一种基于频域混沌的认知无线电系统的制作方法

本实用新型涉及无线通信领域，更具体地，涉及一种基于频域混沌的认知无线电系统。

背景技术：

随着物联网的不断发展，关于智能物流中物品信息的高速高安全性的无线传输已经成为一种需求。但一方面，物联网的通信性能受限于紧缺的频谱资源，因而，能够检测谱空洞、识别出未用频段从而能够提高频谱利用率的认知无线电技术在近年来得到了广泛的应用。另一方面，混沌信号调制技术是传统无线通信系统中增强物理层信息传输安全性的有效方法，而物联网中的认知无线电系统与传统无线通信系统一样，由于传输信息的无线信道具有广播特性，容易受到恶意攻击。因此，将混沌技术用于认知无线电系统，从而保障物联网中物品信息的安全性，在物联网通信领域中具有很好的应用前景。

然而，传统的混沌通信系统是基于时域信号处理技术，其混沌信号发生器也是工作在时域，因此，与其他通信系统一样，需要占据一个连续的固定的频带来传输信息。这使得传统的混沌通信技术难以直接用于动态频谱接入的认知无线电系统中。

技术实现要素：

本实用新型提供一种基于频域混沌的认知无线电系统，该系统具备认知无线电的空洞频谱检测和接入能力，同时具备混沌通信的高安全性能。

为了达到上述技术效果，本实用新型的技术方案如下：

一种基于频域混沌的认知无线电系统，包括发送端和接收端，发送端和接收端通过信道连接，发送端包括符号调制模块、混沌调制模块、频谱接入模块、OFDM调制模块和上变频模块，接收端包括符号解调模块、混沌解调模块、频谱接入模块、OFDM解调模块、同步模块和下变频模块；所述符号调制模块、混沌调制模块、频谱接入模块OFDM调制模块和上变频模块顺次连接；所述上变频模块经信道与下变频模块连接，下变频模块经同步模块连接到OFDM解调模块连接，OFDM解调模块经过频谱接入模块还与混沌解调模块连接，混沌解调模块还与符号解调模块连接；比特流从符号调制模块输入系统，从符号解调模块输出。

本实用新型中，由OFDM调制模块调制出的符号经频谱接入模块取出可用频谱上的信息符号后，输入到混沌解调模块以恢复出高阶码元符号，这些符号最后输入到符号解调模块以还原出比特流；其中，混沌调制模块内混沌信号发生器产生的混沌信号和经由符号调制模块映射成的码元符号一同输入到混沌掩盖模块，在此取混沌信号的极性与信息符号进行点乘运算从而使得符号的极性呈现伪随机化以提高信息安全性。

进一步地，所述符号调制模块包括顺次连接的串并转换模块和符号映射模块，串并转换模块外接比特信号源，符号映射模块还与混沌调制模块连接。

进一步地，所述混沌调制模块包括发送端混沌信号发生器和混沌掩盖模块，混沌掩盖模块的一个输入端与符号映射模块连接，另一个输入端与发送端混沌信号发生器相连。

进一步地，所述频谱接入模块包括认知无线电频谱感知模块、发送端子载波映射模块和接收端子载波映射模块；发送端子载波映射模块的一个输入端与混沌掩盖模块的输出端连接，另一个输入端与认知无线电频谱感知模块连接；接收端子载波映射模块的一个输入端与OFDM解调模块连接，另一个输入端与认知无线电频谱感知模块连接。

进一步地，所述OFDM调制模块包括顺次连接的逆快速傅里叶变换模块、并串转换模块和同步信号加入模块；逆快速傅里叶变换模块的输入端与发送端子载波映射模块的输出端连接，同步信号加入模块连接到上变频模块。

进一步地，所述OFDM解调模块包括顺次连接的同步信号去除模块、串并转换模块和快速傅里叶变换模块；同步信号去除模块的输入端与同步模块连接，快速傅里叶变换模块连接到接收端子载波映射模块的一个输入端。

进一步地，所述混沌解调模块包括接收端混沌信号发生器和混沌去掩盖模块；混沌去掩盖模块的一个输入端与接收端子载波映射模块的输出端，另一个的输入端与混沌信号发生器连接。

进一步地，所述符号解调模块包括顺次连接的符号判决模块和并串转换模块，符号判决模块的输入端与混沌去掩盖模块的输出端连接，并串转换模块输出处理后的比特流信号。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

本实用新型将认知无线电与混沌调制结合起来，运用到无线通信系统中，即利用了认知无线电的空洞频谱检测和接入能力提高通信系统的频谱利用效率，又将混沌信号应用到频域的信号调制中，提高了通信的信息安全性。其中，频域的信号调制中采用的OFDM调制技术是现有技术，本实用新型的重点是将频域混沌信号与OFDM调制技术有机结合起来，应用到认知无线电系统中，从而实现有效的频域认知与安全通信。

