混沌電路同步及混沌保密通信

1、第六章混沌電路同步與混沌保密通信第六章混沌電路同步與混沌保密通信 混沌系統(tǒng)的一個重要概念是混沌同步與控制，混沌電路的一個重要應(yīng)用是混沌保密通信?；煦缦到y(tǒng)的同步與控制是20世紀末人們在混沌系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的一個重要特性，它對應(yīng)于自然界廣泛存在的共振、鎖?，F(xiàn)象，利用了混沌的一個重要特性遍歷性?；煦绫Ｃ芡ㄐ攀腔煦珉娐分凶钣芯薮髴?yīng)用潛力與前景的一個研究熱點，它在目前顯示出來的各種物理現(xiàn)象中是最為引人矚目的一個現(xiàn)象，因為它和以往發(fā)現(xiàn)的各種物理現(xiàn)象極為不同。從通信技術(shù)來看，它包含的通信信息量巨大，它的保密方式奇特、新穎、易變與復(fù)雜，得到各個工業(yè)強國的高度重視，并投入巨資進行研究。因此，本章內(nèi)容具有極強的理論價值

2、與應(yīng)用價值。 混沌保密通信系統(tǒng)是電路系統(tǒng)，強調(diào)系統(tǒng)級的非線性特性; 在混沌保密通信系統(tǒng)研究中，保密方與破密方的矛盾斗爭導致電路研究的錯綜復(fù)雜性。本章首先介紹混沌保密電路原理，之后介紹混沌保密通信過程。 1混沌保密通信簡介混沌保密通信簡介 一、混沌通信簡介一、混沌通信簡介 隨著對混沌理論的深入研究，它在科學和工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用研究也迅速發(fā)展起來?；煦缧盘柕膽?yīng)用已滲透到電子工程的每一個重要領(lǐng)域，從而形成了諸如混沌通信、混沌雷達、混沌對抗、混沌控制等研究分支?；煦缤ㄐ旁趪H上起源于二十世紀九十年代初期，現(xiàn)已經(jīng)經(jīng)歷了十多年的時間并已成為目前信息科學界關(guān)注和研究的熱點之一，在國際上對電路系統(tǒng)中的混沌機理

3、進行系統(tǒng)性的研究始于八十年代初期，在此之前，已從天文、氣象、生物、物理和力學等眾多領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了混沌現(xiàn)象，這些發(fā)現(xiàn)為混沌機理的研究提供了大量的事實依據(jù)?；煦缱鳛橐环N客觀存在的現(xiàn)象，從宇宙學、氣象學這類宏觀尺度系統(tǒng)到人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和神經(jīng)元這樣的微觀尺度系統(tǒng)，都涉及到混沌。 1983年，美國著名的電學專家蔡少棠教授提出了著名的蔡氏電路，此后，對許多學者對蔡氏電路進行了廣泛和深入的研究，使人們從電路的角度對混沌機理進行探索，蔡氏電路也成為開辟混沌通信領(lǐng)域的先驅(qū)，但在早期，在電子工程中人們研究混沌的目的往往在于避免和消除它，在1990年，美國海軍實驗室的Pecora和Carroll首次提出用電子線路實現(xiàn)混沌

4、同步，即混沌系統(tǒng)的驅(qū)動響應(yīng)同步法，此后關(guān)于混沌同步的研究不斷推進，從而使得人們對混沌保密通信的研究進入了高潮。由于混沌信號具有隨機性，對初始條件的敏感性、類似噪聲和寬帶功率譜密度，使得混沌信號很難被破譯，即使竊聽者知道是混沌信號，如果不知道電路的類型和精確的參數(shù)值（這些信息可作為密鑰），也無法破譯，此外，利用混沌電路實現(xiàn)混沌保密通信，可用簡單的電路完成基本的加密功能的同時還使得信號的頻譜得以擴展?；煦绫Ｃ芡ㄐ疟饶壳皬V泛應(yīng)用的m序列保密通信更具有發(fā)展的前景。由于混沌是介于周期振蕩和噪聲的一種復(fù)雜振蕩，它不具有周期性，更適合于保密通信。所以，混沌通信和加密技術(shù)正是適應(yīng)未來信息戰(zhàn)的需要，是一個在21

5、世紀大有發(fā)展前景的極富有挑戰(zhàn)性的高科技通信領(lǐng)域。二、保密通信原理二、保密通信原理 保密通信是對預(yù)傳輸?shù)男畔⒉扇〖用艽胧┖蟛旁谛诺乐袀鬟f，而在接收端則對收到的加密消息進行解密，使它恢復(fù)到原信息的通信方式，加密的目的是隱藏信息內(nèi)容，以防竊聽者截取。按密碼學的術(shù)語，將原來可以讀懂的文本稱為明文，從可懂文本到不可懂文本的變換過程稱為加密。從不可懂文本變成原文本的過程稱為解密。經(jīng)加密以后的文本稱為密文，將加密、解密的算法或規(guī)則稱為密鑰。加密、解密過程可以簡單的表示如下圖6-1：明文加密變換信道解密變換明文密鑰密鑰圖6-1保密通信示意圖 保密通信可以用數(shù)學公式描述為：加密過程：Y=EZ(X)解密過程：X=

6、DZ(Y)這里X表示明文，Y表示密文，Z表示為密鑰，EZ表示加密變換，DZ表示解密變換，EZ與DZ合稱保密變換。保密變換的實質(zhì)是對信息（字符或數(shù)據(jù)）記錄進行一組可逆的邏輯或數(shù)學運算，使得情報對于計算機和人都是不能理解。從上分析中可以看出，密鑰在保密通信中起到關(guān)鍵的作用。但實際上這種密鑰的長度是有限的，經(jīng)典的密碼學已被研究的很多，人們已經(jīng)研究出許多破解密文恢復(fù)明文的方法，研究新一代的保密技術(shù)勢在必行，混沌保密通信由于具有優(yōu)良的保密性能而應(yīng)運而生。三、混沌保密通信需要解決的問題三、混沌保密通信需要解決的問題 目前，混沌同步理論和保密通信應(yīng)用性研究還處于初期階段，混沌序列用于密碼、跳頻、擴頻通信的領(lǐng)

7、域研究也剛剛開始。并且還有一些重要的基本問題有待解決。歸納起來，混沌保密通信所存在的主要問題有以下幾點： （1）系統(tǒng)同步的魯棒性（Robust）和通信的保密性是一對矛盾，魯棒性也可被破譯方利用，同步魯棒性的提高必然會使安全性降低，從而影響了系統(tǒng)的保密性。因此，需要綜合考慮。 （2）模擬電路實現(xiàn)的混沌保密通信系統(tǒng)，應(yīng)用時很難做到收發(fā)兩端的混沌電路完全匹配。為克服這個缺點，雖然一些文獻也提出一些方法，如利用數(shù)字濾波器的擬混沌特性實現(xiàn)數(shù)字保密通信，采用非自治的混沌系統(tǒng)實現(xiàn)模擬保密通信等。但這些方面的研究還是比較少，還有待于繼續(xù)探索解決的方法。 （3）近幾年，隨著預(yù)測學和電子對抗技術(shù)的發(fā)展，一些混沌映

