【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 如今，如何圍繞這四大類混沌通信系統(tǒng)進(jìn)行理論分析、仿真和研究，已經(jīng)成為通信界熱切關(guān)注的重點(diǎn)之一。在這四大類混沌通信中，混沌鍵控占有重要的地位，具有較大的發(fā)展前景與應(yīng)用價(jià)值。由于混沌信號(hào)對(duì)初始條件的敏感性，現(xiàn)今要利用信道傳輸實(shí)現(xiàn)混沌同步，進(jìn)行可靠地的通信 ,仍然有非常大的困難。由于非相干混沌通信不需要混沌同步，因此，它成 了現(xiàn)今國(guó)際國(guó)內(nèi)研究的重點(diǎn)之一。在多種非同步通信中， DCSK具有極強(qiáng)的魯棒性，同事它有利于了混沌信號(hào)在時(shí)域和頻域圖中的相似的噪聲特性，起到了隱藏信號(hào)的目的，因此 DCSK成為了在混沌通信界重點(diǎn)研究的方向之一。 第二節(jié) 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1983年，蔡少棠教授首次提出了蔡氏電路，它是到目前今為止一直是研究混沌現(xiàn)象的重要模型之一。其優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單系統(tǒng)卻能產(chǎn)生非常復(fù)雜的行為，許多關(guān)于混沌的研究是在蔡氏電路的基礎(chǔ)上。其在混沌領(lǐng)域內(nèi)占有非常重的地位。使人們能從電路的角度較為方便地對(duì)混沌通信進(jìn)行研究；蔡氏電路現(xiàn)今已是研究混沌通信 領(lǐng)域的先驅(qū)者。 1987年， 蔡少棠教授 介紹了識(shí)別及分析混沌行為的基本方法，給出了一些解釋和預(yù)測(cè)混沌的屬性工具，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜非線性現(xiàn)象和混沌理論從屬性抽象到實(shí)際電路硬件實(shí)驗(yàn)研究的轉(zhuǎn)變，為以后進(jìn)一步研究混沌奠定了基礎(chǔ)。 上世紀(jì)九十年代初期，美國(guó)三大物理學(xué)家 Ott, Grebogi, Yorke合作研究實(shí)習(xí)了對(duì)混沌的控制，美國(guó)科學(xué)家 Pecora 和 Carroll第一次用電子線路實(shí)現(xiàn)了對(duì)混沌的同步。這一研究，打破了傳統(tǒng)中混沌運(yùn)動(dòng)是一種危險(xiǎn)的運(yùn)動(dòng)這一觀念。研究結(jié)果表明，混沌不僅可以駕馭并且控制，且還可以作為信息傳輸與處 理的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)，使混沌理論在通信中應(yīng)用成為可能。 1992年，在“ International Journal of Bifurcation and Chaos”期刊上關(guān)于混沌掩蓋通信的研究，在混沌通信方面開辟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。之后，國(guó)際上相繼提出了多種混沌通信方式與理論，致使混沌通信成為現(xiàn)代通信領(lǐng)域的一個(gè)新分支，現(xiàn)如今，由于混沌通信的不斷發(fā)展，它已經(jīng)成為本世紀(jì)通信領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。 上世紀(jì)九十年代中期以來(lái)，我國(guó)許多單位都在進(jìn)行這方面的研究。并且已經(jīng)取得一定的研究成績(jī)。如今混沌越來(lái)越受到中國(guó)學(xué)者的重視 。混沌通信在我國(guó)乃至全世界都是一個(gè)新型的課題，尤其在混沌應(yīng)用領(lǐng)域還有待進(jìn)一步的深入研究。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 通信是未了傳遞消息，例如把地點(diǎn) A的消息傳輸?shù)降攸c(diǎn) B，或者把地點(diǎn) A 和地點(diǎn) B的消息雙向傳輸。實(shí)現(xiàn)通信的方式很多。隨著科技的發(fā)展，目前電通信方式已是使用最廣泛的方式通信方式。即用電信號(hào)攜帶所要傳遞的消息，然后經(jīng)過(guò)各種電信道進(jìn)行傳輸，達(dá)到通信的目的。電信號(hào)由一個(gè)地方向另一地方傳輸需要通過(guò)媒質(zhì)，按照媒質(zhì)的不同通信方式可以分為兩大類：有線通信和無(wú)線通信。無(wú)論是有線通信還是無(wú)線通信，為了實(shí)現(xiàn)消息的傳遞和交換，都需要一定的技術(shù)設(shè)備和 傳輸媒質(zhì)。