[發明專利]基于混沌成型濾波和相互校驗的差分混沌鍵控方法

有效

• 申請號: 202011432352.6
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112565132B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 白超;任海鵬
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

1.一種基于混沌成型濾波和相互校驗的差分混沌鍵控方法，該方法能夠同時傳輸兩路信息，一路由數據擴頻映射和混沌成型濾波器調制的高速率數據流，定義為低優先級數據流，簡稱為LPS信息；另一路采用傳統差分混沌鍵控調制的高可靠數據流，定義為高優先級數據流，簡稱為HPS信息，其特征在于，按照以下步驟具體實施：

步驟1、設置通信系統參數，具體過程是，

分別設置混沌成型濾波器基頻頻率f、采樣頻率f_s、低優先級數據流的LPS信息的碼元周期T_a、高優先級數據流的HPS信息的碼元周期T_b，則混沌符號過采樣率n_s＝f_s/f，一幀信號傳輸1個HPS信息，N＝T_b/T_a個LPS信息，LPS信息映射編碼長度P＝fT_a，HPS信息擴頻增益L＝f_sT_b；

步驟2、準備待發送的第k幀HPS信息b_k，對應的LPS信息Α_k＝(a_k,1,a_k,2,...,a_k,N)和預定義的映射碼Φ＝(φ₁,φ₂,...,φ_P)，其中HPS信息、LPS信息、映射碼均為+1或-1；

步驟3、LPS信息數據映射，具體過程是，

將LPS信息Α_k＝(a_k,1,a_k,2,...,a_k,N)送入數據映射模塊，得到數據映射后二進制序列，表達式見式(1)：

其中s_k,m為第k幀映射序列S_k的第m個元素，S_k的序列長度為M＝PN；

步驟4、LPS信息經過數據映射后，再將映射序列送入如下混沌成型濾波器得到混沌參考信號，具體過程是，

混沌參考信號的表達式見式(2)：

其中t∈[(k-1)T_b,kT_b)為系統時間，u_k(t)為輸出的第k幀混沌參考信號，s_k,m定義與步驟3中相同，f為步驟1中設定的混沌成型濾波器基頻頻率，是小于t和f乘積的最大整數，N_p為滿足當t≤-N_p/f時基函數δ(t)≈0的正整數，混沌基函數δ(t)的表達式見式(3)：

其中ω＝2πf，β＝f ln2為系統參數；

步驟5、HPS信息調制，將混沌參考信號u_k(t)乘以HPS信息b_k，得到傳輸信息信號e_k(t)＝b_ku_k(t),(k-1)T_b≤tkT_b；

步驟6、準備發射信號，具體過程是，

將混沌參考信號u_k(t)和傳輸信息信號e_k(t)分別以一對正交載波上載頻發送，得到發射信號，表達式見式(4)：

T_k(t)＝u_k(t)sin(2πf_ct)+e_k(t)cos(2πf_ct),(k-1)T_b≤t＜kT_b (4)

其中f_c為載波頻率；

步驟7、接收信號下載頻及匹配濾波，具體過程是，

接收信號v_k(t)＝T_k(t)+w(t)，其中w(t)為信道噪聲，接收信號乘以與步驟6同頻同相的正交載波得到下載頻信號，表達式見式(5)：

將兩路下載頻信號和送入如下的匹配濾波器，得到濾波輸出信號，表達式見式(6)：

其中，(·)分別表示I路和Q路，和分別表示第k幀I路和Q路的濾波輸出信號，g(t)＝δ(-t)表示基函數δ(t)的時間逆函數，τ為積分變量；

步驟8、匹配濾波信號最大信噪比點采樣，具體過程是，

以采樣頻率1/f分別對匹配濾波輸出信號和的最大信噪比點采樣，得到包含M個采樣點的I路和Q路采樣序列和其中第m個最大信噪比采樣點見式(7)：

步驟9、HPS信息估計，具體過程是，

將采樣序列和累加求和，得到判決向量，表達式見式(8)：

第k幀的HPS信息b_k估計見式(9)：

步驟10、LPS信息估計，具體過程是，

通過采樣序列和估計的計算第三路采樣序列的第m個采樣值見式(10)：

將序列和中的M個元素依次送入下式得到各自的N個判決向量見式(11)：

其中，[·]分別表示I路、M路和Q路，步驟1給出了LPS信息映射數據長度P，步驟2給出了預定義的擴頻映射碼Φ＝(φ₁,φ₂,...,φ_P)，

采用I路、M路和Q路的判決向量分別對第k幀的LPS信息進行估計，并定義估計信息分別為和其中第n個估計信息表達式見式(12)：

步驟11、HPS、LPS估計信息相互校驗，完成解碼過程，

具體過程是，將估計信息和按照下式累加求和，表達式見式(13)：

其中上標Tr表示轉置操作，

HPS信息按照下式恢復，表達式見式(14)：

其中sgn函數表達式見式(15)：

LPS信息按照下式恢復，表達式見式(16)：