文档介绍：第三章混沌保密通信的调制技术研究及性能分析
§ 引言
进入二十世纪九十年代以来,混沌的研究进入了崭新的阶段,特别是混沌同步研究的进展,使得将混沌技术应用于通信领域成为可能。混沌通信的保密性能好,吸引了相当多的注意力,是个潜力巨大的研究课题。而要利用混沌进行保密通信,除了要解决混沌同步的难题之外,混沌系统的调制技术也是关键技术之一。
利用混沌的自同步特性来实现混沌保密通信的方法得到了越来越多的研究。按其调制技术来分,主要有混沌掩盖[25,26]、混沌参数调制[27]、混沌键控[28,29]、混沌编码[30,31]等方案。另外,混沌扩频也有广阔的发展前景。
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混沌参数调制就是在发送端的混沌振荡器,利用原始的有用信息对混沌的某个参数进行调制。这个参数的变化就反映了有用信息的变化。在系统的接收端有一个与发送端同步的混沌系统,这个混沌系统状态的变化同样反映了有用信息的变化。于是利用非线性滤波器就可以检测和恢复原始信息。下面所介绍的基于蔡氏电路的斜率调制在实质上就是有个混沌参数调制。
蔡氏电路是一个三维自治振荡系统,其电路图如第一章的图1-1所示,电路由四个线性元件:电感L,电容,电阻R和一个非线性电阻组成。
由图可知,蔡氏电路的状态方程为:
图3-1 蔡氏电路中非线性电阻NR的伏安特性
Fig 3-1 V-A characteristic of nonlinear resistance in Chai’s circuit
(3-1)
式中:为非线性电阻的伏安特性,如图3-1所示。可以用双运放和6个线性电阻组成[32],如图3-2所示。
在图1-1中上并联一个较小的电导g,就会改变图3-1中伏安特性的斜率。如果我们用有用信号u(t)去调制电导g,则图1-1中的特性就会随着u(t)的变化而改变,相当于用u(t)去调制的斜率,而整个蔡氏电路的混沌状态也将发生连续变化,这意味着此时的混沌信号包含了有用信号u(t)。只要u(t)的幅度被控制在一定的范围内,就不会使电路摆脱混沌状态。在接收端的同步系统中把变化的斜率信息解调出来就可以恢复有用信息u(t)。
用耦合法同步的斜率调制混沌保密通信系统的电路如图3-3所示,输入信号u(t)与电容l两端的电压通过相乘器相乘,S,起调制电导的作用,因而电压就会随着输入信号u(t)幅度的变化而变化。
在接收端,由于两个混沌系统保持同步,所以接收端混沌电路的电流电压关系与发送端相同。从电路的分析可以得出,电流应该与流过发送端的受控电流源的电流相同,即,而,所以,即。
将,输入如图3-4接收端电路中的除法器,并经信号放大,得到输出为u(t)的线性放大。
混沌参数调制一般用于混沌模拟通信调制,要求收发两端的模拟混沌电路精确匹配,这在实际运用中存在一定的困难。文献[33]中提出了一种基于混沌参数调制的数字通信方法,可以从接收信号中提取混沌载波,而避开了混沌系统的同步,具有一定的借鉴意义。
§  混沌键控调制
混沌键控CSK(Chaos Shift Keying )[34]中首次提出的,在此基础上又先后提出了改进的混沌键控调制方式。目前,混沌键控技术的实现主要有两类,一类是混沌键控CSK,混沌开关键控COOK(Chaos On-Off