本實用新型屬于通信領域，具體涉及一種DC-DCSK保密通信系統(tǒng)。

背景技術：

混沌現(xiàn)象是一種在某些是非線性系統(tǒng)中看似隨意的和不規(guī)則運動。混沌信號具有擴頻通信系統(tǒng)所需的良好的相關特性，非周期性和類隨機性，同時混沌信號具有類噪聲性，這使得它們很難檢測出來，因此混沌信號在擴頻通信和保密通信中具有很好的應用前景。

近年來對于混沌數(shù)字通信的研究得到了比較迅速的發(fā)展，多種混沌數(shù)字調(diào)制方案被提出，混沌數(shù)字信號的傳輸主要有混沌參數(shù)調(diào)制和混沌鍵控(CSK)?；煦鐓?shù)調(diào)制將發(fā)送的數(shù)字信號隱藏于混沌信號的系統(tǒng)參數(shù)中，由于混沌參數(shù)調(diào)制對外界的干擾十分敏感，在有噪聲的情況下這將大大降低通信系統(tǒng)的性能。CSK在抗噪聲能力上優(yōu)于混沌參數(shù)調(diào)制技術具有比較好的發(fā)展前途。

CSK數(shù)字通信從最初的混沌開關鍵控(COOK)發(fā)展到性能更好的差分混沌鍵控(DCSK)，調(diào)頻差分混沌鍵控(FM-DCSK)和正交混沌鍵控(QCSK)等。其中FM-DCSK性能優(yōu)越，被歐盟委員會列為長期研究計劃。FM-DCSK大致和DCSK類似只是將DCSK的混沌信號進行調(diào)頻然后經(jīng)過調(diào)制，因此具有和DCSK類似的缺點：由于使用了傳輸參考技術，系統(tǒng)浪費了一半的功率發(fā)送不含任何數(shù)據(jù)信息的參考信號，系統(tǒng)性能比相干混沌數(shù)字通信系統(tǒng)差。分別在不同的時間段內(nèi)傳輸參考信號和信息信號要花費一半的比特時間傳輸沒有攜帶任何數(shù)據(jù)信息的參考信號，因而系統(tǒng)的比特傳輸速率只是其他系統(tǒng)的一半。鑒于系統(tǒng)在比特傳輸速率和性能方面存在不足，該技術目前只能在一些對數(shù)據(jù)速率和性能要求并不是很高的場合下應用。DCSK的調(diào)制解調(diào)原理如圖1、2所示。

發(fā)射機輸出的信號是

其中x_i是混沌發(fā)生器產(chǎn)生的混沌序列，b_k為第k個比特周期內(nèi)的1個的信息比特，M為序列被延遲的長度。

接收機接收到的信號為r_i

r_i＝s_i+ξ_i

ξ_i是信息傳輸過程中引入的噪聲干擾。在接收機中對收到的信號進行相關運算

式中第(2)項為噪聲引起的干擾其均值為0，在接收機中利用Z_k與判決門限0比較就可以恢復原始的信息比特。

由于花費一半的時間來傳輸不含有信息的參考序列，導致DCSK的比特速率不高，并且在一個比特周期內(nèi)DCSK前后兩個傳輸區(qū)間引入了信號之間的相關性，使得從收到的信號中提取信息傳輸?shù)谋忍芈食蔀榭赡?，降低了系統(tǒng)的安全性。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種DC-DCSK保密通信系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有DCSK系統(tǒng)的比特速率不高、系統(tǒng)安全性低的問題。

一種DC-DCSK保密通信系統(tǒng)，它包括發(fā)射機、混沌信號發(fā)生器、接收機；它還包括延時設備、加法器、反相器、乘法器、相關器、判決器，發(fā)射機和接收機之間通過第一信道和第二信道兩條信道連接，混沌信號發(fā)生器包括設在發(fā)射機中的第一混沌信號發(fā)生器和第二混沌信號發(fā)生器，一條信道傳輸兩個混沌信號的和，另一條信道傳輸兩個混沌信號的差，第一混沌信號發(fā)生器和第二混沌信號發(fā)生器的輸出端均與第一加法器相連；第二混沌信號發(fā)生器的輸出端與第一反相器的輸入端相連，第一混沌信號發(fā)生器的輸出端及第一反相器的輸出端與第二加法器的輸入端相連；第一混沌信號發(fā)生器的輸出端還與第一延時設備的輸入端相連，第二混沌信號發(fā)生器的輸出端還與第二延時設備的輸入端相連，第一延時設備的輸出端分別與第一乘法器和第二乘法器相連；第二延時設備的輸出端分別與第三乘法器和第四乘法器相連；第一乘法器及第三乘法器的輸出端與第三加法器的輸入端相連，第二乘法器及第四乘法器的輸出端與第四加法器的輸入端相連；第一加法器和第三加法器的輸出端通過第一時分復用開關與第一信道相連，第二加法器和第四加法器的輸出端通過第二時分復用開關與第二信道相連；