8、射通過相空間重構(gòu)的方法能夠精確預(yù)測，如果已知幾個明文密文對，一些混沌映射也容易被預(yù)測。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，高維超混沌系統(tǒng)的保密性相對于低維混沌系統(tǒng)來說保密性要強一些。因此，如何得到很多不易預(yù)測的且易實現(xiàn)的混沌數(shù)學模型是混沌技術(shù)應(yīng)用于保密通信領(lǐng)域的難點。 （4）現(xiàn)有的混沌序列的研究對于所生成序列的周期、偽周期性、復(fù)雜性等不是建立在統(tǒng)計分析上，就是通過實驗測試給出的，故難以保證其每個實現(xiàn)序列的周期都足夠大，偽隨機性足夠好，復(fù)雜性足夠高，因而不能使人放心的用它來加密。 （5）目前所采用的混沌制式大多數(shù)只是一個正的李雅普諾夫指數(shù)的低維混沌系統(tǒng)，這種混沌通信系統(tǒng)的安全度尚不太令人滿意，而由于多個李雅普諾夫指數(shù)的

9、高維超混沌系統(tǒng)具有更復(fù)雜的動力學行為，可以大大提高通信系統(tǒng)的安全度，但是這方面的研究還剛剛開始。 （6）目前對混沌通信的研究，無論在理論上還是在實驗上都取得了實質(zhì)性的進展，已提出的方案就有幾十種，目前多數(shù)的方案或多或少總存在一些缺點，研究手段局限于計算機仿真，而有關(guān)混沌通信硬件實驗的研究報道還比較少，通信的質(zhì)量也不太令人滿意。 雖然混沌技術(shù)應(yīng)用于保密通信領(lǐng)域還有以上一些問題尚待解決，但是無論怎么說，基于混沌理論的保密技術(shù)可能會導致保密通信領(lǐng)域的一場變革。2混沌電路控制、同步與保密通信原理混沌電路控制、同步與保密通信原理 一、混沌保密通信的特點與發(fā)展歷程一、混沌保密通信的特點與發(fā)展歷程 混沌運動

10、從它被發(fā)現(xiàn)的開始就受到人們的廣泛注意與重視，不僅僅是因為它的理論價值，也因為它的應(yīng)用價值?；煦缈刂婆c同步的實驗成功極大地鼓舞了所有的混沌研究者，這就進一步加快了混沌研究的步伐，使得混沌控制與同步的研究成為混沌研究中取得重大進展的領(lǐng)域，從而使混沌從理論研究發(fā)展到應(yīng)用研究，這必將產(chǎn)生重大的經(jīng)濟價值。例如，混沌運動蘊藏著巨大的信息量，使得這些混沌系統(tǒng)之間同步與控制可用于保密通信，這一資源帶來的效益不可估量。 混沌學作為二十世紀三次物理學中最后一次革命，必將像前二次革命一樣，給人類帶來輝煌的物質(zhì)和精神文明。保密通信作為混沌學應(yīng)用的一個重要分支，又身處一個信息時代，必將在人們的生活中，尤其是軍事及國家安

11、全和通信對抗中扮演重要的角色。它關(guān)系到國防現(xiàn)代化及在未來信息戰(zhàn)中一個國家的競爭力，同時它將對今后我國社會和國民經(jīng)濟的發(fā)展起到促進作用，它在二十一世紀必將有十分誘人的發(fā)展應(yīng)用前景。 與現(xiàn)代通信相比，混沌保密通信具有許多新的特點，二者的主要差異點如表6-1所示。 表6-1 現(xiàn)代通信與混沌通信的主要差異點項目內(nèi)容通?，F(xiàn)代通信混沌保密通信歷史100多年，技術(shù)成熟剛過20年，新出現(xiàn)的信息技術(shù)工業(yè)基礎(chǔ)已經(jīng)成為世界信息技術(shù)的心臟正在引人注目，成為國際上研究的熱點，特別是美國國防部和發(fā)達國家給予高度重視發(fā)射帶寬（BW）既可在信息BW上發(fā)射，又可在帶寬（BW）上發(fā)射發(fā)射帶寬譜（BW）理論與技術(shù)關(guān)系門類齊全，體系

12、完整（從信息理論到信息技術(shù)，從通信軟件到電路硬件）開發(fā)初期，尋求重點發(fā)展，已提出一些混沌通信方案，涉及電路、激光和計算機系統(tǒng)等保密技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)學方法為主，涉及復(fù)雜數(shù)學知識物理方法為主，涉及利用混沌特性主要保密基礎(chǔ)已發(fā)展許多保密技術(shù)，基于各種密鑰算法，如DES、IDEA、三重DES、序列密碼算法、單向及多向散列函數(shù)、SRA、DSA、Fiat-Shamir、Diffie-Hellman有三大類:1、直接利用混沌加密通信;2、利用混沌同步秘密通信;3、混沌數(shù)字編碼的異步通信。發(fā)展的主要技術(shù)：混沌遮掩、混沌調(diào)制、混沌開關(guān)三大技術(shù)保密性與抗破譯能力保密性與抗破譯雖好，但仍有漏洞，因為再大的隨機性也有周期性

13、，可破譯，或十分費時，代價極大混沌具有高度隨機性、非周期性、不可預(yù)測、快速衰減的關(guān)聯(lián)函數(shù)和寬帶特性，保密性更強魯棒性可以達到好魯棒性強容量可以達到很大容量，但有限制應(yīng)用時空混沌更增強魯棒性，保密性更強功率高低功率和低觀察性設(shè)備成本高相對低保密系統(tǒng)安全的主要問題1、軟件的致命漏洞;2、低效的攻擊保護;3、糟糕的隨機數(shù)產(chǎn)生;4、沒有地方存放秘密;現(xiàn)代計算機并不適合保護小秘密正在研究，有利于解決這些問題 由于混沌系統(tǒng)對初始條件和參數(shù)十分敏感，所以在二十世紀九十年代初，混沌同步就開始用于保密通信，至今經(jīng)歷了4次大的改進與發(fā)展，其主要的方法和特點如表6-2所示。 表6-2 混沌同步保密通信的發(fā)展主要歷程

14、發(fā)展階段主要方法主要特點第一代(從1993年起)附加混沌遮掩混沌鍵控前者電路實現(xiàn)簡單，用于模擬通信；但抗噪聲和參數(shù)失配的能力較弱，且保密性差。后者雖抗噪聲和參數(shù)失配的能力較強，可用于數(shù)字通信，但保密性差。第二代(1993-1995年)混沌參數(shù)調(diào)制混沌非自治調(diào)制這兩種方法理論上可使得同步誤差接近零，甚至不存在同步誤差，保密性較第一代有所增強，但還不令人滿意。第三代(自1997年起)混沌密碼系統(tǒng)將經(jīng)典的密碼技術(shù)與混沌同步結(jié)合起來，進一步增強了系統(tǒng)的保密性，至今還沒有被破譯過，但帶寬利用率較低。第四代(自1999年起)混沌脈沖同步帶寬利用率較高，抗噪聲和參數(shù)失配的能力較強，并可與常規(guī)的密碼技術(shù)結(jié)合在

