[发明专利]一种利用混沌和MIMO相结合的通信方法

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。

主权项

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Xi、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mi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‑L,bk)，承载信息携带信号T(Xi‑L,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S1，也同样由Yj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(Yj‑L,ak)和Xi相加形成；在发送端有两条信道，分别发射两个混沌信号，信道1发射混沌信号Xn，经过FM调制，生成混沌序列Xi，信道2发射混沌信号Yn，经过FM调制，生成混沌序列Yj；将两条信道上作为参考信号的延迟L的混沌序列Xi‑L和Yj‑L等分成4个信号段，分别为信号段和信号段形成承载信息的信号T(Yj‑L,ak)和承载信息的信号T(Xi‑L,bk)；当信息码元ak和信息码元bk分别取不同数值时，若ak发送信息码元i(i＝1,2,3,4)，承载信息的信号T(Yj‑L,ak)等价于将参考信号右移i个信号段；同理，当bk发送不同的信息码元时，承载信息的信号T(Xi‑L,bk)将参考信号做相应的移位；具体的承载信息T(Yj‑L,ak)如下：Y(Yj-L,ak)=Yj-L1,Yj-L2,Yj-L3,Yj-L4ak=0Yj-L4,Yj-L1,Yj-L2,Yj-L3ak=1Yj-L3,Yj-L4,Yj-L1,Yj-L2ak=2Yj-L3,Yj-L4,Yj-L1,Yj-L2ak=3]]>得到的信道1的发送信号S1表示为：S1＝Xi+T(Yj‑L,ak)；步骤三：传输序列S1与第一条信道噪声ξ1作用，得到第一条信道接收端序列R1，同理，传输序列S2与第二条信道噪声ξ2作用，得到第二条信道接收端序列R2；在接收端，将接收到的携带信息的混沌序列R1与R2分别延迟L，得到Ri‑L送入相应的移位器，每经过一个移位器向右循环移位一次，经过3次移位，形成4种排列；由于两条信道是对称形式，信道1信息码元ak为不同码元信息时，则有R1被延迟L后的四种排列为：Xi-L1+Yj-2L1+ξi-L,Xi-L2+Yj-2L2+ξi-L,Xi-L3+Yj-2L3+ξi-L,Xi-L4+Yj-2L4+ξi-Lak=0Xi-L1+Yj-2L4+ξi-L,Xi-L2+Yj-2L1+ξi-L,Xi-L3+Yj-2L2+ξi-L,Xi-L4+Yj-2L3+ξi-Lak=1Xi-L1+Yj-2L3+ξi-L,Xi-L2+Yj-2L4+ξi-L,Xi-L3+Yj-2L1+ξi-L,Xi-L4+Yj-2L2+ξi-Lak=2Xi-L1+Yj-2L2+ξi-L,Xi-L2+Yj-2L3+ξi-L,Xi-L3+Yj-2L4+ξi-L,Xi-L4+Yj-2L1+ξi-Lak=3;]]>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R1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R1或R2做相关运算，其中R1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R1做相关运算；在解调端，将接收到的携带信息的混沌序列延迟L，然后通过移位器，再与另外一条信道接收的混沌序列做相关；将解码器中4个相关系数Z0,Z1,Z2,Z3进行比较，选出最大值，确定发送端循环右移的位数，进而解码出发送端发送的信息码元；信道1，经过不同移位器后对应的混沌序列：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Z0,Z1,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；信道1的接收端接收的混沌序列R1，延迟L再经过移位后的输出结果，每个输出结果同R2作相关运算，当且仅当信道1的接收端右移0位时，4个信号段中的所有包含Xi‑L的信号段完全对应，做互相关时输出最大值；同理，ak发送其他信息码元时，只有在4个信号段中的所有包含Xi‑L的信号段完全对应，做互相关时输出最大值，对比Z0,Z1,Z2,Z3的大小，即解码出信息码元bk发送的信息；若最大值是Z0，则解码出发送端信息码元ak发送的是信息“0”；若最大值是Z1，则解码出发送端信息码元ak发送的是信息“1”；若最大值是Z2，则解码出发送端信息码元ak发送的是信息“2”；若最大值是Z3，则解码出发送端信息码元ak发送的是信息“3”；至此完成所有步骤；由于信道1与信道2具有对称性，以及M段信号对应做相关，每段信号的互相关结果相同，取信息码元ak发送“0”时，信道1的没有移位的接收信号的第一个信号段同信息码元bk为“0”时的信道2的接收混沌序列R2的第一个信号段做相关，所计算出的误码率，即为整个系统的误码率；相关器的输出结果为：Si=(Xi-L1+Yj-2L1+ξi-L)(Yj1+Xi-L1+ξj)=Xi-L1Xi-L1+Xi-L1Yj1+Yj-2L1Xi-L1+Yj-2L1Yj1+ξi-LYj1+Yj-2L1ξj+Xi-L1ξj+ξi-LXi-L1+ξi-Lξj]]>令Si＝A+ξ+η A＞0，其中η=Xi-L1Yj1+Yj-2L1Xi-L1+Yj-2L1Yj1+ξi-LYj1+Yj-2L1ξj+Xi-L1ξj+ξi-LXi-L1+ξi-Lξj;]]>A＝Eb/(2M)，表示信号能量；ζ信息信号经过信道所增加的噪声干扰，η代表处有用信息信号外的噪声项总和；当M逐渐增加时η·ζ逐渐趋于高斯分布，在这里需要确定η+ζ的均值与方差；ζ和η之间的互相关为0，η·ζ的均值E[ζη]＝0；因为η、ζ之间相互独立，η、ζ之间的协方差为0，同时由η,ζ相互独立得为η+ζ方差；η的方差表达式为：ση2=EbN0+MN024+3Eb24M]]>N0是噪声功率谱密度，ζ的方差依赖于Tent帐篷映射，帐篷映射的方差为：σξ2=Eb25M]]>则，η+ζ方差为：σξ+η2=σξ2+ση2=EbN0+MN024+19Eb220M]]>整个系统的误码率计算为：Pe=12erfc(A2σξ+η2)=12erfc(Eb8N0(1+19Eb20MN0+MN04Eb)-1).]]>