為完成通信任務(wù)所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)所構(gòu)成的總體稱為通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)的一般模型如圖 所示。圖中信源即原始電信號(hào)的來(lái)源，它的作用是將原始消息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。這樣的電信號(hào)一般稱為消息信號(hào)或基帶信號(hào)。 二、通信系統(tǒng)分類 通信系統(tǒng)可以分為兩類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。 模擬通信系統(tǒng)的模型方框圖如圖 所示。發(fā)送設(shè)備一般說(shuō)來(lái)包括調(diào)制、放大、天線等，這里只畫了一個(gè)調(diào)制器，目的是為了突出調(diào)制的重要性。同樣接收設(shè)備只畫了一個(gè)解調(diào)器。這樣，圖 就是一個(gè)最簡(jiǎn)化的模擬通信系統(tǒng)模型。 三、 數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖 。這里的發(fā)送設(shè)備包括信源編碼、信道編碼和調(diào)制三部分。信源編碼是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行編碼，得到相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，而信道編碼則是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行再次編碼，使之具有自動(dòng)檢錯(cuò)或糾錯(cuò)的能力。數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制形成數(shù)字調(diào)制信號(hào)，高質(zhì)量的數(shù)字通信系統(tǒng)才有信道編碼部分。 目前，無(wú)論是模擬通信還是數(shù)字通信，在通信業(yè)務(wù)中都得到了廣泛的應(yīng)用，但是，數(shù)字通信更能適應(yīng)對(duì)通信技術(shù)越來(lái)越高的要求。數(shù)字通信越來(lái)越成為當(dāng)代通信系統(tǒng)的主流。這是由于與模擬通信相比，數(shù)字通信有如下優(yōu)點(diǎn)： 1．抗干擾能力強(qiáng) 、抗噪聲性能好。在遠(yuǎn)距離傳輸中，各中繼站可以對(duì)數(shù)字信號(hào)波形進(jìn)行整形再生而消除噪聲的積累。此外，還可以通過(guò)采用差錯(cuò)控制編碼方法進(jìn)一步改善傳輸質(zhì)量。 2．易加密，保密通性好。 3．設(shè)計(jì)和制造更容易，通信設(shè)備的體積小、重量輕、功耗低。 4．與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合。數(shù)字信號(hào)便于處理、存儲(chǔ)和交換，便于和計(jì)算機(jī)相連接，也便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理。 當(dāng)然，數(shù)字通信的許多優(yōu)點(diǎn)都是用比模擬通信占據(jù)更寬的系統(tǒng)頻帶而換得重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 的。如電話，一般模擬電話只占據(jù) 4kHz帶寬，但一路數(shù)字電話卻要占據(jù) 20～ 60kHz的帶寬。因此數(shù)字通信中頻帶利用率不高。 隨著信息技術(shù)的發(fā)展，有待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不斷增加，傳輸可靠性和保密性要求越來(lái)越高，所以實(shí)際工程中寧可犧牲系統(tǒng)頻帶而要采用數(shù)字通信。至于在頻帶較多的場(chǎng)合，比如毫米波通信、光通信等，當(dāng)然都選擇數(shù)字通信了。 第三節(jié) 本章小結(jié) 本章節(jié)主要是 對(duì) 混沌通信 目前已有的研究結(jié)果 進(jìn)行簡(jiǎn)單的 介紹，包括 混沌通信 的發(fā)展背景 ， 其次就是國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以及我們對(duì)于現(xiàn)在要去攻克的難題的提出。而本文，我們挑選了 一種 差分混沌通信 進(jìn)行詳細(xì)介紹，具體會(huì)在第 二 章介紹，其他的方法也會(huì)簡(jiǎn)單提到原理。 本章作為研究背景為后續(xù)章節(jié)提供了研究必要性及研究方 向性的闡述。 