15、一起，提高系統(tǒng)的保密性。 第一代混沌保密通信電路結(jié)構(gòu)簡單，物理思想清晰，本節(jié)以第一代混沌保密通信電路為例介紹混沌保密通信電路原理，以后各節(jié)講述混沌保密通信工程電路。 二、蔡氏電路混沌遮掩保密通信1、蔡氏電路的控制、同步與保密通信的基本概念 混沌電路運動形態(tài)的最大特點是不可預(yù)測性，如何對混沌電路進行控制與對兩個混沌電路實現(xiàn)同步呢？現(xiàn)以蔡氏電路的一種控制與同步方法為例分析基本蔡氏電路的從自由混沌經(jīng)混沌同步到保密通信的演變。圖6-1為基本蔡氏電路，注意線性電阻R，它連接左邊的C1、L電路與右邊的C2、RNL電路，實際是兩邊電壓VC1與VC2的耦合通路，在蔡氏電路方程組中前兩個方程 與 中，R兩端的信

16、號是 互相傳送的，是雙向傳送?，F(xiàn)在要將這兩個方向信號的傳送分開，實現(xiàn)這一電路設(shè)計目的的方法是使用方向相反的兩個電壓跟隨器且各自串聯(lián)一個與原線性電阻R相等的電阻，如圖6-2所示。為了對電路實施控制，對于耦合方向自右向左的電壓跟隨器，在輸出后面再串聯(lián)兩級反向放大器，如圖6-3所示。再將一級反向器改為一級反向加法放大器，如圖6-4所示，反向加法放大器的另一個輸入端加入的外部信號就是控制信號，即欲傳送的信息，從而實現(xiàn)了對蔡氏電路的控制。 )f(VcC1)Vc(VcCGVc111211dtd)Vc(VcCGC1Vc21222Lidtd圖6-2 單元蔡氏電路圖 圖6-3 將線性電阻兩個方向傳送的信號分開

17、圖6-4 線性電阻自左向右傳輸信號的電路加兩級反向放大器 圖6-5 蔡氏電路被調(diào)制 將兩個電路參數(shù)完全相同的蔡氏電路按連接起來，其中左邊的蔡氏電路就是上面講到的帶有控制端的蔡氏電路，構(gòu)成了兩個蔡氏電路的同步，并且實現(xiàn)了通信。其中，左邊蔡氏電路為發(fā)送端，右邊蔡氏電路為接收端，發(fā)送端的控制信號（也是欲發(fā)送的調(diào)制信號）與混沌信號迭加在一起，具有混沌隨機性，竊聽者只有將他的接收電路參數(shù)與發(fā)送端電路參數(shù)完全相同時才能與之同步并且竊聽到有用信號，這在技術(shù)上有一定的難度，這就是蔡氏電路混沌保密通信的基本原理，如圖6-5所示。圖中電感元件若使用普通電感，等效串聯(lián)電阻較大，造成電路誤差，改進方法是用有源電感代替

18、，如圖6-6所示。圖6-6 一種完整的蔡氏電路保密通信系統(tǒng)圖6-7 蔡氏電路有源電感保密通信系統(tǒng)電路圖 xyzxyz+號輸入調(diào)制 信+_解 調(diào)信號輸出信 道y(t)x(t)s(t)m(t)m(t)發(fā) 送端接 收 端xyzxyz+_通 信 甲 方通 信 乙 方號輸入調(diào)制 信號輸入調(diào)制 信+_解 調(diào)信號輸出解 調(diào)信號輸出 圖6-8 蔡氏電路保密通信方框圖 圖6-9 蔡氏電路雙向保密通信系統(tǒng)方框圖圖6-10 蔡氏電路雙向保密通信系統(tǒng)電路 圖6-9、圖6-10是雙向蔡氏電路保密通信電路方框圖與實際電路圖。三、蔡氏混沌電路同步理論分析三、蔡氏混沌電路同步理論分析主控端（發(fā)送端）蔡氏電路方程為yzzyxy

19、xfxyx)(6-1)11)(m-(21(x)baxxmxmfIb6-1A例如取參數(shù)=10.0，=14.87，ma=-0.68，mb=-1.27，被控端（接收端）蔡氏電路方程為 yzzyxyxfxyx)( 6-2 被控端與主控端有耦合，耦合的蔡氏電路方程為yzzyxyxxxfxyxyzzyxyxxxfxyxxx)()()()(6-3 其中x、y、z為耦合系數(shù)，定義 zzryyqxxp 6-4 由6-3、6-4得到另一差分系統(tǒng)：qrrqpqpSpqpxi26-5 或?qū)懗删仃囆问?，rqpSrqpxi00111026-6 式中Si=ma，mb; i=1，2。它的特征方程是0)2()2() 12(23

20、xixixiSSS6-7 或簡寫成0236-8 若0，0和（-）0，則p=q=r=0是一個穩(wěn)定點，因而兩個耦合的蔡氏電路將達到互相同步。研究表明，當x0.5時，這種同步狀態(tài)將被建立。四、四、EWB仿真電路與仿真結(jié)果仿真電路與仿真結(jié)果 前面圖6-1至圖6-6的所有電路都用EWB軟件仿真，其中仿真參數(shù)設(shè)置為：x軸1mS/格，y軸550mV。圖6-10是蔡氏電路圖6-6保密通信電路的收、發(fā)端的載波信號，它是混沌的。圖6-11是蔡氏電路保密通信電路的收、發(fā)端的調(diào)制信號，它幾乎無任何失真。這就是混沌遮掩保密通信，是第一代混沌保密通信電路。 圖6-11 蔡氏電路保密通信電路的收、發(fā)載波信號圖6-12 蔡氏

21、電路保密通信電路的收、發(fā)調(diào)制信號3混沌保密通信工程電路概述混沌保密通信工程電路概述一、概述一、概述 研究混沌普遍性運動規(guī)律的科學理論是混沌學（Scientifical chaos）,而研究混沌的工程技術(shù)應(yīng)用則是混沌工程學（Engineering chaos）。目前在混沌工程學中研究進展最大的是混沌同步、混沌控制與混沌保密通信。 自從1990年美國海軍實驗室首次用電子線路實現(xiàn)混沌同步以來，利用混沌同步實現(xiàn)保密通信已成為近年來競爭最為激烈的混沌應(yīng)用研究領(lǐng)域。美國、俄羅斯、英國、德國、意大利、瑞士等國家的科學家都參與激烈的競爭，各自加緊研究新的混沌系統(tǒng)，發(fā)展有效的信號處理和信息保密等通信技術(shù)。正是在

