一种基于子载波移位的频域混沌认知无线电系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明面向无线通信领域，提出了一种基于子载波移位的频域混浊认知无线电系 统，通过随机生成的混浊序列一子载波对来传输信息，提高认知无线电系统的安全特性。
【背景技术】
[0002] 频谱拥塞是影响无线通信系统性能的瓶颈，认知无线电技术能够检测可用频段， 从而在非连续的频率空桐进行接入从而使信号传输得到更多的带宽。
[0003] 然而，认知无线电通信系统和其他的无线通信系统一样，由于无线信道是广播信 道，信息易于被窃听用户或是恶意攻击者拦截，信息的安全传输受到威胁而不能得到保障。
[0004] 为了提高认知无线电系统的安全性，已有文献提出将混浊处理技术应用于认知无 线电系统，从而构成具高安全性和动态频谱接入技术的高频谱利用率和使用率的频域混浊 认知无线电系统。
[0005] 频域混浊认知无线电系统结构如图1所示，在发送端，由频域混浊信号产生器生 成基于频域的混浊信号C(t)。数据信息经过BPSK度inaryPhaseShiftKeying)调制得到 b(t)，Mt)被c(t)调制，然后被载波调制发送到可用频带的无线信道。在接收端，在载波 相干解调后，W与发送端相同的过程生成混浊信号C(t)，混浊信号在同步之后对接收信号 Ht)进行解调得到d(t)，然后对d(t)进行过零判决得到b(i)，成功接收到所发送的信息。
[0006] 频域多子载波混浊信号产生器具体结构如图2所示，结合认知无线电系统侦测 周围无线电环境得到的频谱图，混浊序列C化）经过了多个可用正交(FDM(化thogonal 化equen巧DivisionMultiplexing)子载波调制。在添加循环前缀，串/并转换和经过低 通滤波器后将会产生混浊信号C(t)。
[0007] 可采用W下的一阶LogisticMap混浊序列产生器产生混浊序列，进而产生混浊信 号C(t):
[0008] C似=4C(k-l)-4C2化-l)k= 1，2,…，C(k)G(0, 1) (1)
[0009] 尽管上述频域混浊处理认知无线电系统提高了系统的安全性能，然而由于信息拦 截者易于获知混浊序列产生器并计算得到混浊序列的初始值，从而再生得到混浊序列，因 此，已有的频域混浊处理认知无线电系统仍难W满足高安全性的应用需求。
【发明内容】
[0010] 本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），本发明旨在物理层提 高通信系统的安全性，结合子载波交织技术和混浊序列动态迭代，提出一种基于子载波移 位的频域混浊认知无线电系统，从而有效抵御攻击者通过重建混浊进行的攻击，提高频域 混浊认知无线电系统的安全性。
[0011] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
[0012] 一种基于子载波移位的频域混浊认知无线电系统，包括发送端和接收端，在发送 端，先由混浊序列产生器生成混浊序列C化)，继而由子载波对应模块实现混浊序列C化）跟 子载波对应关系动态改变，再由频域混浊信号发生器生成基于频域的混浊信号C(t)，输入 数据信息经过BPSK调制得到b(t)，b(t)被C(t)调制成S(t)，然后被载波调制发送到可用 频带的无线信道；在接收端，在载波相干解调后，同样由频域混浊信号发生器生成基于频域 的混浊信号C(t)，混浊信号C(t)在同步之后对接收信号r(t)进行解调得到d(t)，然后对 d(t)进行过零判决得到信息比特的估计值S辩.，成功接收到所发送的信息。
[0013] 优选的，所述子载波对应模块实现混浊序列C(k)跟子载波对应关系动态改变的 具体方式为：
[0014] 子载波移位器对混浊序列C(k)跟子载波进行动态配对并进行调制，运个配对关 系由子载波移位器和频带映射图共同决定；
[0015] 其中，频谱映射图是认知无线电系统感知周围频谱状况得到的频谱使用情况得到 的：
[0016] |0,如果第A个子载波占用=tl，如果第A个子载波空闲 口）
