專利名稱：噪聲超寬帶數字保密通信系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信領域，具體地說是涉及一種噪聲超寬帶數字保密通信系統(tǒng)。
背景技術：
Transmitted-reference ultra-wideband(TR-UWB)系統(tǒng)是當前超寬帶通信研究 的熱點。該方式的超寬帶系統(tǒng)利用納秒級的窄脈沖進行通信，前半比特發(fā)送參考信號，后半 比特發(fā)送經數據調制的信號。系統(tǒng)具有結構簡單，不需信道估計，抗多徑性強等優(yōu)點。IEEE 802. 15. 4a工作組提出了混沌解決方案的低速超寬帶系統(tǒng)，其中差分混沌鍵控(DCSK)方式 是TR-UWB的一種特殊形式。該方式采用超寬帶混沌信號作為載波，相比窄脈沖的TR-UWB 系統(tǒng)，它具有低截獲率和保密性較強的特點。但是上述TR-UWB系統(tǒng)存在一些缺點1)由于需要傳送參考信號，傳輸效率只有一般通信方式的一半。2)TR_UWB通信方式占據的頻段范圍廣闊，需要和現有絕大多數通信系統(tǒng)實現共 存。但其所使用的窄脈沖或寬帶混沌信號的頻譜都極不平坦，對其它通信系統(tǒng)干擾較大。3)無論窄脈沖或是DCSK方式，TR-UffB系統(tǒng)最終在信道中傳送的參考信號和數據 信號波形不是相同就是相反，系統(tǒng)的保密性變差。4)對于DCSK方式的TR-UWB系統(tǒng)，發(fā)送端采用鍵控的方法使數據信號與參考信號 相分離，因而無法連續(xù)工作。噪聲信號由于其頻譜寬闊，用于通信具有高速率、高保密性和低截獲率等優(yōu)點，是 解決通信速率、安全和干擾問題的理想信號。噪聲技術越來越廣泛地應用于通信中，特別是 在信息對抗領域和保密通信領域，利用寬帶噪聲信號時域波形的隨機性可以進行安全可靠 的通信，同時干擾敵方的通信系統(tǒng)。美國專利4179658提出了一個利用噪聲進行保密通信的模擬通信系統(tǒng)，可以提高 通信的保密性。然而系統(tǒng)有以下不足(1)要根據不同信號源的形式，例如頻率、帶寬等參量 調整方案中的振蕩器、高斯噪聲產生器等器件的頻率等參數，而且不易于實現不同信源的 融合，例如語音、圖像、文字等信號的綜合處理與傳輸；(2)系統(tǒng)發(fā)射機和接收機結構中使 用了多個振蕩器和調制器，而且參數彼此間需保持一定的數量關系。實際系統(tǒng)參數總會存 在誤差，直接導致系統(tǒng)性能惡化。(3)分析系統(tǒng)中信源、FM調制器、各振蕩器以及高斯噪聲 產生器之間的頻率制約關系可知，所用擴頻的高斯噪聲的帶寬應在幾兆赫茲為宜。由于采 用的噪信號帶寬較窄，系統(tǒng)的保密性和抗截獲性不夠高。(4)由于采用了模擬通信方式，系 統(tǒng)發(fā)送的模擬信號形式不易于實現信源編碼進行數據壓縮，不易于實現信道編碼進行可靠 通信；(5)不易于實現多址通信。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是一種安全可靠、易于加密處理、且可將不同信源信號綜合處理傳 輸的噪聲超寬帶數字保密通信系統(tǒng)。