22、這如火如荼的研究熱潮中，初步結(jié)出了豐碩的成果。迄今混沌保密通信分為三大類：第一類是直接利用混沌進行保密通信；第二類是利用同步的混沌進行保密通信；第三類是混沌數(shù)字編碼的異步通信。美國陸軍實驗室率先與馬里蘭大學合作，研究了第一類混沌的通信。據(jù)此可以利用小擾動混沌控制技術(shù)控制二進制編碼混沌信號同步，這就是預(yù)測控制技術(shù)。第二類的混沌同步通信是當前國際上研究的一大熱點，正在成為高新技術(shù)的一個新領(lǐng)域。迄今已經(jīng)提出和發(fā)展了同步混沌通信三大保密技術(shù)：混沌遮掩、混沌調(diào)制和混沌開關(guān)技術(shù)，1992年提出了混沌遮掩通信技術(shù)，1993年提出了混沌開關(guān)通信技術(shù)，1993年初提出了混沌調(diào)制通信技術(shù)。這是目前保密通信研究中競

23、爭最為激烈的三項技術(shù)。在競相提出自己的同步通信方案的同時，近年來也提出了無需同步的混沌遮掩、混沌開關(guān)、混沌調(diào)制技術(shù)。這些都屬于混沌保密通信工程電路，國內(nèi)的研究也有較大的進展，例如趙耿,鄭德玲,方錦清等人的工作。 面對“時代日益信息化，社會日益網(wǎng)絡(luò)化”，一場信息化的風暴震撼全球，信息戰(zhàn)將成為未來各國、各個集團較量的主要戰(zhàn)場。誰掌握了信息，誰就擁有決定性的主動權(quán)和制勝權(quán)。目前利用混沌達到保密通信和信息技術(shù)革命有三種主要途徑：一是計算機網(wǎng)絡(luò)；二是電路系統(tǒng)；三是激光系統(tǒng)。其中以電路系統(tǒng)研究得最多和比較成熟。由于混沌通信具有以下優(yōu)點：（1）保秘性強，因為具有寬帶特性，特別是可利用時空混沌增強抗破譯、抗干

24、擾（魯棒性）能力； （2）具有高容量的動態(tài)存儲能力；（3）具有低功率和低觀察性； （4）設(shè)備成本低等。因此，混沌通信和信息加密新技術(shù)正是適應(yīng)未來信息戰(zhàn)的需要，這是一個在二十世紀大有發(fā)展前景的極富挑戰(zhàn)性的高新科技領(lǐng)域。 二、混沌保密通信電路工程類別二、混沌保密通信電路工程類別1、混沌遮掩 混沌遮掩又稱混沌掩蓋和混沌隱藏，這是最早研究的一種混沌保密通信技術(shù)，第一節(jié)已經(jīng)有所介紹。基本思想是利用混沌信號作為一種載體來隱藏信號或遮掩所要傳送的信息。由于混沌信號的寬帶類噪聲特點，將信息信號隱藏或疊加到混沌信號上發(fā)送后，不友善的接收者會誤以為是噪聲信號而不會引起關(guān)注，即便是關(guān)心者，也難以從中提取信息信號，從

25、而達到保密的效果。最早提出的驅(qū)動一響應(yīng)同步法與變型及隨后的一般分解法都屬于混沌遮掩方案，第一節(jié)已經(jīng)講述并且已為人們所熟知，故本節(jié)略而不述，著重評述近年來發(fā)展的更具應(yīng)用潛力的新方案。 混沌遮掩的主要方式有：（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同步的混沌遮掩; （2）離散耦合驅(qū)動的PCM編碼混沌遮掩；（3）時鐘-間隔脈沖驅(qū)動同步數(shù)字混沌遮掩； （4）混合混沌信號驅(qū)動（遮掩）技術(shù)； （5）無同步的混沌遮掩。2、混沌調(diào)制 混沌調(diào)制又稱寬譜發(fā)射?；舅枷胧菍⒁粋€信息信號注入到發(fā)送機，由此改變了原混沌系統(tǒng)的動態(tài)特性，因而信息信號被調(diào)制。用兩個蔡氏線路作為發(fā)射機把電流信號iL（t）注人該線路中，從而修改了電容器C兩端的電壓。該電

26、流信號取決于所發(fā)射的輸入信息S（t）及可逆的編碼函數(shù)iL（t）=C(S(t)，通過S（t）C-1（iL（t）把測得的電流信號id進行解碼實驗結(jié)果表明，利用自同步線路實現(xiàn)寬譜通信系統(tǒng)是可行的。該類型的混沌信號調(diào)制比起混沌開關(guān)及混沌隱藏而言有幾個優(yōu)點：首先它把混沌信號譜的整個范圍都用來隱藏信息；其次，它增加了對參數(shù)變化的敏感性，從而增強了保密性。 信息信號可以是由二進制信息調(diào)制的模擬信號。在混沌開關(guān)技術(shù)中無論何時二進制信息信號值改變了，由于雙方初始條件不同，總會有一個同步等待時間，而在直接混沌調(diào)制中，接收機連續(xù)跟蹤發(fā)射機，兩個混沌系統(tǒng)狀態(tài)肯定一樣，比起混沌開關(guān)而言可望獲得更高的位傳輸速率。 另外，

27、隨著混沌調(diào)制技術(shù)研究的進一步深入，把信息信號與混沌信號相乘的直接混沌頻譜擴展技術(shù)也作為混沌調(diào)制技術(shù)。 混沌調(diào)制的主要方式有：（1）數(shù)字混沌調(diào)制的有線通信（數(shù)字混沌碼分多址Chaotic digital code division multiple access）；（2）脈沖同步的混沌調(diào)制；（3）無同步的脈沖無線發(fā)送的混沌調(diào)制。3、混沌開關(guān)（CSK，混沌偏移鍵控） 混沌開關(guān)又稱混沌參數(shù)調(diào)制，因為最早提出該技術(shù)是參數(shù)調(diào)制的混沌開關(guān)。它是把混沌系統(tǒng)用于密碼發(fā)射的最簡單技術(shù),其基本思想是：根據(jù)在不同的系統(tǒng)參數(shù)下具有不同的吸引子來編制二進制信息代碼S（t），如用“l(fā)”表示參數(shù)1下所對應(yīng)的一個吸引子A1，

28、用“0”表示2下所對應(yīng)的一個混沌吸引子A2，混沌系統(tǒng)的行為在A1與A2之間轉(zhuǎn)換，應(yīng)用歐氏空間距離來檢測重構(gòu)的混沌吸引子和接收到的混沌吸引子的差別，由參數(shù)變化來調(diào)制系統(tǒng)的響應(yīng)時間。 已經(jīng)從實驗上證明了該方法的有用性，用于保密通信的可能性較大。目前一些不同的混沌開關(guān)技術(shù)的區(qū)別主要表現(xiàn)在所選擇的混沌系統(tǒng)，是同步開關(guān)還是非同步開關(guān)，是相關(guān)檢測還是非相關(guān)檢測。 混沌開關(guān)的主要方式有：（1）非線性時延反饋同步的光纖傳輸混沌開關(guān)；（2）非同步的相關(guān)解調(diào)混沌開關(guān)。三、混沌保密通信電路發(fā)展展望三、混沌保密通信電路發(fā)展展望 混沌通信問題的提出不足二十年時間，就已經(jīng)廣泛引起物理學、信息科學工作者及從事交叉學科研究的

