一种基于初始值调制的混沌通信方法及系统

本发明涉及信号传输的，更具体地，涉及一种基于初始值调制的混沌通信方法及系统。

背景技术：

1、随着物联网技术的发展，短距离无线通信技术的应用场景越来越多。混沌通信是一种扩展频谱的通信技术，利用混沌信号的宽带特性，可以方便的构建混沌宽带通信系统。由于内在的宽带特性，使得混沌通信系统在抗多径干扰和多用户干扰方面具有潜在的优势，因此，混沌通信技术得到了广泛的关注。基于此，kolumban等人提出了基于非相干解调的差分混沌键控通信系统。差分混沌键控技术使用的载波信号为混沌信号，采用传输参考的方式，把参考载波信号和信息载波信号都发送给接收用户，具有良好的相关性、长期的不可预测性、类噪声等性能，难以被侦听或截获，具有很强的保密性。此外，差分混沌键控技术还具有扩频通信的特性，能够抵抗多径衰落干扰，并且其接收机构造简单、无需信道估计即可恢复出目标信息。

2、现有技术公开了一种基于子载波移位的频域混沌认知无线电系统，包括发送端和接收端，在发送端，由频域混沌信号产生器生成基于频域的混沌信号c(t)，再由子载波对应模块实现混沌序列c(k)跟子载波对应关系动态改变，数据信息经过bpsk调制得到b(t)，b(t)被c(t)调制成s(t)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，同样由频域混沌信号产生器生成基于频域的混沌信号c(t)，混沌信号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。但是该方案需要将信息比特分配在多个载波进行传输，接收机中需要多个匹配滤波器，使得系统的复杂度较高，能量效率较低。

技术实现思路

1、为解决当前的问题，本发明提出一种基于初始值调制的混沌通信方法及系统，利用混沌初始值调制辅助混沌通信系统中调制和解调的实现，无需使用多个子载波便能实现多个信息比特并行传输，且有效提高了系统的能量效率。

2、为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

3、一种基于初始值调制的混沌通信方法，包括基于初始值调制的混沌发送信号调制过程与基于初始值调制的混沌接收信号解调过程；

4、所述混沌发送信号调制过程将发送的初始信息比特分为调制比特和序号比特，所述调制比特使用混沌信号的极性承载，所述序号比特使用混沌序列初始值来传输；

5、所述混沌接收信号解调过程分别对调制比特和序号比特进行解调，将调制比特和序号比特解调得到的估计信息比特进行合并，得到所有信息比特的估计信息比特。

6、本技术方案采用混沌序列的初始状态进行承载信息，无需使用多个子载波便能实现多个信息比特并行传输。

7、优选地，在混沌发送信号调制过程中，将发送的初始信号比特中的第一个信号比特使用混沌信号的极性来承载，作为调制比特；将剩余的m-1个信息比特使用混沌序列初始值来传输，作为序号比特。

8、优选地，在混沌发送信号调制过程中，基于序号比特，选择混沌序列初始值，生成混沌序列，过程包括：

9、将序号比特转化为十进制符号；

10、预设一个长度为的混沌初始值向量，，所述混沌初始值向量中的混沌初始值的绝对值均小于1；

11、在所述混沌初始值向量中选择第个作为混沌序列初始值；

12、将传输至混沌信号生成器，通过logistic映射，生成混沌序列。

13、在此，采用具有均匀的概率密度和理想的相关特性的logistic混沌信号进行映射，有利于提高通信的能量效率。

14、优选地，所述混沌发送信号调制过程的发射信号为：。

15、优选地，所述混沌接收信号解调过程的接收信号为：

16、

17、其中，；为瑞利衰落信道系数，服从瑞利分布；为高斯白噪声向量，，其中，每一项均服从均值为0、方差为的高斯分布。

18、在此，采用瑞利衰落信道作为信道模型，使得所述通信环境更贴切真实的通信场景，有效提升通信系统在该环境下的能量效率。

19、优选地，在混沌接收信号解调过程中，对调制比特进行解调，过程表达式如下：

20、

21、判决过程如下：若大于0，则调制比特的估计信息比特为1，若小于0，则调制比特的估计信息比特为-1。

22、优选地，在混沌接收信号解调过程中，对序号比特进行解调，过程包括：

23、基于预设的混沌初始值向量，生成个混沌序列，所述个混沌序列为接收信号所有可能使用的混沌序列，其中，；

24、利用生成的混沌序列，生成接收信号的个相关值，生成过程表达式如下：

25、

26、对得到的个相关值的绝对值进行排序，得到最大绝对值所对应的混沌序列的序号，即所述混沌初始值向量中所选择的混沌初始值的序号q，过程表达式如下：

27、

28、对q进行符号/比特转换，得到序号比特的估计信息比特。

29、在此，将与进行合并，便得到了所有的估计信息比特。

30、本发明还提出一种基于初始值调制的混沌通信系统，所述系统包括用于实现上述基于初始值调制的混沌发送信号调制过程的发射机及用于上述基于初始值调制的混沌发送信号解调过程的接收机。

31、优选地，所述发射机包括比特分割器、混沌序列初始值选择模块、混沌信号调制器；

32、所述比特分割器将发送的初始信息比特分为调制比特和序号比特；

33、所述混沌序列初始值选择模块在预设的混沌序列初始值向量中，基于序号比特选择混沌序列初始值，生成混沌序列；

34、所述混沌信号调制器基于混沌序列初始值和信号比特，通过logistic映射生成混沌序列，得到发射机的发射信号，使得所述调制比特使用混沌信号的极性承载，所述序号比特使用混沌序列初始值来传输。

35、优选地，所述接收机接收发射机的发射信号后进行解调，包括一个滤波器和解调器；包括一个滤波器和解调器；

36、所述滤波器用于接收发射机的发射信号，经滤波操作后得到接收信号；

37、所述解调器对接收信号进行积分操作，即对调制比特和序号比特进行解调，将调制比特和序号比特解调得到的估计信号值进行合并，得到所有信息比特的估计信号值。

38、在此，通过混沌初始值调制辅助提高了混沌通信系统的能量效率，在实现多载波差分移位键控通信系统相同误比特率的情况下，可以使用更少的能量；此外，所述混沌通信系统不需要多个子载波进行传输，因此不需要多个匹配滤波器，降低了系统的复杂度。

39、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

40、本发明提出一种基于初始值调制的混沌通信方法及系统，包括基于初始值调制的混沌发送信号调制过程与基于初始值调制的混沌接收信号解调过程；所述混沌发送信号调制过程将发送的初始信息比特分为调制比特和序号比特，所述调制比特使用混沌信号的极性承载，所述序号比特使用混沌序列初始值来传输；所述混沌接收信号解调过程分别对调制比特和序号比特进行解调，将调制比特和序号比特解调得到的估计信息比特进行合并，得到所有信息比特的估计信息比特，采用混沌序列的初始状态进行承载信息，无需使用多个子载波便能实现多个信息比特并行传输，通过混沌初始值调制辅助提高了系统的能量效率。