附图说明

图1为本实用新型系统结构图；

图2为本系统基于OFDM的同步程序流程。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种基于频域混沌的认知无线电系统，包括发送端和接收端，发送端和接收端通过信道连接，发送端包括符号调制模块、混沌调制模块、频谱接入模块、OFDM调制模块和上变频模块，接收端包括符号解调模块、混沌解调模块、频谱接入模块、OFDM解调模块、同步模块和下变频模块；所述符号调制模块、混沌调制模块、频谱接入模块OFDM调制模块和上变频模块顺次连接；所述上变频模块经信道与下变频模块连接，下变频模块经同步模块连接到OFDM解调模块连接，OFDM解调模块经过频谱接入模块还与混沌解调模块连接，混沌解调模块还与符号解调模块连接；比特流从符号调制模块输入系统，从符号解调模块输出。

本实施例中，在发送端，符号调制模块中串并转换的作用是将串行的信息比特流转换成并行的比特流，以适合符号调制模块对其进行高阶的符号映射，并行的比特流进入其中的符号映射模块，经过QAM、16PSK等星座图映射转化成码元符号；在混沌调制模块中，由混沌信号发生器产生的混沌信号和映射成的码元符号一同输入到其中的混沌掩盖模块，在此对信息符号与混沌信号进行运算处理以对信息符号进行加密，本实用新型采用的运算是取混沌信号的极性与信息符号进行点乘操作，从而使得符号的极性呈现伪随机化。在接收端，混沌解调模块与发送端具有相同的混沌初值和参数，对经过OFDM解调和子载波映射的符号和混沌信号进行逆运算处理以解密信息。本实用新型采用的逆运算与发送端的运算相同，即取混沌信号的极性与符号进行点乘操作，从而使得符号的极性得以恢复。

本实施例中，符号调制模块包括顺次连接的串并转换模块和符号映射模块，串并转换模块外接比特信号源，符号映射模块还与混沌调制模块连接；混沌调制模块包括发送端混沌信号发生器和混沌掩盖模块，混沌掩盖模块的一个输入端与符号映射模块连接，另一个输入端与发送端混沌信号发生器相连。

本实施例中，频谱接入模块包括认知无线电频谱感知模块、发送端子载波映射模块和接收端子载波映射模块；发送端子载波映射模块的一个输入端与混沌掩盖模块的输出端连接，另一个输入端与认知无线电频谱感知模块连接；接收端子载波映射模块的一个输入端与OFDM解调模块连接，另一个输入端与认知无线电频谱感知模块连接。频谱接入模块的作用有两点，一是从空间中动态地感知频谱信息，二是根据感知得到的频谱信息避开此时被占用的频段并生成可用频谱给发送方和接收方使用；其中，频谱接入模块感知频谱信息的方法为：对接收的信息离散符号进行FFT得到频域信号，再取频域信号的平方得到能量谱信号，当主用户的能量谱信号与次用户的能量谱信号不同时，可以设置一定能量谱门限区分主用户和次用户，以避开主用户占用的频段并生成可供次用户使用的频谱。在此，当FFT的点数一定时，将这段子频段平均分割成多个子频段。子频段的个数越多，即目标频段可被细化识别的子频段数目越多，对频谱认知的精确程度要求也越高；频谱检测的精度与FFT点数成比例，增大FFT点数可以提高频谱检测精度，有益于窄带信号的检测；生成可用频谱的功能通过频谱接入模块内部的子载波映射模块实现，其作用是确定目标频段的中心频率和带宽，并在这段目标频段上根据感知得到的可用频谱信息进行子载波映射。

OFDM调制模块包括顺次连接的逆快速傅里叶变换模块、并串转换模块和同步信号加入模块；逆快速傅里叶变换模块的输入端与发送端子载波映射模块的输出端连接，同步信号加入模块连接到上变频模块；OFDM解调模块包括顺次连接的同步信号去除模块、串并转换模块和快速傅里叶变换模块；同步信号去除模块的输入端与同步模块连接，快速傅里叶变换模块连接到接收端子载波映射模块的一个输入端。

其中，混沌解调模块包括接收端混沌信号发生器和混沌去掩盖模块；混沌去掩盖模块的一个输入端与接收端子载波映射模块的输出端，另一个的输入端与混沌信号发生器连接；解调模块包括顺次连接的符号判决模块和并串转换模块，符号判决模块的输入端与混沌去掩盖模块的输出端连接，并串转换模块输出处理后的比特流信号。

本实施例中，采用美国National Instruments的通用软件无线电外设(USRP)和软件开发平台LabVIEW，上下变频交由USRP实现，符号同步及上层的调制和解调功能的实现则由软件层面实现。其中，同步模块在软件上对基带信号的符号同步，其程序流程如图2所示。其方法是基于训练序列的同步算法，发送和接收双方共用一段已知的训练序列，接收端每次取两组OFDM符号长度的数据，以确保信号同步时这两组数据中至少有一组训练序列，在接收端，用本地训练序列对接收信号进行相关运算，通过设置一定的相关门限，若相关值大于该门限，即为找到了训练序列位置。当找到了每组OFDM符号训练序列的起始位置，即实现了符号同步。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。