29、學者們廣泛的興趣。發(fā)達國家軍方部門都投入大量資金和不少人力加緊這方面的研究工作。特別是美國甚至海陸空都競爭，無論在實驗還是在理論上都取得實質(zhì)性的進展，包括這一領(lǐng)域的方方面面。近二十年來國內(nèi)外發(fā)表的論文數(shù)以千計，提出的方案就有幾十種。然而每種方案或多或少存在一些缺陷，所作的實驗多數(shù)還處于理論驗證階段。多數(shù)只作了仿真研究，實際應(yīng)用和開發(fā)尚有一段距離，但是應(yīng)當看到有些方案已離實用化不遠。 在混沌遮掩通信中，采用數(shù)字混沌的通信方案具較好的發(fā)展前景。如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同步的混沌遮掩通信、離散耦合驅(qū)動的PCM編碼通信、時鐘-間隔脈沖強迫的混沌通信和混合混沌信號遮掩技術(shù)方案等。這些方案均采用了數(shù)字化的同步方法，使通

30、信變得易控和靈活，還易于實現(xiàn)。多數(shù)已作了理論仿真，甚至已用實驗或計算機網(wǎng)絡(luò)試驗證實了其可行性，有待進一步研究和改進現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性等問題。 在混沌調(diào)制通信中，數(shù)字混沌調(diào)制的有線通信脈沖同步的混沌調(diào)制及無同步的脈沖無線混沌調(diào)制等可望在實際的通信系統(tǒng)中發(fā)展起來。通信不僅具有保密性，而且還解決了用戶上網(wǎng)速度慢的缺點。這應(yīng)該說是上網(wǎng)者的福音。蔡氏電路的創(chuàng)始人蔡少棠及楊濤提出的脈沖同步理論，已為他們的初步實驗所證實。初步實驗還證實了其對信道噪聲和參數(shù)失配具有很強的魯棒性，而且可在超混沌電路上實現(xiàn)，因而可能有很好的應(yīng)用前景。無同步脈沖無線發(fā)送的混沌調(diào)制，其巧妙而簡單的混沌電路和無需同步的簡單收發(fā)機結(jié)構(gòu)，如

31、果一旦為實驗所證實在甚高頻保密通信領(lǐng)域?qū)⒕哂袑嵱脙r值。 在混沌開關(guān)通信中，光纖傳輸?shù)幕煦玳_關(guān)及無同步的相關(guān)檢測混沌開關(guān)無疑極具發(fā)展?jié)摿?。相對而言，兩個方案都很好地解決了抵抗信道噪聲的問題。前者巧妙地利用了現(xiàn)有的通信器件，后者由于無須同步從而簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，兩個方案均可能實用化。 值得指出的是，利用超混沌和時空混沌實現(xiàn)保密通信比較一般混沌具有更好的保密性、更大的存儲容量和信息處理能力，具有更強的魯棒性等優(yōu)點。因此它將是今后混沌理論和應(yīng)用中最重要的研究方向。 國內(nèi)的研究工作雖已取得一些成果，但仍處于起步階段，許多問題如同步問題、抗干擾問題、抗破譯能力的問題、實用化和與現(xiàn)有系統(tǒng)兼容性的問題，隨著時間

32、的推移、研究工作的深入及科技工作者的廣泛參與，將會得到愈來愈好的解決。 4混沌遮掩保密通信電路混沌遮掩保密通信電路 一、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同步的混沌遮掩一、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同步的混沌遮掩 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本身就是非線性系統(tǒng)，而在某些參數(shù)空間內(nèi)能產(chǎn)生混沌特性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，混沌動力學完全具有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從神經(jīng)的分子組織到單個神經(jīng)直至到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動力學行為，都完全是混沌的，因而利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來建立混沌模型和同步理論以實現(xiàn)混沌遮掩的保密通信。 其基本思想是對于兩個離散的混沌系統(tǒng)A、B，在接收方B再復(fù)制一個B的預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用這個B的復(fù)制系統(tǒng)及反饋控制常數(shù)來修正同步的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及狀態(tài)，這相似于連續(xù)流混沌系統(tǒng)中的外力及延遲

33、反饋控制方法，這樣A迭代一次，B則要迭代二次，因而A的迭代時間應(yīng)是B的2倍。輸入信息輸出信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Axn(1)yn(1)yn+1(1)yn+1(2)k |y -y |n+1 n+1(1) (2)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)B同步網(wǎng)( 2 步)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)B預(yù)測器( 1 步)xn(2)yn(2)xn(2)yn(2)發(fā)送機接收機+圖6-13 映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)混沌遮掩通信模式 這種映射的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)同步混沌遮掩通信模式如圖6-13所示，每個前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有一個輸入層，一個輸出層（每層兩個結(jié)點），及兩個隱含層（每層10個結(jié)點），簡稱2-10-10-2結(jié)構(gòu)。 考慮映射： 6-9 yixzRzerzgzaki)1(2)( 神經(jīng)節(jié)點具有輸

34、入X（xl，xn）由網(wǎng)節(jié)點neti（xl，xn）=Wijx給出，其中Wij為結(jié)點j到結(jié)點i聯(lián)系的權(quán)重。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中使用的S型傳遞函數(shù)為act（x）= Txe/11 其中T=l,通過反饋其輸出到輸入節(jié)點能產(chǎn)生一個具有混沌行為的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過4 000個輸入/輸出對訓練，MSE誤差限制為9.91O-5，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能很精確地近似Ikeda映射的動力學行為。 設(shè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)A為),(),()1()1()1(1)1(1nnnnyxFyx神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)B為),(),()2()2()2(1)2(1nnnnyxFyx 6-10 神經(jīng)網(wǎng)A，B具有不同的初始值，選取 0222111kkk6 . 012 kk 即控制僅施加到V

35、變量上，將時鐘分為二步：第一步由預(yù)測神經(jīng)網(wǎng)B對輸入 ，產(chǎn)生輸出 ，輸出 被忽略，而被用于反饋控制在第二步迭代時修正同步神經(jīng)網(wǎng)B的輸入；在第二次迭代時同步神經(jīng)網(wǎng)B的輸入是 ，經(jīng)一定的同步時間，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)A與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)B達到同步。 圖6-13中的信息信號為數(shù)字編碼的二進制信息，每一位二進制信息發(fā)送間隔為在=200步迭代時，“1”的編碼是在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出上增加一個0，它相對于網(wǎng)絡(luò)的輸出而言很小，“0”被發(fā)送時=0；如果在=200步后，網(wǎng)絡(luò)的輸出不發(fā)生變化，則),()2(1)2(1nnyx),()2(1)2(1nnyx)2(1nx)2(1ny),(,()2(1)1(1)2()2(nnnnyykyx意味著“