為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案本發(fā)明包括噪聲超寬帶保密通信的發(fā)送端方法和噪聲超寬帶保密通信的接收端 方法(1)噪聲超寬帶保密通信的發(fā)送端方法包括以下步驟A、將高斯白噪聲信號作為載波信號，對高斯白噪聲信號進行延遲后再和待發(fā)送的 數據進行調制，并將數據調制后的信號和所述的高斯白噪聲信號本身作為發(fā)送端的預發(fā)送 信號；B、對所述的預發(fā)送信號進行碼分多址調制，在調制過程中采用偽隨機PN碼信號， 最終得到發(fā)送端的發(fā)送信號；(2)噪聲超寬帶保密通信的接收端方法包括以下步驟Si、接收端采用偽隨機PN碼信號對收到的接收信號進行解調，并對解調后的信號 再進行差分相干解調；S2、對差分相干解調之后的信號進行判決，最終解調得到待發(fā)送的數據。在噪聲超寬帶保密通信的發(fā)送端方法的步驟A中，將數據調制后的信號和所述的 高斯白噪聲信號本身進行求和，得到發(fā)送端的預發(fā)送信號。在發(fā)送端采用SUINGSU4300噪聲信號發(fā)生器。在噪聲超寬帶保密通信的接收端方法的步驟Sl中，接收端首先對收到的接收信 號進行濾波處理，然后再采用偽隨機PN碼信號對收到的接收信號進行解調。采用上述技術方案的本發(fā)明，提出了一種利用高斯白噪聲作為載波的超寬帶數字 保密通信系統(tǒng)可以解決上述現有TR-UWB方式和美國專利4179658模擬通信體制存在的缺 陷，主要優(yōu)點有1)噪聲超寬帶系統(tǒng)發(fā)送的信號既包含參考噪聲信號也包含經過數據調制后噪聲 信號，當前比特的參考噪聲信號包含在前一比特的數據調制的信號中，無需專門的時間傳 送參考信號，傳送效率比TR-UWB方式高。2)由于噪聲具有平坦寬闊的頻譜，所以對其它通信系統(tǒng)干擾少，有利于和其它通 信系統(tǒng)實現共存。3)該系統(tǒng)不像TR-UWB方式每比特信號中前半比特信號和后半比特信號要么相 同，要么相反，而是具有隨機的波形，所以具有更高的抗截獲性和保密性。4)對比DCSK方式的TR-UWB系統(tǒng)，該噪聲超寬帶系統(tǒng)信號采用求和的形式，發(fā)送端 避免鍵控可以連續(xù)工作。5)隨著數字技術的發(fā)展，數字電路的處理速度不斷提高，信號處理的頻率、帶寬不 斷提高，和美國專利4179658相比，本發(fā)明采用了數字通信方式，(1)發(fā)送數據可以是不同 信源信號的融合；(2)結構更加簡單，可以減少系統(tǒng)誤差。(3)采用的高斯噪聲的帶寬可達 數百兆赫茲，大大提高了系統(tǒng)的保密性和抗截獲性。(4)發(fā)送數據可以直接添加信源編碼和 信道編碼模塊，增加系統(tǒng)的效率和可靠性；(5)系統(tǒng)可以利用CDMA方式實現多址通信，與此 同時進一步提高系統(tǒng)的保密性。


圖1為本發(fā)明中發(fā)射機的原理圖2為本發(fā)明中接收機的原理圖；圖3為本發(fā)明和DCSK方式TR-UWB系統(tǒng)采用差分解調的誤碼率對比圖。
具體實施例方式如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括噪聲超寬帶保密通信的發(fā)送端方法和噪聲超寬帶保 密通信的接收端方法(1)噪聲超寬帶保密通信的發(fā)送端方法包括以下步驟A、將高斯白噪聲信號作為載波信號，對高斯白噪聲信號進行延遲τ后再和待發(fā) 送的數據h進行調制，并將數據調制后的信號和所述的高斯白噪聲信號本身作為發(fā)送端的 預發(fā)送信號s (t)。在本實施例中，將數據調制后的信號和高斯白噪聲信號本身進行求和，得 到發(fā)送端的預發(fā)送信號。