基于DSP Builder的混沌保密通信的研究與實現

摘 要： 采用DSP Builder 開發工具，利用混沌信號實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，并在接收端進行信號恢復，然后進行仿真，生成硬件描述語言下載到系統板，實現混沌保密通信。
關鍵詞： FM-DSCK；DSP Builder；混沌通信

　隨著信息技術的飛速發展，無線通信和移動通信因其給人們的日常生活帶來了便利性而受到日益廣泛的青睞和應用，但現在以無線電磁波為媒介傳輸信號的通信系統都存在一些問題，而混沌通信[1]卻能夠從另一個角度很好地解決這個問題。
混沌信號具有類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問題。混沌通信是利用混沌信號直接作為載波，而混沌信號本身又具有非線性和難以預測的特點，所以對混沌信號進行調制后的調制波是雜亂無章的波形，表面毫無規律，不易被竊取。而且，混沌通信系統本身就有高的保密性[2]，加之混沌信號的產生很簡單，使成本大大降低，也使得這種新技術易于實現和推廣。
1 工作原理
本文利用FM-DCSK作為載波，用數字信號進行調制達到傳輸信息的目的。首先，用Logistic映射產生混沌信號；然后進行FM調制，形成FM-DCSK信號，并把它作為新的載波，用數字信號進行調制。在接收端，運用混沌信號的自相關性和互相關性進行解調，得到數字序列，實現信號恢復。
1.1 混沌信號的產生
在非線性電路中產生各種不同類型并適合保密通信的混沌與超混沌信號[3]是近年來物理學和信息科學界所關注的一個熱門課題。本文采用Logistic映射方式產生混沌信號。
邏輯斯蒂(Logistic)[4]模型描述如下：

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

在每bit的前半個周期，傳輸某種混沌信號作為參考信號，在后半個周期，傳輸數字信號，當信號為0時，依舊傳輸混沌信號，當信號為1時，將混沌信號取反傳輸。
FM-DCSK[6]調制即先對混沌信號進行模擬調頻，再將調頻后的混沌信號作為載波進行數字調制。由于周期的正余弦信號在一個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行調頻，就能很容易地實現。這樣的調制方式就是FM-DCSK調制。
（2）FM-DCSK解調相關原理
接收端采用差分相干解調，只在后半個周期里進行積分處理。這是因為在每個碼元的前半個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碼元周期里的信號進行積分，再利用混沌信號的相關性就能把傳輸的數字信號分離出來，再根據某種規則進行判決，就能恢復原始信號。
2 模型設計
FM-DCSK調制發送模塊原理圖如圖1所示，發送模塊主要由FM-DCSK載波發生器、二元DCSK調制器兩大部分組成，前者又是由混沌信號發生器、FM調制器構成，后者由開關電路、延遲單元等構成。

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

20世紀80年代以來，在國際上基于混沌的通信系統的發展已經處于成熟狀態，已經有幾種可能的通信方案被認同和頗具特色。隨著混沌理論和混沌通信技術的進一步發展和完善，混沌系統表現出來的確定性、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開放工具建立模型，然后進行仿真，利用混沌信號實現了對數字信號的加密與解密。