36、0”被發(fā)送。任何二進制信息詞可發(fā)送。對絕大多數(shù)的離散混沌系統(tǒng)都適用，網(wǎng)絡(luò)訓練好后，計算量小，因而很容易用于高速硬件和用于生物神經(jīng)電路系統(tǒng)。但該類系統(tǒng)的信號的幅值也不能太大。且僅適合數(shù)字編碼的通信系統(tǒng)。二、離散耦合驅(qū)動的二、離散耦合驅(qū)動的PCM編碼混沌遮掩編碼混沌遮掩 研究離散動力學系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，當驅(qū)動周期小于某一閾值時，系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性與連續(xù)流時間驅(qū)動系統(tǒng)的穩(wěn)定性相同。離散耦合驅(qū)動的PCM編碼混沌通信系統(tǒng)是在連續(xù)流時間驅(qū)動的基礎(chǔ)上提出的新的混沌數(shù)字保密通信方案，由于采用了離散時間驅(qū)動，保留了混沌載波的類噪聲特性因而仍可很好地掩蓋信息信號的頻譜，因為所包含的動力學特征因離散化而大大減少，從而有效地防

37、止了基于預(yù)測法的攻擊。 圖6-14中，混沌信號用洛倫茨系統(tǒng)的電路來實現(xiàn)，其一般形式為Tbxxxxxxrxxxdtdx5 ,20),(3213121126-11采樣量化混沌信號源語音信號源PCM編碼數(shù)字信道PCM解碼同步混沌系控制邏輯采樣量化噪聲源發(fā)送機接收機圖6-14 PCM編碼混沌遮掩通信方案簡化為)(xLx 6-12相應(yīng)的離散耦合驅(qū)動系統(tǒng)為TTTTyxtyLy0),).(, 0)(226-13 受迫子系統(tǒng) ,31yyv 的最大李雅普諾夫指數(shù)為-4.2，因而是漸近穩(wěn)定的，必然存在一個TH使得TTH時，6-11和6-12能夠同步，數(shù)值計算結(jié)果表明TH0.29，同步誤差 ), 0,(), 0,(

38、),(0000yttyxttxyxe隨時間呈指數(shù)衰減，且T愈小，衰減愈快，故可分別構(gòu)造發(fā)送端混沌編解碼系統(tǒng)為發(fā)送方：)(0),).(, 0)(22iTtTTtTssQsxstxLx6-14接收方：)(0),).(, 0)(22TtiTTTyQssystyLy 6-15 其中 ),.2(),(),0(),(.,TsTssTssiiiii 為離散的信息信號序列，Q(.)為量化器，St是傳輸信號序列,為恢復(fù)的信息信號。由于在每個驅(qū)動時刻用疊加并量化后的信號St去同時驅(qū)動收發(fā)端混沌系統(tǒng)，信息信號不再被看作噪聲而是驅(qū)動信號的一部分，從而保證了精確同步，恢復(fù)信號的信噪比大大提高離散耦合驅(qū)動的PCM編碼。混

39、沌遮掩有幾個優(yōu)點：保密性能好；信噪比大大提高；由于采用了時分復(fù)用，提高了頻帶利用率; 對信道噪聲有較強的魯棒性。但有待實驗驗證。三、時鐘三、時鐘-間隔脈沖驅(qū)動同步數(shù)字混沌遮掩間隔脈沖驅(qū)動同步數(shù)字混沌遮掩 采用數(shù)字混沌系統(tǒng)進行保密通信，比連續(xù)流混沌系統(tǒng)更易于實現(xiàn),而且具有較高的保密性,同時還便于控制和產(chǎn)生。據(jù)此，趙耿、鄭德玲、方錦清等人研究并實現(xiàn)了如下雙向邏輯斯蒂映射數(shù)字混沌遮掩的保密通信系統(tǒng)，電路框圖如圖6-15所示。音頻放大器Logistic映射y (k)拾音器16位D /A轉(zhuǎn) 換低通平滑濾波同步信號發(fā)生器揚聲器音頻放大器音頻帶通濾波器音頻帶通濾波器Logistic映射x (k)Logist

40、ic映射y (k)16位D /A轉(zhuǎn) 換低通平滑濾波同步信號分離器參數(shù)及初始值選擇11發(fā)送-+接收+2u (t)2u (t)1s (t)2s (t)1f(.)f(.)ks(k/n)ks(k/n)圖6-15 雙向數(shù)字混沌遮掩通信方案（主叫方或被叫方原理框圖） 主叫方：)()()().(.)(1)()()().()()0(1)()(222211221122tntutuNkCkykyftutsNktskykyftui6-16 被叫方：)()()().(.)(1)()()().()()0(1)()(111122112211tntutuNkCkykyftutsNktskykyftui6-17 其中 )(1

41、tu)(2tu為雙方混沌載波信號； )(1ts)(2ts為雙方原始語音信號；)( 1ts)( 2ts為雙方解遮掩語音信號； )(1tu)(2tu為雙方信道傳輸?shù)陌畔⒌幕煦缧盘枺ò诺涝肼?)(1tn)(2tn）； )(1ky)( 2ky分別為主叫方接收混沌產(chǎn)生器和參考模型發(fā)送混沌產(chǎn)生器的數(shù)字迭代輸出。 )(2ky)( 1ky為被叫方接收混沌產(chǎn)生器和參考模型發(fā)送混沌產(chǎn)生器的數(shù)字迭代輸出； )/(1Nk)/(2Nk為雙工通信同步間隔脈沖函數(shù)，C為電路常數(shù)，有elseitgkRmmNkwhenNk02 , 1)(,/1)(16-18 k為迭代次數(shù)，迭代N次后產(chǎn)生同步脈沖，要求各個用戶的三個混沌

42、產(chǎn)生器一樣。它由三個高速單片計算機完成迭代運算，其中參考模型和接收混沌產(chǎn)生器，經(jīng)高分辨率D/A轉(zhuǎn)換和低道平滑濾波輸出類似連續(xù)流混沌的信號。發(fā)送混沌產(chǎn)生器僅產(chǎn)生發(fā)送同步脈沖和虛擬邏輯斯諦映射輸出，這是因為發(fā)送方和接收方總存在一些參數(shù)控制和判斷的區(qū)別，從而程序會有稍許不同,即使僅有一個命令的差別，都將會導致同步累計誤差，最終使解遮掩的信號淹沒在混沌海中。因而混沌輸出載波改由一個模型參考的混沌產(chǎn)生器來代替發(fā)送混沌產(chǎn)生器，它與接收信號端的接收混沌產(chǎn)生器有一模一樣的結(jié)構(gòu)和程序。如果雙方時鐘一樣，且由每N次迭代間隔發(fā)送的脈沖同步信號去驅(qū)動對方，收發(fā)方系統(tǒng)將立即同步，且具有較高的信噪比。 實測表明：時鐘-間