需要說明的是，在發(fā)送端采用國產的SUINGSU4300噪聲信號發(fā)生 器，其產生的噪聲帶寬可達數百兆赫茲。具體地說，噪聲超寬帶保密通信系統(tǒng)的發(fā)射機原理圖如圖1所示，碼元周期是T， 預發(fā)送信號s(t)是兩路信號的和信號一路是高斯白噪聲信號本身，另一路是高斯白噪聲 信號本身自身延遲時間τ，并經過數據調制后的信號。τ對于確定的發(fā)射機來說是固定不 變的，但對于不同的系統(tǒng)或用戶來說是可變的。正因為如此τ的可變性增加了系統(tǒng)的保密 性，非授權用戶不知道τ的信息時無法實現解調。系統(tǒng)采用碼分多址的多用戶通信方式， 所以最后發(fā)送端發(fā)送的信號是預發(fā)送信號s (t)和p(t)的乘積，其中p(t)是該用戶的偽隨 機PN碼信號，每個不同的用戶分配不同的偽隨機PN碼。作用有兩個一個是根據PN碼的 低互相關性進行多址通信；另外PN碼本身也加強了系統(tǒng)的保密性，非授權用戶不知道PN碼 的信息時無法實現解調。B、對所述的預發(fā)送信號進行碼分多址調制，在調制過程中采用偽隨機PN碼信號， 最終得到發(fā)送端的發(fā)送信號。(2)噪聲超寬帶保密通信的接收端方法包括以下步驟Si、接收端采用偽隨機PN碼信號對收到的接收信號進行解調，即接收端首先乘以 各自用戶的偽隨機PN碼，然后對解調后的信號再進行差分相干解調。為更好地實施本發(fā) 明，接收端首先對收到的接收信號進行濾波處理，然后再采用偽隨機PN碼信號對收到的接 收信號進行解調。S2、對差分相干解調之后的信號進行判決，最終解調得到待發(fā)送的數據。本發(fā)明系統(tǒng)采用等效低通離散時間模型來分析，假設系統(tǒng)的帶寬為2B，則等效低
通系統(tǒng)帶寬為B，根據抽樣定理，抽樣頻率至少為等效低通帶寬的兩倍，取^ = + = 25吐匕
上S
特周期為T，定義f 二 2BT = i為擴頻因子。
S設高斯白噪聲超寬帶系統(tǒng)的第j比特發(fā)送信號為s (k) =x (k) +bj_lX (k-M) jL 彡 k < jL+L-1 (1)式⑴中x(k)是噪聲信號，bj e (-1,1)為待發(fā)送的數據，j e (-C ，+①)。M是 離散域分析時參考噪聲的延遲，M = f。
最終發(fā)送信號sQ(k) = s(k)p(k)，p(k) e (_1，1)，是該用戶的偽隨機PN碼。設信道是加性高斯白噪聲信道，信道中加性白噪聲方差為
。經過信道，接收信
號通過帶通濾波器的接收信號為A (k)，帶通濾波器的目的是濾除系統(tǒng)通帶以外的噪聲，則r0 (k) = s0 (k) +n0 (k)令 r(k) =r0(k)p(k) = s(k)p2(k)+n0(k)p(k) = s (k)+n0 (k) ρ (k)且 n(k) =n0(k)p(k)則r(k) =s (k) +η (k)第j個碼元的判決量為 =Z1+Z2+Z3+Z4+Z5+Z6+Z7+Z8+Z9式⑶中的Z1是有用的噪聲信號項，Z2, Z3和Z4是發(fā)送的相鄰比特噪聲信號間的 互干擾項，Z5, Z6, Z7和Z8是發(fā)送的噪聲信號和信道噪聲間的互干擾項，Z9是信道噪聲的互 干擾項。