转换后输出信息码元ak和bk，bk决定将 Xm等分的M个信号段循环右移n(0彡n<M)位，即形成信息携带信号T(Xmbk)，ak决定 将Yu等分的M个信号段循环右移n(0彡n<M)位，即形成信息携带信号T(Yu，ak)。将 M个信号段循环右移即可得到M种不同的排列，这些排列可以表达出不同的多进制信号码 元，共有M个。同样，将两个信道传输的混沌信号\和混沌信号t等分为M段，分别得到 和信号段巧?"。将信号段尤，^，^，…，义广逐段与 T(Yj_uak)相加即得到第一个信道的传输序列Si，传输序列Si与第一条信道噪声〖i作用， 得到第一条信道接收端序列&，同理，即可获得传输序列S2与第二条信道接收端序列R2。
[0021] 从图3发送端可以看出，信息nii串并转换后形成两个双极性信号ak和bk，信息信 号分别作用与两条信道。混沌信号延迟后经过分段循环移位器，再与双极性信息信号ak或 bk作用，形成两路信息承载信号T(Xi_ubk)和T(Yuak)，再分别与对应信道的混沌序列相 力口，形成发送端序列。
[0022] 由于混沌信号本身的类噪声特性，使得混沌信号的自相关为1，互相关几乎为0， 故在接收端，通过移位器移位之后的信号，与接收的信号序列相关运算，根据相关后的结 果，可以很明显的判别出承载信息信号被分段循环移位器作用后右移的位数，从而能够解 码出发送端传输的多进制信息码元ak或者bk所携带的信息。该方案从传统的单信道传输 方式，改为将信息分散到两个信道传输，不仅提高了传输速率，而且安全性明显提高，保密 性显著增强，不易被破解。
[0023] 从图4可以看出，接收端收到加有噪声的序列，延迟后经过多个移位器，再与另外 一条信道收到的噪声序列做相关，对比相关器4Zi，Z2,Z3大小，即可解码出发送端信息信 号ak和bk。
[0024] 本方法的具体步骤如下：
[0025] 步骤1 :在系统的发送端使用Tent映射，产生两个不同的混沌信号。两个不同的 混沌信号Xn和Yn各自经过FM调制后变成信号\、Yj，分别表示调节参数不同的混沌信号。
[0026] 步骤2 :发送端把信息％串并转换后变成两个双极性信号ak和bk，两路信息信 号分别作用与两条信道。信道1中传输的混沌序列Xi被延迟L，然后再经过分段循环移 位器，被分为M段，M段信号由信息信号bk决定循环右移的位数，形成承载信息携带信号 T(Xi_ubk)，承载信息携带信号T(Xi_ubk)再与信道2发送的混沌序列Yj相加，形成信道2的 发送端发送序列S2。信道1的发送端发送序列Si，也同样由t被信息信号ak作用后的循环 延迟序列，形成的承载信息携带信号T(YpUak)和\相加形成。
[0027] 步骤3:传输序列Si与第一条信道噪声M乍用，得到第一条信道接收端序列札， 同理，传输序列S2与第二条信道噪声12作用，得到第二条信道接收端序列馬。
[0028] 步骤4:改进型FM-DCSK通信系统中接收端采用非相干解调方式来恢复信号，即把 接收到的信号序列&和R2分别延迟L后依次通过三个移位器，形成移位后信号，每一个移 位器后的移位信号再与收到的信号序列&或R2做互相关运算，其中&的延迟序列，经过移 位器后同R2做互相关运算，R2的延迟序列经过移位器后同&做互相关运算。
[0029] 步骤5:基于混沌信号良好的自相关特性，根据相关器的输出的相关系数 4Zi，Z2,Z3的大小对比，即可解码出发送端发送的信息信号ak和bk。
[0030] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0031]步骤1:
[0032] Tent映射在混沌保密通信中得到广泛的应用，更多的是用Tent映射来产生伪随 机序列，其理论依据是混沌动力系统对于初值和参数的敏感性。Tent映射又称帐篷映射，是 分段线性的一维映射，具有均匀的概率密度、功率谱密度和理想的自相关特性，数学表达式 为：
【权利要求】
1. 一种利用混沌和MIMO相结合的通信方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤一：在发送端采用Tent映射，产生两个不同的混沌信号；两个不同的混沌信号Xn和Yn各自经过FM调制后变成信号Yj，分别表示调节参数不同的混沌信号； 步骤二：发送端把信息1?串并转换后变成两个双极性信号ak和bk，两路信息信号分别 作用于两条信道；信道1中传输的混沌序列Xi被延迟L，然后再经过分段循环移位器，被分 为M段，M段信号由信息信号bk决定循环右移的位数，形成承载信息携带信号T (Xi_u bk)，承 载信息携带信号T (Xi_u bk)再与信道2发送的混沌序列Yj相加，形成信道2的发送端发送 序列S2 ;信道1的发送端发送序列Si，也同样由t被信息信号ak作用后的循环延迟序列， 形成的承载信息携带信号T(YpU ak)和\相加形成； 步骤三：传输序列S,与第一条信道噪声I ,作用^导到第一条信道接收端序列心同理， 传输序列S2与第二条信道噪声12作用，得到第二条信道接收端序列馬； 步骤四：在接收端采用非相干解调方式来恢复信号，即把接收到的信号序列&和R2分 别延迟L后依次通过三个移位器，形成移位后信号，每一个移位器后的移位信号再与收到 的信号序列&或R2做相关运算，其中&的延迟序列，经过移位器后同R2做相关运算，R 2的 延迟序列经过移位器后同&做相关运算； 步骤五：基于混沌信号良好的自相关特性，根据相关器的输出的相关系数Zp Z2, Z3的大小对比，即可解码出发送端发送的信息信号ak和bk。
【文档编号】H04L9/00GK104410487SQ201410733869
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月4日 优先权日:2014年12月4日
【发明者】张刚, 李泽金, 张天骐, 贺利芳, 崔妮婷, 胡韬 申请人:重庆邮电大学