无线混沌数字通信系统的设计与实现

【摘要】：混沌运动是非线性系统中出现的一种确定性的、类随机的过程。它是非周期、有界但又不收敛的,并对初始条件极为敏感。同时,混沌信号具有遍历性、非周期、连续宽带频谱、似噪声的特性,特别适合于保密通信。 混沌保密通信作为保密通信的一个新的发展方向,具有很好的应用前景。近来,国内外的许多相关文献中,报道了利用分立元件设计模拟电路来产生模拟混沌信号并将其应用于保密通信系统的方案。然而,随着数字信号处理技术的发展,混沌系统的研究和应用日趋数字化,利用现代数字器件来产生混沌信号并将其应用于通信系统的报道越来越多。由于数字器件具有逻辑密度高、通用性强、随机可编程、开发时间短、可反复修改等特点,这就克服了模拟器件参数无法精确调整、性能易受环境因素影响等缺点,给混沌系统的研究和应用带来了很大便利。 目前,在数字器件上实现混沌保密通信系统,多是基于有线信道的传输。有线信道比较接近理想信道,在传输过程中,收发端混沌系统的同步比较容易实现。本课题设计的语音混沌保密通信系统是利用无线信道进行传输的,无线信道的传输在带来便利的同时,也存在受外界噪声影响较大的问题。做为一种尝试,在无线传输方面,选用微功短距离高速无线传输芯片nrF24L01;混沌系统也只选用相对简单的Lorenz混沌系统,而没有用复杂的多涡卷或多翅膀混沌系统；在混沌加密的方法上采用原理相对简单的混沌掩盖方式。 本文首先介绍了混沌保密通信课题的研究背景和意义,在解释了混沌及保密通信的一些基本理论和概念后,详细阐述了利用Euler算法将Lorenz混沌系统离散化,在DSP平台上产生出混沌吸引子的方法；然后根据驱动-响应同步原理,在同一块ICETEK-VC5509-A开发板上实现了驱动系统与响应系统的同步,并给出了相应的实验结果；接着实现了语音信号在两块开发板之间的无线传输以及收发端混沌系统在无线传输过程中的同步；在此基础上,把语言信号叠加到混沌信号中,利用驱动-响应同步法,最终实现了一个实时的无线语音混沌保密通信系统。