第一信道與第三延時設備的輸入端相連，第一信道還和第一相關器及第二相關器的輸入端相連；第三延時設備的輸出端與第一相關器及第三相關器的輸入端相連，

第二信道與第四延時設備的輸入端相連，第二信道還與第三相關器及第四相關器的輸入端相連；第四延時設備的輸出端分別與第二相關器及第四相關器的輸入端相連，

第一相關器和第二相關器的輸出端與第五加法器的輸入端相連，第一相關器的輸出端還與第六加法器的輸入端相連，第二相關器的輸出端還與第二反相器的輸入端相連；

第三相關器與第四相關器的輸出端與第七加法器的輸入端相連，第三相關器的輸出端還與第八加法器的輸入端相連，第四相關器的輸出端還與第三反相器的輸入端相連；

第二反相器的輸出端與第六加法器的輸入端相連，第三反相器與第八加法器的輸入端相連；

第五加法器的輸出端與第一判決器相連，第六加法器的輸出端與第二判決器的輸入端相連；第七加法器的輸出端與第三判決器的輸入端相連；第八加法器的輸出端與第四判決器的輸入端相連；

第一判決器、第二判決器、第三判決器和第四判決器的輸出端與并串轉(zhuǎn)換器相連。

本實用新型利用兩條信道在一個時隙內(nèi)可以傳輸4比特信息，通信速率提高至傳統(tǒng)DCSK的四倍，單條信道利用率達到原DCSK的2倍。由于參考序列是兩路混沌序列的線性組合，解調(diào)信息需要兩條信道上的參考信號，攔截任何一條信道都無法破解該信道上信號所攜帶的信息，通信系統(tǒng)的安全性更高保密性更好，提高通信的效率和安全性。本實用新型系統(tǒng)的誤碼率性能較原DCSK有所提高。

附圖說明

圖1是一種DCSK的調(diào)制框圖；

圖2是一種DCSK的解調(diào)框圖；

圖3是本實用新型一種DC-DCSK保密通信系統(tǒng)的調(diào)制框圖；

圖4是本實用新型一種DC-DCSK保密通信系統(tǒng)的解調(diào)框圖；

圖5是本實用新型一種DC-DCSK保密通信系統(tǒng)的結構示意圖；

圖6是M＝100時DCSK與本實用新型DC-DCSK誤碼率的性能比較圖；

圖7是M＝300時DCSK與本實用新型DC-DCSK誤碼率性能比較圖；

圖8是M＝500時DCSK與本實用新型DC-DCSK誤碼率性能比較圖。

圖中：發(fā)射機(1)，接收機(2)，并串轉(zhuǎn)換器(3)，第一信道(X1)，第二信道(X2)，第一混沌信號發(fā)生器(11)，第二混沌信號發(fā)生器(12)，第一加法器(13)，第一反相器(14)，第二反相器(29)，第三反相器(212)，第二加法器(15)，第三加法器(112)，第四加法器(113)，第五加法器(27)，第六加法器(28)，第七加法器(210)，第八加法器(211)，第一延時設備(16)，第二延時設備(17)，第一乘法器(18)，第二乘法器(19)，第三乘法器(110)，第四乘法器(111)，第一時分復用開關(114)，第二時分復用開關(115)，第三延時設備(21)，第四延時設備(22)，第一相關器(23)，第二相關器(24)，第三相關器(25)，第四相關器(26)，第一判決器(213)，第二判決器(214)，第三判決器(215)，第四判決器(216)。

