新型Chen-Mobius保密通信系统的研究及FPGA实现

摘 要： 提出了一种新型Chen-Mobius通信系统，并简要介绍了该系统基于DE2平台的FPGA设计、功能仿真和硬件实现。
关键词： Chen-Mobius变换；DSP Builder；FPGA

Mobius函数及Mobius反演公式是个古老而又神秘的数学知识，由我国著名学者、现中科院院士陈难先教授提出的推广Mobius反演公式到变量连续形式的Chen-Mobius反演公式，解决了应用物理中的各种逆问题[1-2]。近几年国内不少学者又开创了将Chen-Mobius反演公式应用于通信系统的新领域[3-5]。苏武浔等研究的利用调制解调原理的Chen-Mobius通信系统[6-7]也取得了一定成果。本文利用Chen-Mobius变换生成的函数族的斜正交性设计一种高速保密的通信系统。该新型Chen-Mobius通信系统与传统通信系统比较，主要有传输方式不同、保密性好、编码函数族简单等特点。


2 新型Chen-Mobius 8路通信系统的FPGA实现
2.1 发送部分
周期波形信号发生器是由8路Chen-Mobius变换生成的函数族经过8路加法器合成的。每个Chen-Mobius函数族模块包含使能端、时钟控制端、波形输出端。
周期波形信息头发生器产生的信息头使得波形在接收端就可以被识别。本信息头的设计规则是在每个周期波形信号发生器产生前连续产生两个时钟的周期波形的最小幅值信号和两个时钟的周期波形的最大幅值信号。
时序控制器的设计主要是分配好信号发生器与信息头发生器的时序，因为信息头发生器只发生在波形周期的前4个脉冲。
通信系统的发送模块主要由3部分组成：周期波形信号发生器、周期波形信息头发生器和时序控制器。如图2所示，在一个波形周期的前4个时钟的值为波形的极小、极大值分别为-8 192、8 191，并在后面紧随着信号波形。

通信系统的发送模块主要由4个组成部分：信息头判别器、接收端周期波形发生器、乘法累加器和信号判别器。分别在Quartus中对其进行功能仿真，对接收端模块进行封装，并进行功能仿真，结果如图4所示。
当输入数据是连续的-8 192、-8 192、8 191、8 191时，接收端就开始产生波形并与发生端的波形进行乘法累加运算。

2.3 新型Chen-Mobius通信系统的实现