則此時系統(tǒng)誤碼率為 根據高斯白噪聲的特性可知E [bj] = E [χ (k) ] = E [η (k) ] = 0，D [bj] = 1， E [x (k-iM) χ (k-jM) ] = E [χ (k-iM) ]E [χ (k-jM) ] = 0，i 興 j E[x(k)]E[n(k)] =O0對式(3)中的9項簡單計算可得EtYjIbj = +1] = L · D[x(k)]D [Z11 bj = +1] = 0DtZ2Ibj = +1] = D[Z3|b,. = +1] = D[Z4|b,. = +1] = L · D2[χ(k)] (7) 根據Eb = L*D[x(k)]，Eb是每比特信號的能量。將式(5)至式(9)代入式(4)誤 碼率為 對式(10)進行仿真，取L = 256，使用差分解調，得高斯白噪聲超寬帶系統(tǒng)和DCSK 方式TR-UWB超寬帶系統(tǒng)誤碼率隨信噪比變化的兩條曲線如圖3所示。可以看出本發(fā)明的 噪聲超寬帶系統(tǒng)的誤碼率要明顯低于DCSK方式TR-UWB超寬帶系統(tǒng)。
權利要求
一種噪聲超寬帶數字保密通信系統(tǒng)，其特征在于，它包括噪聲超寬帶保密通信的發(fā)送端方法和噪聲超寬帶保密通信的接收端方法(1)噪聲超寬帶保密通信的發(fā)送端方法包括以下步驟A、將高斯白噪聲信號作為載波信號，對高斯白噪聲信號進行延遲后再和待發(fā)送的數據進行調制，并將數據調制后的信號和所述的高斯白噪聲信號本身作為發(fā)送端的預發(fā)送信號；B、對所述的預發(fā)送信號進行碼分多址調制，在調制過程中采用偽隨機PN碼信號，最終得到發(fā)送端的發(fā)送信號；(2)噪聲超寬帶保密通信的接收端方法包括以下步驟S1、接收端采用偽隨機PN碼信號對收到的接收信號進行解調，并對解調后的信號再進行差分相干解調；S2、對差分相干解調之后的信號進行判決，最終解調得到待發(fā)送的數據。
2.根據權利要求1所述的噪聲超寬帶數字保密通信系統(tǒng)，其特征在于在噪聲超寬帶 保密通信的發(fā)送端方法的步驟A中，將數據調制后的信號和所述的高斯白噪聲信號本身進 行求和，得到發(fā)送端的預發(fā)送信號。
3.根據權利要求1所述的噪聲超寬帶數字保密通信系統(tǒng)，其特征在于在發(fā)送端采用 SUINGSU4300噪聲信號發(fā)生器。
4.根據權利要求1 3任一所述的噪聲超寬帶數字保密通信系統(tǒng)，其特征在于在噪 聲超寬帶保密通信的接收端方法的步驟Sl中，接收端首先對收到的接收信號進行濾波處 理，然后再采用偽隨機PN碼信號對收到的接收信號進行解調。
全文摘要
噪聲超寬帶數字保密通信系統(tǒng)，它包括噪聲超寬帶保密通信的發(fā)送端方法和噪聲超寬帶保密通信的接收端方法(1)噪聲超寬帶保密通信的發(fā)送端方法包括A、將高斯白噪聲信號作為載波信號，對高斯白噪聲信號進行延遲后再和待發(fā)送的數據進行調制，并將數據調制后的信號和所述的高斯白噪聲信號本身作為發(fā)送端的預發(fā)送信號；B、對所述的預發(fā)送信號進行碼分多址調制，在調制過程中采用偽隨機PN碼信號，最終得到發(fā)送端的發(fā)送信號；(2)噪聲超寬帶保密通信的接收端方法包括S1、接收端采用偽隨機PN碼信號對收到的接收信號進行解調，并對解調后的信號再進行差分相干解調；S2、對差分相干解調之后的信號進行判決，最終解調得到待發(fā)送的數據。
文檔編號H04K1/00GK101917243SQ20101025274
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權日2010年8月13日
發(fā)明者劉志平, 張培玲, 恩德, 李輝, 錢偉 申請人:河南理工大學