43、隔脈沖驅(qū)動同步通信系統(tǒng)不受小信息信號的限制，語音信號強度可較大，具有較高的信噪比；連續(xù)流混沌產(chǎn)生器同步的輸出保留了原混沌系統(tǒng)動力學的所有特征，而數(shù)字混沌產(chǎn)生器的同步仍采留了原混沌系統(tǒng)寬帶類噪聲特性，卻大大減少原混沌系統(tǒng)的動力學特征，這也使得傳統(tǒng)的對混沌遮掩通信的攻擊方法難以奏效，從而保密性增強；對系統(tǒng)參數(shù)及初始條件相等要求很高；傳統(tǒng)同步的混沌產(chǎn)生器對初始條件、系統(tǒng)參數(shù)的可控性不強，用于多用戶系統(tǒng)時，一致性難以保證而數(shù)字混沌產(chǎn)生器很容易改變系統(tǒng)參數(shù)及初始條件，由相同的軟件得到一致性，這不僅進一步增強了保密性，而且還具有可控性強、靈活性好的優(yōu)點。但是電路相對復(fù)雜一些。 四、混合混沌信號驅(qū)動（遮掩）

44、技術(shù)四、混合混沌信號驅(qū)動（遮掩）技術(shù) 趙耿、鄭德玲、方錦清等人提出應(yīng)用兩種離散系統(tǒng)產(chǎn)生的不同混沌的混合混沌信號作為遮掩，去驅(qū)動兩個連續(xù)混沌系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了混沌同步的新方法，已經(jīng)在計算機之間成功地實現(xiàn)了的保密通信數(shù)字實驗和信息加密的局域?qū)嶒?。設(shè)計的混沌同步方案之一的方案如圖6-16所示。連續(xù)混沌系統(tǒng)Aa1+a2P離散混沌系統(tǒng)1離散混沌系統(tǒng)2連續(xù)混沌系統(tǒng)BUa1Ua2圖6-16 混合混沌信號遮掩技術(shù)方案示意圖 具體策略是：將驅(qū)動信號P(t）由兩個不同的離散混沌系統(tǒng)經(jīng)過適當?shù)谋壤旌虾?，再與連續(xù)系統(tǒng)的輸出信號Xi(t)相加得到Xi(t)，將Xi(t)作為輸入反饋到混沌系統(tǒng)，即Xi(t)= Xi(t)

45、+P（t）,這樣設(shè)計的理由是：多個混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的混合信號比單混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的信號更具無序性，使Xi(t)更加接近于隨機噪聲；使破譯信號更困難，因為這樣產(chǎn)生了寬帶頻譜，克服了一些混沌同步中頻譜離散或有限性易于被破譯的缺點，也就是說，采用多個離散混沌驅(qū)動連續(xù)混沌同步，由于作為偽隨機噪聲的調(diào)制信號具有類似白噪聲的寬譜特性，這使加密通信抗破譯能力大大提高，精度高達10-13甚至更高。 五、無同步的混沌遮掩五、無同步的混沌遮掩 上面的混沌遮掩技術(shù)都利用了同步，以下是無同步的混沌遮掩技術(shù)。其基本思想是基于在相空間中代表混沌軌跡基本特征的任一個奇怪吸引子是微分方程的特定形式的完全復(fù)制。 非同步混沌遮掩是一個好

46、方案，其優(yōu)點是：無須同步；在某些系統(tǒng)中，信息信號幅值可以相當大，這意味著具有較好的保密性；能精確恢復(fù)信息信號，且不依賴于原始信息信號強度；接收機只是一個非線性濾波器，其穩(wěn)定性不依賴于噪聲和信息信號的強度。但是上述方案使用了兩個信道，增加了額外負擔。使用自治系統(tǒng)時，雖可能不占用額外信道，但對信道噪聲敏感，在大多數(shù)的系統(tǒng)中信息信號強度要受到限制。盡管大的信息信號強度打破原奇怪吸引子后并不影響通信，但降低了保密性。另外，如果是電路實現(xiàn)，雙方電路的精度要求很高。 5混沌調(diào)制保密通信電路混沌調(diào)制保密通信電路 現(xiàn)代載波通信中，有調(diào)幅方式（AM）與調(diào)頻方式（FM），如果說前面將過的混沌遮掩與調(diào)幅方式相對應(yīng)，

47、那么本節(jié)要講的混沌調(diào)制則與調(diào)頻方式相對應(yīng)?；煦缯{(diào)制又稱寬譜發(fā)射?；舅枷胧菍⒁粋€信息信號注入到發(fā)送機，由此改變了原混沌系統(tǒng)的動態(tài)特性，因而信息信號被調(diào)制。用兩個蔡氏線路作為發(fā)射機把電流信號iL(t)注人該線路中，從而修改了電容器C兩端的電壓。該電流信號取決于所發(fā)射的輸入信息S(t)及可逆的編碼函數(shù)iL(t)=C(S(t)，通過S(t）C-1（iL(t)）把測得的電流信號id進行解碼。實驗結(jié)果表明，利用自同步線路實現(xiàn)寬譜通信系統(tǒng)是可行的。該類型的混沌信號調(diào)制比起混沌開關(guān)及混沌隱藏而言有幾個優(yōu)點：首先它把混沌信號譜的整個范圍都用來隱藏信息；其次，它增加了對參數(shù)變化的敏感性，從而增強了保密性。 信息

48、信號可以是由二進制信息調(diào)制的模擬信號。在混沌開關(guān)技術(shù)中無論何時二進制信息信號值改變了，由于雙方初始條件不同，總會有一個同步等待時間而在直接混沌調(diào)制中，接收機連續(xù)跟蹤發(fā)射機，兩個混沌系統(tǒng)狀態(tài)肯定一樣，比起混沌開關(guān)而言可望獲得更高的位傳輸速率。另外，隨著混沌調(diào)制技術(shù)研究的進一步深入，把信息信號與混沌信號相乘的直接混沌頻譜擴展技術(shù)也作為混沌調(diào)制技術(shù)。 一、數(shù)字混沌調(diào)制的有線通信一、數(shù)字混沌調(diào)制的有線通信 電話線入網(wǎng)難以逾越的5664 kbps帶寬的鴻溝已阻礙了網(wǎng)絡(luò)市場的迅速發(fā)展，電纜電視系統(tǒng)正在從單一的傳送模擬電視信號向既可傳送模擬電視信號又可傳送數(shù)字網(wǎng)絡(luò)信息過渡。由于這種概念上的變化，導致了一個新

49、的品牌webTV的問世。電纜電視網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)點是能傳送超寬帶視頻、音頻信號和數(shù)據(jù)流，并能提供一些新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如交互式TV節(jié)目、高速在線服務(wù)、可視電話等，但要改變現(xiàn)有的電纜網(wǎng)絡(luò)，其代價是巨大的。 如改用光纖電纜，對一個小城市而言，僅鋪設(shè)光纖電纜費用也高達2千萬美元左右。一個解決方案就是優(yōu)化利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的能力,方法之一就是同步碼分多址（S-CDMA）,在用戶和網(wǎng)絡(luò)間提供雙向、高速數(shù)據(jù)鏈，而利用數(shù)字混沌的碼分多址技術(shù)，業(yè)已證明，能在無線環(huán)境下，成倍提高CDMA的容量。 使用5.4MHz帶寬上的有線電視系統(tǒng)的主要問題是脈沖效應(yīng)和窄帶噪聲。在無線系統(tǒng)中的多徑折疊在有線系統(tǒng)上不會出現(xiàn),而且每一個鏈路的延