具體實施方式

下面的實施例可以進一步說明本實用新型，但不以任何方式限制本實用新型。

一種DC-DCSK保密通信系統(tǒng)，它包括發(fā)射機1、混沌信號發(fā)生器、接收機2；它還包括延時設備、加法器、反相器、乘法器、相關器、判決器，發(fā)射機1和接收機2之間通過第一信道(X1)和第二信道(X2)兩條信道連接，混沌信號發(fā)生器包括設在發(fā)射機1中的第一混沌信號發(fā)生器11和第二混沌信號發(fā)生器12，一條信道傳輸兩個混沌信號的和，另一條信道傳輸兩個混沌信號的差，第一混沌信號發(fā)生器11和第二混沌信號發(fā)生器12的輸出端均與第一加法器13相連；第二混沌信號發(fā)生器12的輸出端與第一反相器14的輸入端相連，第一混沌信號發(fā)生器11的輸出端及第一反相器14的輸出端與第二加法器15的輸入端相連；第一混沌信號發(fā)生器11的輸出端還與第一延時設備16的輸入端相連，第二混沌信號發(fā)生器12的輸出端還與第二延時設備17的輸入端相連，第一延時設備16的輸出端分別與第一乘法器18和第二乘法器19相連；第二延時設備17的輸出端分別與第三乘法器110和第四乘法器111相連；第一乘法器18及第三乘法器110的輸出端與第三加法器112的輸入端相連，第二乘法器19及第四乘法器111的輸出端與第四加法器113的輸入端相連；第一加法器13和第三加法器112的輸出端通過第一時分復用開關114與第一信道X1相連，第二加法器15和第四加法器113的輸出端通過第二時分復用開關115與第二信道(X2)相連；

第一信道X1與第三延時設備21的輸入端相連，第一信道還和第一相關器23及第二相關器24的輸入端相連；第三延時設備21的輸出端與第一相關器23及第三相關器25的輸入端相連，

第二信道X2與第四延時設備22的輸入端相連，第二信道X2還與第三相關器25及第四相關器26的輸入端相連；第四延時設備22的輸出端分別與第二相關器24及第四相關器26的輸入端相連，

第一相關器23和第二相關器24的輸出端與第五加法器27的輸入端相連，第一相關器23的輸出端還與第六加法器28的輸入端相連，第二相關器24的輸出端還與第二反相器29的輸入端相連；

第三相關器25與第四相關器26的輸出端與第七加法器210的輸入端相連，第三相關器25的輸出端還與第八加法器211的輸入端相連，第四相關器26的輸出端還與第三反相器212的輸入端相連；

第二反相器29的輸出端與第六加法器28的輸入端相連，第三反相器212與第八加法器211的輸入端相連；

第五加法器27的輸出端與第一判決器213相連，第六加法器的輸出端28與第二判決器214的輸入端相連；第七加法器210的輸出端與第三判決器215的輸入端相連；第八加法器211的輸出端與第四判決器216的輸入端相連；

第一判決器213、第二判決器214、第三判決器215和第四判決器216的輸出端與并串轉(zhuǎn)換器3相連。

如圖3所示，本實用新型采用兩路混沌信號的線性組合作為混沌載波。

本實用新型DC-DCSK系統(tǒng)中每條信道傳輸?shù)臅r間幀被劃分為兩個時隙，第一個時隙內(nèi)傳輸長度為M的兩個混沌序列的線性組合(一條信道傳輸兩個混沌信號的和，另一條信道傳輸兩個混沌信號的差)作為參考信號，第二個時隙在每條信道上各傳輸攜帶了兩比特信息的信息序列。每條信道上的2比特信息分別調(diào)制在兩路不同的混沌信號上。

圖5是一種DC-DCSK保密通信系統(tǒng)的結構示意圖，其中信號通路如下：

在發(fā)射機(1)中由第一混沌信號發(fā)生器(11)和第二混沌信號發(fā)生器(12)產(chǎn)生混沌信號，由第一加法器(13)相加產(chǎn)生第一信道X1上的載波信號；第一混沌信號發(fā)生器(11)和第二混沌信號發(fā)生器(12)產(chǎn)生的信號通過第一反相器(14)后，經(jīng)第二加法器(15)輸出產(chǎn)生第二信道X2上的載波信號；同時第一混沌信號發(fā)生器(11)和第二混沌信號發(fā)生器(12)的信號分別經(jīng)過第一延時設備(16)、第二延時設備(17)延時后經(jīng)第一乘法器(18)、第二乘法器(19)、第三乘法器(110)第四乘法器(111)與要傳輸?shù)?bit二進制信息相乘，由第一乘法器(18)和第三乘法器(110)輸出的信號由第三加法器(112)求和后作為第一信道X1上的信息信號，由第二乘法器(19)和第四乘法器(111)輸出的信號由第四加法器(113)求和作為第二信道X2上的信息信號，兩路信道上的載波信號和信息信號分別通過第一時分復用開關(114)和第二時分復用開關(115)在第一信道X1和第二信道X2上分時發(fā)送。

