基于DSP Builder的混沌保密通信的研究與實(shí)現(xiàn)

摘 要： 采用DSP Builder 開(kāi)發(fā)工具，利用混沌信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)通信數(shù)字信號(hào)的加密與解密。首先在Simulink中建立系統(tǒng)通信模型，采用FM對(duì)混沌信號(hào)進(jìn)行差分鍵控形成FM-DCSK信號(hào)，然后用數(shù)字信號(hào)控制FM-DCSK信號(hào)，形成調(diào)制信號(hào)，并在接收端進(jìn)行信號(hào)恢復(fù)，然后進(jìn)行仿真，生成硬件描述語(yǔ)言下載到系統(tǒng)板，實(shí)現(xiàn)混沌保密通信。
關(guān)鍵詞： FM-DSCK；DSP Builder；混沌通信

　隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)線通信和移動(dòng)通信因其給人們的日常生活帶來(lái)了便利性而受到日益廣泛的青睞和應(yīng)用，但現(xiàn)在以無(wú)線電磁波為媒介傳輸信號(hào)的通信系統(tǒng)都存在一些問(wèn)題，而混沌通信[1]卻能夠從另一個(gè)角度很好地解決這個(gè)問(wèn)題。
混沌信號(hào)具有類(lèi)似噪聲的難以預(yù)測(cè)性，可為信息的保密傳輸提供保證。在傳統(tǒng)的通信方式中，通信的載波多是模擬的正弦載波，若要完成保密工作，需要額外進(jìn)行加密工作，這使通信成本大大增加，而且保密的工作也不一定能夠做得很好。然而混沌通信卻能夠很好地解決這個(gè)問(wèn)題?；煦缤ㄐ攀抢没煦缧盘?hào)直接作為載波，而混沌信號(hào)本身又具有非線性和難以預(yù)測(cè)的特點(diǎn)，所以對(duì)混沌信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后的調(diào)制波是雜亂無(wú)章的波形，表面毫無(wú)規(guī)律，不易被竊取。而且，混沌通信系統(tǒng)本身就有高的保密性[2]，加之混沌信號(hào)的產(chǎn)生很簡(jiǎn)單，使成本大大降低，也使得這種新技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)和推廣。
1 工作原理
本文利用FM-DCSK作為載波，用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制達(dá)到傳輸信息的目的。首先，用Logistic映射產(chǎn)生混沌信號(hào)；然后進(jìn)行FM調(diào)制，形成FM-DCSK信號(hào)，并把它作為新的載波，用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。在接收端，運(yùn)用混沌信號(hào)的自相關(guān)性和互相關(guān)性進(jìn)行解調(diào)，得到數(shù)字序列，實(shí)現(xiàn)信號(hào)恢復(fù)。
1.1 混沌信號(hào)的產(chǎn)生
在非線性電路中產(chǎn)生各種不同類(lèi)型并適合保密通信的混沌與超混沌信號(hào)[3]是近年來(lái)物理學(xué)和信息科學(xué)界所關(guān)注的一個(gè)熱門(mén)課題。本文采用Logistic映射方式產(chǎn)生混沌信號(hào)。
邏輯斯蒂(Logistic)[4]模型描述如下：

該拋物線映射蘊(yùn)含著現(xiàn)代混沌理論的基本思想，包括倍周期到混沌、分岔圖等非線性理論的基本框架和模

在每bit的前半個(gè)周期，傳輸某種混沌信號(hào)作為參考信號(hào)，在后半個(gè)周期，傳輸數(shù)字信號(hào)，當(dāng)信號(hào)為0時(shí)，依舊傳輸混沌信號(hào)，當(dāng)信號(hào)為1時(shí)，將混沌信號(hào)取反傳輸。
FM-DCSK[6]調(diào)制即先對(duì)混沌信號(hào)進(jìn)行模擬調(diào)頻，再將調(diào)頻后的混沌信號(hào)作為載波進(jìn)行數(shù)字調(diào)制。由于周期的正余弦信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)的能量是恒定的，所以只要比特周期T是正余弦信號(hào)周期的整數(shù)倍，就可以保證FM-DCSK調(diào)制后的信號(hào)每比特能量不再隨機(jī)變化。而要保證比特周期T是正余弦信號(hào)周期的整數(shù)倍，只要采用相對(duì)混沌信號(hào)頻率高得多的正余弦信號(hào)對(duì)混沌信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻，就能很容易地實(shí)現(xiàn)。這樣的調(diào)制方式就是FM-DCSK調(diào)制。
（2）FM-DCSK解調(diào)相關(guān)原理
接收端采用差分相干解調(diào)，只在后半個(gè)周期里進(jìn)行積分處理。這是因?yàn)樵诿總€(gè)碼元的前半個(gè)周期里傳輸?shù)亩际菂⒖夹盘?hào)，即FM-DCSK信號(hào)，只要把參考信號(hào)與后半個(gè)碼元周期里的信號(hào)進(jìn)行積分，再利用混沌信號(hào)的相關(guān)性就能把傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)分離出來(lái)，再根據(jù)某種規(guī)則進(jìn)行判決，就能恢復(fù)原始信號(hào)。
2 模型設(shè)計(jì)
FM-DCSK調(diào)制發(fā)送模塊原理圖如圖1所示，發(fā)送模塊主要由FM-DCSK載波發(fā)生器、二元DCSK調(diào)制器兩大部分組成，前者又是由混沌信號(hào)發(fā)生器、FM調(diào)制器構(gòu)成，后者由開(kāi)關(guān)電路、延遲單元等構(gòu)成。

FM-DCSK差分調(diào)解接收模塊數(shù)學(xué)描述如圖2所示，接收模塊主要是進(jìn)行二元DCSK的解調(diào)。

20世紀(jì)80年代以來(lái)，在國(guó)際上基于混沌的通信系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)處于成熟狀態(tài)，已經(jīng)有幾種可能的通信方案被認(rèn)同和頗具特色。隨著混沌理論和混沌通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，混沌系統(tǒng)表現(xiàn)出來(lái)的確定性、隨機(jī)性和復(fù)雜性，使得其在信息安全和保密工作中有廣闊的應(yīng)用前景[7]。
本文針對(duì)混沌通信的保密，在Simulink中利用DSP Builder開(kāi)放工具建立模型，然后進(jìn)行仿真，利用混沌信號(hào)實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)字信號(hào)的加密與解密。