基于DSP Builder的混沌保密通信的研究與實(shí)現

摘 要： 采用DSP Builder 開(kāi)發(fā)工具，利用混沌信號實(shí)現對通信數字信號的加密與解密。首先在Simulink中建立系統通信模型，采用FM對混沌信號進(jìn)行差分鍵控形成FM-DCSK信號，然后用數字信號控制FM-DCSK信號，形成調制信號，并在接收端進(jìn)行信號恢復，然后進(jìn)行仿真，生成硬件描述語(yǔ)言下載到系統板，實(shí)現混沌保密通信。
關(guān)鍵詞： FM-DSCK；DSP Builder；混沌通信

　隨著(zhù)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)線(xiàn)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用，但現在以無(wú)線(xiàn)電磁波為媒介傳輸信號的通信系統都存在一些問(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。
混沌信號具有類(lèi)似噪聲的難以預測性，可為信息的保密傳輸提供保證。在傳統的通信方式中，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没煦缧盘栔苯幼鳛檩d波，而混沌信號本身又具有非線(xiàn)性和難以預測的特點(diǎn)，所以對混沌信號進(jìn)行調制后的調制波是雜亂無(wú)章的波形，表面毫無(wú)規律，不易被竊取。而且，混沌通信系統本身就有高的保密性[2]，加之混沌信號的產(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)現和推廣。
1 工作原理
本文利用FM-DCSK作為載波，用數字信號進(jìn)行調制達到傳輸信息的目的。首先，用Logistic映射產(chǎn)生混沌信號；然后進(jìn)行FM調制，形成FM-DCSK信號，并把它作為新的載波，用數字信號進(jìn)行調制。在接收端，運用混沌信號的自相關(guān)性和互相關(guān)性進(jìn)行解調，得到數字序列，實(shí)現信號恢復。
1.1 混沌信號的產(chǎn)生
在非線(xiàn)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[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。
邏輯斯蒂(Logistic)[4]模型描述如下：

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

在每bit的前半個(gè)周期，傳輸某種混沌信號作為參考信號，在后半個(gè)周期，傳輸數字信號，當信號為0時(shí)，依舊傳輸混沌信號，當信號為1時(shí)，將混沌信號取反傳輸。
FM-DCSK[6]調制即先對混沌信號進(jìn)行模擬調頻，再將調頻后的混沌信號作為載波進(jìn)行數字調制。由于周期的正余弦信號在一個(gè)周期內的能量是恒定的，所以只要比特周期T是正余弦信號周期的整數倍，就可以保證FM-DCSK調制后的信號每比特能量不再隨機變化。而要保證比特周期T是正余弦信號周期的整數倍，只要采用相對混沌信號頻率高得多的正余弦信號對混沌信號進(jìn)行調頻，就能很容易地實(shí)現。這樣的調制方式就是FM-DCSK調制。
（2）FM-DCSK解調相關(guān)原理
接收端采用差分相干解調，只在后半個(gè)周期里進(jìn)行積分處理。這是因為在每個(gè)碼元的前半個(gè)周期里傳輸的都是參考信號，即FM-DCSK信號，只要把參考信號與后半個(gè)碼元周期里的信號進(jìn)行積分，再利用混沌信號的相關(guān)性就能把傳輸的數字信號分離出來(lái)，再根據某種規則進(jìn)行判決，就能恢復原始信號。
2 模型設計
FM-DCSK調制發(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調制器兩大部分組成，前者又是由混沌信號發(fā)生器、FM調制器構成，后者由開(kāi)關(guān)電路、延遲單元等構成。

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

20世紀80年代以來(lái)，在國際上基于混沌的通信系統的發(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同和頗具特色。隨著(zhù)混沌理論和混沌通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，混沌系統表現出來(lái)的確定性、隨機性和復雜性，使得其在信息安全和保密工作中有廣闊的應用前景[7]。
本文針對混沌通信的保密，在Simulink中利用DSP Builder開(kāi)放工具建立模型，然后進(jìn)行仿真，利用混沌信號實(shí)現了對數字信號的加密與解密。