一種基于子載波移位的頻域混沌認(rèn)知無線電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明面向無線通信領(lǐng)域，提出了一種基于子載波移位的頻域混濁認(rèn)知無線電系 統(tǒng)，通過隨機生成的混濁序列一子載波對來傳輸信息，提高認(rèn)知無線電系統(tǒng)的安全特性。
【背景技術(shù)】
[0002] 頻譜擁塞是影響無線通信系統(tǒng)性能的瓶頸，認(rèn)知無線電技術(shù)能夠檢測可用頻段， 從而在非連續(xù)的頻率空桐進行接入從而使信號傳輸?shù)玫礁嗟膸挕?br>[0003] 然而，認(rèn)知無線電通信系統(tǒng)和其他的無線通信系統(tǒng)一樣，由于無線信道是廣播信 道，信息易于被竊聽用戶或是惡意攻擊者攔截，信息的安全傳輸受到威脅而不能得到保障。
[0004] 為了提高認(rèn)知無線電系統(tǒng)的安全性，已有文獻提出將混濁處理技術(shù)應(yīng)用于認(rèn)知無 線電系統(tǒng)，從而構(gòu)成具高安全性和動態(tài)頻譜接入技術(shù)的高頻譜利用率和使用率的頻域混濁 認(rèn)知無線電系統(tǒng)。
[0005] 頻域混濁認(rèn)知無線電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，在發(fā)送端，由頻域混濁信號產(chǎn)生器生 成基于頻域的混濁信號C(t)。數(shù)據(jù)信息經(jīng)過BPSK度inaryPhaseShiftKeying)調(diào)制得到 b(t)，Mt)被c(t)調(diào)制，然后被載波調(diào)制發(fā)送到可用頻帶的無線信道。在接收端，在載波 相干解調(diào)后，W與發(fā)送端相同的過程生成混濁信號C(t)，混濁信號在同步之后對接收信號 Ht)進行解調(diào)得到d(t)，然后對d(t)進行過零判決得到b(i)，成功接收到所發(fā)送的信息。
[0006] 頻域多子載波混濁信號產(chǎn)生器具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，結(jié)合認(rèn)知無線電系統(tǒng)偵測 周圍無線電環(huán)境得到的頻譜圖，混濁序列C化）經(jīng)過了多個可用正交(FDM(化thogonal 化equen巧DivisionMultiplexing)子載波調(diào)制。在添加循環(huán)前綴，串/并轉(zhuǎn)換和經(jīng)過低 通濾波器后將會產(chǎn)生混濁信號C(t)。
[0007] 可采用W下的一階LogisticMap混濁序列產(chǎn)生器產(chǎn)生混濁序列，進而產(chǎn)生混濁信 號C(t):
[0008] C似=4C(k-l)-4C2化-l)k= 1，2,…，C(k)G(0, 1) (1)
[0009] 盡管上述頻域混濁處理認(rèn)知無線電系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的安全性能，然而由于信息攔 截者易于獲知混濁序列產(chǎn)生器并計算得到混濁序列的初始值，從而再生得到混濁序列，因 此，已有的頻域混濁處理認(rèn)知無線電系統(tǒng)仍難W滿足高安全性的應(yīng)用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷（不足），本發(fā)明旨在物理層提 高通信系統(tǒng)的安全性，結(jié)合子載波交織技術(shù)和混濁序列動態(tài)迭代，提出一種基于子載波移 位的頻域混濁認(rèn)知無線電系統(tǒng)，從而有效抵御攻擊者通過重建混濁進行的攻擊，提高頻域 混濁認(rèn)知無線電系統(tǒng)的安全性。
[0011] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0012] 一種基于子載波移位的頻域混濁認(rèn)知無線電系統(tǒng)，包括發(fā)送端和接收端，在發(fā)送 端，先由混濁序列產(chǎn)生器生成混濁序列C化)，繼而由子載波對應(yīng)模塊實現(xiàn)混濁序列C化）跟 子載波對應(yīng)關(guān)系動態(tài)改變，再由頻域混濁信號發(fā)生器生成基于頻域的混濁信號C(t)，輸入 數(shù)據(jù)信息經(jīng)過BPSK調(diào)制得到b(t)，b(t)被C(t)調(diào)制成S(t)，然后被載波調(diào)制發(fā)送到可用 頻帶的無線信道；在接收端，在載波相干解調(diào)后，同樣由頻域混濁信號發(fā)生器生成基于頻域 的混濁信號C(t)，混濁信號C(t)在同步之后對接收信號r(t)進行解調(diào)得到d(t)，然后對 d(t)進行過零判決得到信息比特的估計值S辯.，成功接收到所發(fā)送的信息。
[0013] 優(yōu)選的，所述子載波對應(yīng)模塊實現(xiàn)混濁序列C(k)跟子載波對應(yīng)關(guān)系動態(tài)改變的 具體方式為：
