基于数字信号处理器的语音无线混沌通信_系统设计与硬件实现

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1、第59卷第5期2010年5月物理学报Vol.59，No.5，May，20101000-3290/2010/59(05)/3017-10ACTAPHYSICASINICA2010Chin.Phys.Soc.基于数字信号处理器的语音无线混沌通信*———系统设计与硬件实现张朝霞禹思敏(广东工业大学自动化学院，广州510006)(2009年6月19日收到;2009年9月21日收到修改稿)提出了一种基于数字信号处理器(DSP)的语音无线混沌数字通信系统设计与硬件实现的新方案.根据Runge-Kutta算法和变

2、量比例扩张变换，以多涡卷广义Jerk系统为例，对其连续混沌系统作离散化处理，产生作为语音数据加密与解密的混沌数字序列.在芯片型号TMS320VC5509APGE的DSP技术平台上，利用无线发送器和无线接收器nRF2401，实现了语音无线混沌数字通信.给出了技术设计与硬件实现结果，证实了该方案的可行性.关键词:数字信号处理器，多涡卷广义Jerk系统，语音无线混沌数字通信，硬件实现PACC:0545种情况.已有研究结果表明，对于无线模拟混沌通1.引言信，由于受到信道干扰和非线性失真的影响，加之模拟通信系统本

3、身缺少相对应的信道纠错功能，混混沌在保密通信中应用是近年来直接为人类沌同步的实现相对要困难些，接收端解调的语音信［18］服务的重要研究方向之一，它的起源可追溯到1990号不理想.而对于无线混沌数字通信，由于通过［1］年Pecora和Carroll提出混沌同步的概念.混沌信道传输的是二进制数字信号，与传输模拟信号相保密通信经历了认识了解、深化研究到工程应用等比，它具有较强的抗干扰能力，并且无线数字发送多个不同阶段.混沌信号以其类噪声式的宽带功率器和接收器本身还具有纠错功能，因而使得无线数谱、冲击式的相关特

4、性、对初始条件高度敏感性、复字混沌通信具有更好的实际可行性.杂的混沌动力学行为，在混沌保密通信及其相关领最近，我们提出了一种用数字信号处理器［2—34］域内获得了广泛应用.值得一提的是，目前，混(DSP)实现语音无线混沌数字通信的系统设计与硬沌通信已从理论分析、计算机仿真和电路实验阶段件实验方案.为便于DSP技术实现，首先必须对连正逐步走入实际工程应用.例如，文献［7］报道了利续时间混沌系统作离散化处理和变量比例扩张变用光纤技术实现混沌保密通信的最新结果.在技术换.离散化方法有简单Euler法、改进Eu

5、ler法和实现方面，用数字信号处理器和现场可编程门阵列Runge-Kutta法.为保证离散化运算精度和稳定性，等先进的现代数字信号处理工具来实现混沌保密我们选用了Runge-Kutta法，并以多涡卷广义Jerk［10］通信已成了一个实际可行的发展方向.系统为例进行离散化处理.在硬件实现方面，基于混沌通信分有线通信和无线通信两大类.有线芯片型号为TMS320VC5509APGE的DSP开发平混沌通信因在理想信道中传输信号，混沌同步与混台，在发送端，通过DSP的离散迭代运算，实现混沌［17］沌通信相对容易实

6、现.但对于无线混沌通信来序列对语音数据的混沌加密，并将加密后的数据，说，其实现的难度要比有线混沌通信大得多.无线通过无线发送和接收器nRF2401，实现对加密数据混沌通信又可分无线模拟通信和无线数字通信两的无线发送与接收.在接收端，则根据自同步原理，*国家自然科学基金(批准号:60572073，60871025)，广东省自然科学基金(批准号:8151009001000060)，广东省自然科学基金研究团队项目(批准号:8351009001000002)和广东省科技计划项目(批准号:2009B0108000

7、37)资助的课题.通讯联系人.E-mail:siminyu@163.com3018物理学报59卷通过DSP实现对加密数据的混沌解密.系统设计与f(x)=sgn(x)+sgn(x－2)+sgn(x+2)硬件实现结果证实了该方案的有效性.+sgn(x－4)+sgn(x+4)－x.(2)根据(1)式和(2)式，得6涡卷混沌吸引子的数2.对语音进行加密/解密时多涡卷广值模拟结果如图1所示，该系统随参数β变化时最义Jerk系统同步原理与分析大李氏指数的计算结果如图2所示.显见6涡卷广义Jerk系统的最大李氏指数

8、为正，因而为混沌态.混沌通信主要有相干通信和非相干通信两大类，而混沌同步是实现相干混沌通信的前提和基础.为了在DSP硬件平台上实现相干混沌无线通信，首先应考虑以下三个主要问题:1)在硬件实现的实际情况下，应选择适合于无线通信自同步的混沌系统.当利用它们对语音信号进行加密、传输和解密时，应能保证发送端和接收端混沌系统较稳定的同步.2)考虑到无线混沌通信对实时性的要求很高，并且在实际情况中往往系统受到硬件资源的制约，混沌加密和解密算法不能过于复