软件无线电安全必威体育官网网址通信仿真系统(一).docVIP

1．1软件无线电结构原理 软件无线电系统的结构原理,如图1所示。 它主要包括天线、射频模块、采集/合成模块、高速转接数据通道模块、微处理器模块,信息保安模块以及网络接口模块等六个模块。其中天线射频模块负责收发信息,并转换为中频信号。采集/合成包括Ａ/Ｄ和Ｄ/Ａ、滤波器。信息保安模块主要负责信息安全传输的必威体育官网网址处理等。图1　软件无线电必威体育官网网址通信系统基本结构软件无线电的天线一般要覆盖比较宽的频段,例如1 0ＭＨｚ～2ＧＨｚ。在军事及民用通信中,可能还需要ＶＨＦ/ＵＨＦ的视频通信、ＵＨＦ卫星通信,ＨＦ通信作为备用通信方式。射频前端在发射时主要完成上变频、滤波、功率放大等任务,接收时实现滤波、放大、下变频等功能。模拟信号进行数字化后的处理任务完全由ＤＳＰ/ＣＰＵ编程软件承担。为了减轻通用ＤＳＰ/ＣＰＵ的处理压力,把Ａ/Ｄ转换器传来的数字信号,经过专用数字信号处理器件(如数字下变频器ＤＤＣ)处理,降低数据流速率,并把信号下变到基带后,再把数据传送给通用ＤＳＰ/ＣＰＵ进行处理。通用ＤＳＰ/ＣＰＵ主要完成各种数据速率相对较低的基带信号的处理,例如信号的调制解调,抗干扰,抗衰减和自适应均衡算法等。 1. 2软件无线电超混沌语音必威体育官网网址系统模块作用原理 软件无线电系统中的信息安全巡回侦码模块,实际上就是包括超混沌语音必威体育官网网址在内的安全通道信息收发调制解调关键部分。信息安全巡回侦码的超混沌语音必威体育官网网址信息收发原理如图2所示。 2　超混沌语音必威体育官网网址信息收发原理框图 (ａ)ｘ1-ｘ2-ｘ3(ｂ)ｘ1-ｘ2-ｘ4(ｃ)ｘ1-ｘ3-ｘ4(ｄ)ｘ2-ｘ3-ｘ4(ｅ)ｔ-ｘ2-ｘ3　　　　　　　　　　　　(ｆ)ｔ-ｘ1-ｘ4 图3　超混沌吸引子和时域密钥 图2(ａ)是语音信号加密调制发送原理框图,主要包括语音信号、超混沌信号、混沌驱动以及编码器(密钥)四种动力源,并由变频调制器进行上变频处理发送超混沌载波信号。图2(ｂ)是语音超混沌载波信号接收解调原理框图,主要包括接收、解调、超混沌同步解码(密钥)和Ｄ/Ａ转换、放大等功能,将高频超混沌载波信号进行下变频处理、解码和中频放大送到软件中央处理器进行滤波、检波等。1. 3系统模块的参数设定为确保在无线通信条件下的信息传输,特设定如下系统参数作为通信参考:①语音处理:采用8 0/12 5ｋＨｚ频率、8/16位字长采样,单/双声道ＷＡＶ文件格式存储;②Ａ/Ｄ转换:采用24ｂｉｔ字长,ＰＣＭ(脉码调制)量化编码方法,量化电平0 5Ｖ;③信息传输速率:512ｋｂｐｓ;④无线电频带:将1 5～1000ＭＨｚ的频率范围划分8个频段,通频带总带宽为89 5ＭＨｚ。每个频段分别用一个电调谐滤波器来覆盖;⑤Ｒｏｓｓｌｅｒ超混沌同步巡回侦码:12ｂｉｔｓ;⑥信息传输总误码率:≤1%。2　Ｒｏｓｓｌｅｒ超混沌语音必威体育官网网址通信系统信息安全巡回侦码模块的超混沌语音必威体育官网网址部分采用超混沌的Ｒｏｓｓｌｅｒ方程,进行同步化通信和软件化处理研究。 2. 1　Ｒｏｓｓｌｅｒ超混沌同步系统参考模型 Ｒｏｓｓｌｅｒ四阶超混沌系统状态方程表示[7-8]为:ｄｘ1/ｄｔ=-ｘ2-ｘ4ｄｘ2/ｄｔ=ｘ1+ａｘ2+ｘ3ｄｘ3/ｄｔ=ｃｘ3-2ａｘ4ｄｘ4/ｄｔ=ｂ+ｘ1ｘ4(1)式中ａ,ｂ,ｃ均为正的参数,初值为ｘ0=(ｘ01,ｘ02,ｘ03,ｘ04)Ｔ。根据Ｒｏｓｓｌｅｒ方程,构建了三阶混沌运放电路的自治硬件系统,作为混沌信号发生器[9],在无线电通信上非常适合用于必威体育官网网址通信。超混沌Ｒｏｓｓｌｅｒ方程的非线性电路同步是通信的关键,而超混沌必威体育官网网址通信系统的软件化同步则是信息传递的基本原则。 2 .2　超混沌必威体育官网网址通信模块的软件化 由超混沌电路产生的模拟信号首先要经过Ａ/Ｄ转换为数字信号,或者直接利用Ｒｏｓｓｌｅｒ方程进行软件化编程,获得软件Ｒｏｓｓｌｅｒ超混沌必威体育官网网址通信模块。以Ｒｏｓｓｌｅｒ方程为出发点,进行软件化编程。基本思想是根据超混沌Ｒｏｓｓｌｅｒ方程设定初始条件,计算超混沌方程,进行ＰＣＭ和线性化处理,产生脉码调制超混沌序列与语音等数字化信息进行逻辑运算,判定调制与解调初始条件,送软件滤波解析语音信号。语音信息超混沌加密程序流程见图4。语音信息超混沌解密程序流程从略。图4　语音信息混沌加密程序流程 3　软件无线电模式下的语音超混沌必威体育官网网址通信系统仿真 3 .1　混沌必威体育官网网址特性分析超混沌载波信号传输比混沌载波具有更强的抗信息截获功能。它的信息提取主要是利用混沌方程中的系统参数的调整,即混沌系统的初始条件就是必威体育官网网址信息的密钥。对于混沌方程产生的密码序列,如果收发两端的混沌系统分别采用不同的初始条件产生密码序列,则语音通信系统不能正常通信。由于混沌系统对初始条件的极端敏感性,使得必威体育官网网址特性优于其它必威体育官网网址方法。从必威体育官网网址特性上看,由于时间连续混沌系统(Ｒｏｓｓｌｅｒ三阶混沌模块)的自同步