重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第二章 現(xiàn)有的混沌通信方案 第一節(jié) DCSK 通信方案 一、 DCSK 通信原理 DCSK 系統(tǒng)的發(fā)送端，每一比特信息由 2段相同長(zhǎng)度的混沌信號(hào)組成，第一段為參考信號(hào)，第二段為信息信號(hào) 。 信息信號(hào)與先前的參考信號(hào)相同還是相反，取決于當(dāng)前比特符號(hào)是 “ 1” 還是 “ 0”。 當(dāng)傳輸?shù)氖?“ 1” 時(shí)信息信號(hào)與參考信號(hào)為兩段一樣的同向信號(hào) 。 假設(shè)傳輸?shù)氖?“ 0” 時(shí)發(fā)送端兩段信號(hào)反相，即信息信號(hào)與參考信號(hào)反相 。在接收端接收了參考信號(hào)與信息信號(hào)后，送入與之相關(guān)的計(jì)算機(jī)，計(jì)算這兩段信號(hào)的相關(guān)特性，根據(jù)相關(guān)特性的正負(fù)進(jìn)行信息恢復(fù)，相關(guān) 特性大于零，則信息信號(hào)為“ 1”；反之，相關(guān)特性小于零則信息信號(hào)為“ 0”。 DCSK 系統(tǒng)原理圖如圖 。 圖 圖 DCSK系統(tǒng)框圖 差分混沌鍵控通信 是目前研究最多的鍵控通信系統(tǒng)，其系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，誤碼率低，抗干擾能力強(qiáng)，這些優(yōu)點(diǎn)都非常適用于實(shí)際系統(tǒng)的傳輸。 DCSK系統(tǒng)尤為明顯的優(yōu)點(diǎn)是其在有噪信道或者無(wú)噪信道下，它的判決門限值都為 0，并且由于參考信號(hào)和信息信號(hào)要經(jīng)過(guò)同一信道，故 DCSK的調(diào)制方式對(duì)信道畸變不敏感，并且在參數(shù)變化比較慢（在 M 內(nèi) 相對(duì)為常數(shù)）的時(shí)變信道中具有較好的性能。但重慶郵電大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 DCSK最主要的缺點(diǎn)是傳輸速率只有其他系統(tǒng)的一半 ,因?yàn)橄到y(tǒng)在一個(gè)信號(hào)傳輸周期內(nèi)，其中發(fā)送不含信息的參考信號(hào)用去了半個(gè)信號(hào)傳輸時(shí)間，系統(tǒng)帶寬利用率和數(shù)據(jù)的傳輸速率都隨之降低，而且該通信信道發(fā)送的信息信號(hào)只有攜帶信息信號(hào)和參考信號(hào)的同相和反相的區(qū)別，所以信道的安全性較低，發(fā)送的信息被獲取后通過(guò)分析很容易破譯出傳輸信號(hào)。 二、 DCSK 在高斯白噪聲信道下的性能分析 在每個(gè)信息比特時(shí)間間隔 ? ?Ttt ii ?, 內(nèi) 發(fā)送 M2 （ M2 為擴(kuò)頻系數(shù)）個(gè)離散樣值，發(fā)送機(jī)先發(fā)送長(zhǎng)度為 M 的混沌序列 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 作為參考信號(hào)，接著發(fā)送序列 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (參考序列與信息序列 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的相乘得到的序列 ), 從發(fā)送端輸出的每一比特信號(hào) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 由參 考信號(hào)和信息信號(hào)組成 ,表示為 : ??? ?????? MiMxbMixsMiiii 2,0, () 接收機(jī)通過(guò)相關(guān)器恢復(fù)出碼元信息， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （接收信號(hào) )和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (時(shí)延為 M )在 M區(qū)間內(nèi)進(jìn)行相關(guān)，相關(guān)輸出 Z的表達(dá)式 如下： ?? ??Mi MiirrZ 1 () 其中，接收信號(hào) iii nsr ?? ， in 是均值為 0的加性高斯白噪聲，相關(guān)輸出 Z可以改寫成 ? ?? ? ? ?? ???? ? ???? ?? ??????? Mi MiiilMiMilMi MiMiii nnnbnxxbnsnsZ 1 11 211 （ ） 該式中前一項(xiàng) 為有用信號(hào)，后一項(xiàng)代表信道噪聲產(chǎn)生的影響，因其為均值為零的隨機(jī)噪聲。故這種情況下，接