[0014] 子載波移位器對混濁序列C(k)跟子載波進行動態(tài)配對并進行調(diào)制，運個配對關(guān) 系由子載波移位器和頻帶映射圖共同決定；
[0015] 其中，頻譜映射圖是認(rèn)知無線電系統(tǒng)感知周圍頻譜狀況得到的頻譜使用情況得到 的：
[0016] |0,如果第A個子載波占用=tl，如果第A個子載波空閑 口）
[0017] 是對輸入的C(k)進行映射，在第k個子載波占用時，其頻率a(k)置0,第k個子載 波空閑時，其頻率a(k)則置為1，
[001引使得IFFT后的信號僅包含空閑的頻率分量，在得到頻譜使用情況信息后，根據(jù)頻 帶映射圖對空閑子載波W周期Tss進行動態(tài)移位，移位后，得到一段特定排列的混濁序列， 運用序列C化）和公式（3)-化），生成基于頻域的混濁信號C(t)后對通信信息Mt)進行調(diào) 審IJ，使得竊聽者難W破解通信系統(tǒng)從而獲取通信信息，動態(tài)移位規(guī)則表示為一個移位矩陣 是一個rvxrv的矩陣，其中，NW為認(rèn)知無線電系統(tǒng)偵測到的可使用子載波數(shù) 目，k= 1，2，…，Nw;移位矩陣由一個維度為NwcX1的混濁序列Cm化）決定，前面的 C(k)是用于OFDM調(diào)制，最終生成c(t)的輸入混濁序列，而CmGO是用于生成移位矩陣 的混濁序列，他們都由公式（1)產(chǎn)生，只是由不同的初始值C(I)開始進行迭代。隨著Cm化） 的動態(tài)迭代，矩陣隨之動態(tài)改變；
[0019] 所述A/wyc.是每一行和每一列均只有一個非零元素"1"，通過對混濁序列Cm化）的 從小到大排序，得到排序好的混濁序列CMSMtGO，由CmGO和CMs"ft(k)生成M.vw，且Myw是 一個能夠?qū)mGO變換為CMs"ft(k)的矩陣，變換表達(dá)式為：
[0020] C嫩円的=M\'Cjk)G)
[00川由（3)可得：
川 .函數(shù)fs('）的定義為： 柯,作)如冕-1(5)
[00巧]上述\i矩陣B的第i行第j列的元素，AA表示隨意一個矩陣，此處用于說明fs( ?)的定義，Ai,i表示矩陣A的第i行第j列的元素；
[0026] 由于混濁序列CmGO能夠由混濁序列產(chǎn)生器動態(tài)迭代，每隔一定時間就改變一次， 也隨之動態(tài)變化，使得攻擊者難W獲得子載波移位規(guī)律，顯著增強了傳輸數(shù)據(jù)的安全 性；
[0027] 經(jīng)過動態(tài)移位過程后，對混濁序列進行(FDM子載波調(diào)制；在添加循環(huán)前綴，串/并 轉(zhuǎn)換和經(jīng)過低通濾波器后將會產(chǎn)生混濁信號C(t); V.
[002引（'(O二yQ (幻(，'如々抑O (6) 點=1
[0029] 其中N表示總的混濁序列長度，C(k)表示第k項由混濁序列產(chǎn)生器產(chǎn)生的混濁序 列；kAf表示第k個子載波，其中.
，Ts為OFDM的符號周期；P(t)是寬度為一個符號 周期的單位高度矩形波，。
[0030] 優(yōu)選的，在基于子載波移位的頻域混濁認(rèn)知無線電系統(tǒng)當(dāng)中，使用BPSK對輸入系 統(tǒng)的二進制比特Mt)進行調(diào)制，并且與(FDM調(diào)制的混濁信號c(t)相乘得到s(t)，s(t)表 示為：
[0031] Syt) =n{t)cil)=\ 州 -I-(I)JJ/?(/) =-1
[0032] 在經(jīng)過載波COS(2 村）的調(diào)制之后，信號被發(fā)送到AWGN信道；
[0033] 在接收端，接收到t時刻的信號表達(dá)式：
[0034] r(t) =s(t)+n(t) (10)
[0035] 其中，n(t)是均值為0,方差為
噪聲信號，在接收端W與發(fā)送端相同流 程生成C(t)，r(t)與(t)進行解調(diào)后得到d(t):
[0036] d(t) = ;r(1:)c*(t) =b(t)IcW|*+n(t)c*(1:) (11)
[0037] 然后對d(t)進行過零判決得到信息比特的估計值如)，完成通信過程。
[0038] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明是結(jié)合子載波交織技術(shù) 和混濁序列動態(tài)迭代產(chǎn)生過程，提出的一種基于子載波移位的頻域混濁認(rèn)知無線電系統(tǒng)。 在該系統(tǒng)中，用戶通過混濁子載波對來傳輸信息，其中，混濁子載波對是由混濁序列和認(rèn)知 無線電系統(tǒng)偵測到的空閑可用子載波結(jié)合而得到?；鞚嵝蛄泻涂捎米虞d波的對應(yīng)關(guān)系是按 照移位周期進行動態(tài)移位，移位規(guī)則是由另一個不同混濁序列產(chǎn)生器生成的混濁序列所定 義，運樣，隨著混濁序列的動態(tài)迭代產(chǎn)生，移位規(guī)則動態(tài)變化，有效避免了攻擊者獲得移位 規(guī)則。由理論分析和仿真結(jié)果可知，本發(fā)明所提出的基于子載波移位的頻域混濁認(rèn)知無線 電系統(tǒng)對原來的頻域混濁認(rèn)知無線電系統(tǒng)的安全性有明