新型Chen-Mobius保密通信系統(tǒng)的研究及FPGA實(shí)現(xiàn)

摘 要： 提出了一種新型Chen-Mobius通信系統(tǒng)，并簡(jiǎn)要介紹了該系統(tǒng)基于DE2平臺(tái)的FPGA設(shè)計(jì)、功能仿真和硬件實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞： Chen-Mobius變換；DSP Builder；FPGA

Mobius函數(shù)及Mobius反演公式是個(gè)古老而又神秘的數(shù)學(xué)知識(shí)，由我國(guó)著名學(xué)者、現(xiàn)中科院院士陳難先教授提出的推廣Mobius反演公式到變量連續(xù)形式的Chen-Mobius反演公式，解決了應(yīng)用物理中的各種逆問題[1-2]。近幾年國(guó)內(nèi)不少學(xué)者又開創(chuàng)了將Chen-Mobius反演公式應(yīng)用于通信系統(tǒng)的新領(lǐng)域[3-5]。蘇武潯等研究的利用調(diào)制解調(diào)原理的Chen-Mobius通信系統(tǒng)[6-7]也取得了一定成果。本文利用Chen-Mobius變換生成的函數(shù)族的斜正交性設(shè)計(jì)一種高速保密的通信系統(tǒng)。該新型Chen-Mobius通信系統(tǒng)與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)比較，主要有傳輸方式不同、保密性好、編碼函數(shù)族簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。


2 新型Chen-Mobius 8路通信系統(tǒng)的FPGA實(shí)現(xiàn)
2.1 發(fā)送部分
周期波形信號(hào)發(fā)生器是由8路Chen-Mobius變換生成的函數(shù)族經(jīng)過8路加法器合成的。每個(gè)Chen-Mobius函數(shù)族模塊包含使能端、時(shí)鐘控制端、波形輸出端。
周期波形信息頭發(fā)生器產(chǎn)生的信息頭使得波形在接收端就可以被識(shí)別。本信息頭的設(shè)計(jì)規(guī)則是在每個(gè)周期波形信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生前連續(xù)產(chǎn)生兩個(gè)時(shí)鐘的周期波形的最小幅值信號(hào)和兩個(gè)時(shí)鐘的周期波形的最大幅值信號(hào)。
時(shí)序控制器的設(shè)計(jì)主要是分配好信號(hào)發(fā)生器與信息頭發(fā)生器的時(shí)序，因?yàn)樾畔㈩^發(fā)生器只發(fā)生在波形周期的前4個(gè)脈沖。
通信系統(tǒng)的發(fā)送模塊主要由3部分組成：周期波形信號(hào)發(fā)生器、周期波形信息頭發(fā)生器和時(shí)序控制器。如圖2所示，在一個(gè)波形周期的前4個(gè)時(shí)鐘的值為波形的極小、極大值分別為-8 192、8 191，并在后面緊隨著信號(hào)波形。

通信系統(tǒng)的發(fā)送模塊主要由4個(gè)組成部分：信息頭判別器、接收端周期波形發(fā)生器、乘法累加器和信號(hào)判別器。分別在Quartus中對(duì)其進(jìn)行功能仿真，對(duì)接收端模塊進(jìn)行封裝，并進(jìn)行功能仿真，結(jié)果如圖4所示。
當(dāng)輸入數(shù)據(jù)是連續(xù)的-8 192、-8 192、8 191、8 191時(shí)，接收端就開始產(chǎn)生波形并與發(fā)生端的波形進(jìn)行乘法累加運(yùn)算。

2.3 新型Chen-Mobius通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)