50、遲時間是可事先測量的。在540MHz這個充滿噪聲的頻帶上能比時分多址（TDMA）、分多址（FDMA）及S-CDMA工作性能更好，因此通過有線電視網(wǎng)進入Internet服務(wù)的數(shù)字混沌調(diào)制有線通信被提了出來。用混沌載波有限帶寬來替換線性載波,而且具有更好的保密性。 系統(tǒng)的數(shù)字混沌產(chǎn)生器，由一個數(shù)字混沌電路陣列組成加一個“混沌”細胞自生機或者一個可逆的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組成。每個用戶的發(fā)射機具有相同的電路。為確保在每個時刻同一信道上各個混沌載波是正交的，給每個發(fā)射機一個ID號作為混沌發(fā)生器的初始條件。產(chǎn)生器的輸出經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器送到一個頻率提升器上對不同的載波安排一個不同的頻帶，然后與數(shù)字信息進行相乘調(diào)制，從有

51、線網(wǎng)上發(fā)送出去，由中心控制器發(fā)出一個本地時鐘來同步各個用戶時鐘從而使中心控制器和用戶機同步。中間控制器的目的是為了提取來自第i個用戶的數(shù)字信號。第i個用戶的時延已經(jīng)預(yù)先測好，放人一個查找表中，因而相應(yīng)的用戶混沌載波具有相應(yīng)的時延，有線網(wǎng)所接收到的信息是一個包含來自其他用戶的噪聲和干擾的信號，通過一個0,T積分器低通濾波，然后經(jīng)限幅和采樣，恢復(fù)信號并送往Internet網(wǎng)。采樣時鐘由中心控制器的本地時鐘發(fā)生器提供。 用戶接收端的逆向通信原理和正向通信幾乎相同，在控制器向用戶i發(fā)送載波時，事先補償一個時延，因而用戶i的接收機上只增加積分器，限幅采樣電路。上述方案是針對多用戶的。與S-CDMA的正常

52、方式和預(yù)備方式下信噪比和誤碼率關(guān)系的比較表明：通信在相同誤碼率的情況下，信噪比最小。即在相同信噪比下，誤碼率低。另外，仿真還表明在相同誤碼率的情況下，通信比S-CDMA通信速度快大約15倍。二、脈沖同步的混沌調(diào)制二、脈沖同步的混沌調(diào)制 在脈沖同步法方案里，被稱為同步脈沖的狀態(tài)變量采樣序列被用來同步兩個混沌系統(tǒng)。比起連續(xù)同步，發(fā)送同步信號的帶寬和時間寬度大大減少，它已被多個保密通信方案所采用，并獲得了好的性能。在保密通信中，基于脈沖同步所傳送的信號由一系列時間群組成，每個時間序列由長度為Ts的兩個區(qū)域組成。第一個區(qū)為Qs，組成同步脈沖區(qū)在（T-Q）S區(qū)包含一個傳送的信息信號，因為Q比起T來很小，

53、可以忽略不計，因而使信息信號傳送的時間損失很小。 然而，實現(xiàn)脈沖同步的實驗并不容易，因為：信道噪聲不可避免地存在；電路總會有參數(shù)失配和參數(shù)漂移；同步脈沖區(qū)時間Q不能選得太小，因為信道噪聲和參數(shù)失配的存在可能很快使兩個已同步的混沌系統(tǒng)失步，尤其對超混沌系統(tǒng)。脈沖同步的首次通信實驗由Panas在1998年利用蔡氏電路完成。Itoh、楊濤和蔡少棠在1999年完成了超混沌蔡氏電路脈沖同步的通信方案。其中調(diào)制器可以實現(xiàn)混沌遮掩，也可實現(xiàn)混沌調(diào)制。在混沌調(diào)制中，信息信號乘以混沌載波信號；在接收機中由接收信號除以混沌載波信號。開關(guān)由CD4066芯片完成，AD533完成乘法和除法功能。在輸入信號的負區(qū)AD53

54、3無法完成除法工作，因而在解調(diào)器中事先將信號電平抬高，如果用AD532可望得到更好的效果。 對脈沖同步混沌調(diào)制通信的研究及實驗表明，可通過調(diào)整脈沖頻率和脈沖寬度，使得兩個系統(tǒng)的同步對信道噪聲和參數(shù)失配具有很強的魯棒性，因而在擴頻保密通信中具有很好的應(yīng)用前景。 三、無同步的脈沖無線發(fā)送的混沌調(diào)制三、無同步的脈沖無線發(fā)送的混沌調(diào)制 脈沖無線通信系統(tǒng)是一種超寬頻帶的擴頻通信系統(tǒng)，基本原理是用極短周期的脈沖（10-9s）去調(diào)制信息信號，脈沖載波的能量分散在從DC到GHz的一個非常寬的范圍之內(nèi),利用脈沖無線電的目的在于減少其他窄帶和工作在相同帶寬的其他擴頻通信系統(tǒng)的干擾。這種系統(tǒng)中用了偽隨機序列來調(diào)制脈

55、沖在脈沖軌道中的位置,這樣做以后，許多脈沖可被用來發(fā)送一個數(shù)據(jù)符號，偽隨機信號用來識別不同用戶；另外還具有保密的優(yōu)點；若使用的是周期的脈沖，還具有非常高的多經(jīng)分辨率。但這帶來了同步時間增加的問題，因為接收機的相關(guān)器必須等待足夠長的時間才能做出抉擇。 混沌脈沖無線系統(tǒng)是一個超寬帶保密通信系統(tǒng)，它用一個非常窄的基帶脈沖作為載體。在發(fā)送機方，信息信號被兩種脈沖載體調(diào)制。 首先頻率調(diào)制將信息信號調(diào)制成一個子載體。其函數(shù)就是一個混沌電路的時鐘脈沖，這個時鐘脈沖去驅(qū)動一個混沌電路輸出脈沖定位序列，確定了載波脈沖的位置，這個混沌電路保證了載波脈沖間隔是混沌的，這樣載波脈沖的能量分布在整個帶寬上在接收機中。信息信號分兩個階段：第一個階段，兩個緊接著的脈沖的間隔被恢復(fù)；第二個階段，基于對混沌電路的已有知識，計算內(nèi)部時鐘脈沖的位置，依此來解調(diào)信息信號。用混沌脈沖軌跡發(fā)生器來產(chǎn)生間隔時間的混沌脈沖軌跡，在發(fā)送端用一個特殊設(shè)計的混沌發(fā)生器調(diào)制信息信號，在接收端解調(diào)是基于對發(fā)送器電路的已有知識和一個只需利用所接收脈沖的間隔的簡單解調(diào)算法，就可恢復(fù)信號，這樣就避免了使用同步，并使發(fā)送機和接收機系統(tǒng)簡化。 混沌脈沖無