在接收機(2)中從第一信道X1接收到的信號與其經(jīng)過第三延時設備(21)延時后的信號在第一相關器(23)中進行相關運算，并與第二信道X2經(jīng)過第四延時設備(22)延時后的信號在第二相關器(24)中進行相關運算，從第二信道X2接收到的信號與其經(jīng)過第四延時設備(22)延時后的信號在第四相關器(26)中進行相關運算，并與第一信道X1經(jīng)過第三延時設備(21)延時后的信號，在第三相關器(25)中進行相關運算；第一相關器(23)與第二相關器(24)輸出的結果由第五加法器(27)做求和運算送入第一判決器(213)，輸出的結果經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換可以得到傳送過來的4bit信息。

實施例1

(1)發(fā)射機分為以下步驟完成(如圖3所示)：

步驟1：在發(fā)射機(1)中由第一混沌信號發(fā)生器(11)和第二混沌信號發(fā)生器(12)產(chǎn)生兩路混沌序列x(i)和y(i)；

步驟2：將步驟1中產(chǎn)生的混沌序列由第一加法器(13)相加產(chǎn)生第一信道X1上的載波信號序列x(i)+y(i)；第一混沌信號發(fā)生器(11)和第二混沌信號發(fā)生器(12)產(chǎn)生的信號通過第一反相器(14)后，經(jīng)第二加法器(15)輸出產(chǎn)生第二信道X2上的載波信號x(i)-y(i)；

步驟3：在第k個碼元周期內(nèi)，將二進制信息經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換變成4位并行信號(a_k,b_k,c_k,d_k)，分別經(jīng)過第一延時設備(16)、第二延時設備(17)延時后的混沌序列上產(chǎn)生信息序列得到a_k*x(i-M)，b_k*y(i-M)，c_k*x(i-M)，d_k*y(i-M)；

步驟4：兩路信道上的載波信號和信息信號分別通過第一時分復用開關(114)和第二時分復用開關(115)在第一信道X1和第二信道X2上分時發(fā)送。

第一條信道的輸出為

第二條信道的輸出為

(2)接收機分為以下步驟完成(如圖4所示)：

步驟5：接收機對接收到的兩路信號r1(i)與r2(i)，兩條信道接收端收到的信號表達式分別是：

r1(i)＝s1(i)+ξ1(i)

r2(i)＝s2(i)+ξ2(i)

式中ξ1_i和ξ2_i是由信道噪聲引起的均值為0，方差為N₀/2的高斯隨機變量。

在接收機(2)中從第一信道X1接收到的信號與其經(jīng)過第三延時設備(21)延時后的信號r1(i-M)在第一相關器(23)中進行相關運算，并與第二信道X2經(jīng)過第四延時設備(22)延時后的信號r2(i-M)在第二相關器(24)中進行相關運算，從第二信道X2接收到的信號與其經(jīng)過第四延時設備(22)延時后的信號在第四相關器(26)中進行相關運算，并與第一信道X1經(jīng)過第三延時設備(21)延時后的信號，在第三相關器(25)中進行相關運算；分別得到四個相關結果：

步驟6：接收機收到兩路信號后對信號進行相關運算后的結果進行求和求差運算，第一相關器(23)與第二相關器(24)輸出的結果由第五加法器(27)做求和運算送入第一判決器(213)，第一判決器(213)輸出的結果與第二相關器(24)輸出的結果經(jīng)過第二反相器(29)后進行由第六加法器(28)求和送入第二判決器(214)，第三相關器(25)與第四相關器(26)輸出的結果由第七加法器(210)做求和運算送入第三判決器(215)，第三判決器(215)輸出的結果與第四相關器(26)輸出的結果經(jīng)過第三反相器(212)后由第八加法器(211)求和送入第四判決器(216)，得到4路判決變量：

Z1＝X1+X2

Z2＝X1-X2

Z3＝X3+X4

Z1＝X3-X4

經(jīng)過判決器可以得到4位2進制信息。

步驟7：將步驟6中的4比特信息經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換可以得到原信息比特序列，至此完成所有步驟。

在AWGN信道下對本系統(tǒng)進行仿真分析：

圖6、7、8是M＝100、300、500時DCSK與改進后的DC-DCSK誤碼率性能比較，可見本系統(tǒng)相對于DCSK而言不僅速度和安全性上有優(yōu)勢，在信息誤碼率上也要低于DCSK系統(tǒng)。