[0017] 是对输入的C(k)进行映射，在第k个子载波占用时，其频率a(k)置0,第k个子载 波空闲时，其频率a(k)则置为1，
[001引使得IFFT后的信号仅包含空闲的频率分量，在得到频谱使用情况信息后，根据频 带映射图对空闲子载波W周期Tss进行动态移位，移位后，得到一段特定排列的混浊序列， 运用序列C化）和公式（3)-化），生成基于频域的混浊信号C(t)后对通信信息Mt)进行调 审IJ，使得窃听者难W破解通信系统从而获取通信信息，动态移位规则表示为一个移位矩阵 是一个rvxrv的矩阵，其中，NW为认知无线电系统侦测到的可使用子载波数 目，k= 1，2，…，Nw;移位矩阵由一个维度为NwcX1的混浊序列Cm化）决定，前面的 C(k)是用于OFDM调制，最终生成c(t)的输入混浊序列，而CmGO是用于生成移位矩阵 的混浊序列，他们都由公式（1)产生，只是由不同的初始值C(I)开始进行迭代。随着Cm化） 的动态迭代，矩阵随之动态改变；
[0019] 所述A/wyc.是每一行和每一列均只有一个非零元素"1"，通过对混浊序列Cm化）的 从小到大排序，得到排序好的混浊序列CMSMtGO，由CmGO和CMs"ft(k)生成M.vw，且Myw是 一个能够将CmGO变换为CMs"ft(k)的矩阵，变换表达式为：
[0020] C嫩円的=M\'Cjk)G)
[00川由（3)可得：
川 .函数fs('）的定义为： 柯,作)如冕-1(5)
[00巧]上述\i矩阵B的第i行第j列的元素，AA表示随意一个矩阵，此处用于说明fs( ?)的定义，Ai,i表示矩阵A的第i行第j列的元素；
[0026] 由于混浊序列CmGO能够由混浊序列产生器动态迭代，每隔一定时间就改变一次， 也随之动态变化，使得攻击者难W获得子载波移位规律，显著增强了传输数据的安全 性；
[0027] 经过动态移位过程后，对混浊序列进行(FDM子载波调制；在添加循环前缀，串/并 转换和经过低通滤波器后将会产生混浊信号C(t); V.
[002引（'(O二yQ (幻(，'如々抑O (6) 点=1
[0029] 其中N表示总的混浊序列长度，C(k)表示第k项由混浊序列产生器产生的混浊序 列；kAf表示第k个子载波，其中.
，Ts为OFDM的符号周期；P(t)是宽度为一个符号 周期的单位高度矩形波，。
[0030] 优选的，在基于子载波移位的频域混浊认知无线电系统当中，使用BPSK对输入系 统的二进制比特Mt)进行调制，并且与(FDM调制的混浊信号c(t)相乘得到s(t)，s(t)表 示为：
[0031] Syt) =n{t)cil)=\ 州 -I-(I)JJ/?(/) =-1
[0032] 在经过载波COS(2 村）的调制之后，信号被发送到AWGN信道；
[0033] 在接收端，接收到t时刻的信号表达式：
[0034] r(t) =s(t)+n(t) (10)
[0035] 其中，n(t)是均值为0,方差为
噪声信号，在接收端W与发送端相同流 程生成C(t)，r(t)与(t)进行解调后得到d(t):
[0036] d(t) = ;r(1:)c*(t) =b(t)IcW|*+n(t)c*(1:) (11)
[0037] 然后对d(t)进行过零判决得到信息比特的估计值如)，完成通信过程。
[0038] 与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明是结合子载波交织技术 和混浊序列动态迭代产生过程，提出的一种基于子载波移位的频域混浊认知无线电系统。 在该系统中，用户通过混浊子载波对来传输信息，其中，混浊子载波对是由混浊序列和认知 无线电系统侦测到的空闲可用子载波结合而得到。混浊序列和可用子载波的对应关系是按 照移位周期进行动态移位，移位规则是由另一个不同混浊序列产生器生成的混浊序列所定 义，运样，随着混浊序列的动态迭代产生，移位规则动态变化，有效避免了攻击者获得移位 规则。由理论分析和仿真结果可知，本发明所提出的基于子载波移位的频域混浊认知无线 电系统对原来的频域混浊认知无线电系统的安全性有明