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        淺談混沌通信系統(tǒng)的問題與研究現(xiàn)狀

        2013-04-29 00:44:03柴劍霆
        電腦迷 2013年9期
        關(guān)鍵詞:保密性研究現(xiàn)狀可靠性

        柴劍霆

        摘 要 由于當(dāng)前對混沌通信系統(tǒng)的研究還不夠深入,本文從混沌同步的基本概念,混沌通信系統(tǒng)保密性和可靠性三方面進(jìn)行論述。

        關(guān)鍵詞 混沌通信系統(tǒng) 研究現(xiàn)狀 保密性 可靠性

        中圖分類號:TN914 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        0 引言

        對混沌通信系統(tǒng)的可靠性主要是對傳輸信道中的畸變進(jìn)行研究,可通過信道均衡和自適應(yīng)噪聲抑制來改善傳輸信道中的畸變。本文主要是對混沌通信系統(tǒng)的保密性和可靠性進(jìn)行分析。

        1 混沌同步的基本概念

        研究混沌同步時,假設(shè)= 。在連續(xù)系統(tǒng)中,調(diào)制模塊和解調(diào)模塊方程如下:

        (1),,(2),

        而離散系統(tǒng)中,調(diào)制模塊和解調(diào)模塊方程為:

        (3)=,(4)

        其中,指驅(qū)動系統(tǒng)的狀態(tài)變量,∈,指響應(yīng)系統(tǒng)的狀態(tài)變量,∈。定義混沌系統(tǒng)同步:假如映射存在: →,和H褉椎募希饜?= {(, )∣ = ()},而H眩腥我獬踔檔悖ǎ?), (0))軌道最終收斂到流形 上。

        混沌精確同步:如果=時,= 。如 = ,即可實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)和響應(yīng)系統(tǒng)的精確同步,當(dāng)& = =,= 0是穩(wěn)定的不動點(diǎn)。為保障系統(tǒng)的同步實現(xiàn),需要設(shè)計的李雅普諾夫函數(shù)。李雅普諾夫函數(shù)的構(gòu)造通常情況下很困難,所以這種方式不宜采取。一般是對響應(yīng)系統(tǒng)李雅普諾夫指數(shù)的分布進(jìn)行分析。這種非自治系統(tǒng)的指數(shù)分布和驅(qū)動信號有很大關(guān)系,所以將這些指數(shù)命名為件李雅普諾夫指數(shù)。①

        2 混沌通信系統(tǒng)保密性

        混沌通信系統(tǒng)之所以有保密性,是因為特性有似噪聲、難預(yù)測和寬頻帶,通過偽裝隨機(jī)噪聲,避免被察覺,非常依賴初值,使得其演化規(guī)律很難被掌握,而的頻譜可以的寬頻帶范圍進(jìn)行掩藏。加性掩蓋的通信模式是混沌通信系統(tǒng)保密性中主要研究對象。②

        在通信模式中,系統(tǒng)1可具體寫成&=,=

        其中是低維混沌信號, 是信息信號,可知 s(t)低維混沌信號與信息信號的疊加,并<。因為信息信號的特性頻率在低維混沌信號的中心頻帶范圍內(nèi),使得在時域和頻域上都被掩藏,而傳統(tǒng)的線性方法不能使從中進(jìn)行分離??蛇@種通信方式的保密程度很低,因為可將當(dāng)成純粹的確定性信號,而則是其中的弱噪聲,按照相空間重構(gòu)的理論,當(dāng)獲取數(shù)據(jù),進(jìn)而重構(gòu)驅(qū)動端混沌動力系統(tǒng)方程,就可濾波,并從中獲得信息信號。

        對于如何提高混沌通信系統(tǒng)保密性能,可從這幾個方面進(jìn)行:第一,調(diào)制模塊的混沌源選擇復(fù)雜的超混沌系統(tǒng)。要形成高維的超混沌系統(tǒng),可通過兩種方式達(dá)到,一種是級聯(lián)混沌特性的常微分方程,另一種方法是采用延遲微分方程。以上兩種方式都可通過單個耦合變量實現(xiàn)同步,因此屬于混沌通信。第二,采用復(fù)雜的信息信號調(diào)制方式。驅(qū)動端系統(tǒng)和加性掩蓋方式的不同在于:(1)信息信號有明顯的隨機(jī)性,不是確定性系統(tǒng)的狀態(tài)變量;(2)有確定性,無法采用相空間重構(gòu)法;(3)重構(gòu)不了原系統(tǒng)的動力方程。③

        3 混沌通信系統(tǒng)可靠性

        再經(jīng)信道傳輸后,主要原因是信道中的加性噪聲、信道的濾波作用和多徑干擾等。信道畸變方式=+,式中是一線性算子,指一線性濾波器, 當(dāng)信道畸變嚴(yán)重,接收端無法同步,使通信無法進(jìn)行。因此要提高通信系統(tǒng)的可靠性,就要克服信道的畸變情況。主要方法有:第一, 將逆濾波安置在接收端,使信道均衡。第二,采用濾波—補(bǔ)償環(huán)節(jié)。在發(fā)送端,當(dāng)信號送入信道之前,對其進(jìn)行預(yù)濾波,使信號進(jìn)入信道的通帶范圍。并在接收端,補(bǔ)償濾掉的頻率成分。這種方法可以省略精確辨識信道的環(huán)節(jié),所以效果更好。第三,運(yùn)用自適應(yīng)噪聲抑制法降低信道中的加性噪聲。把模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號進(jìn)行傳輸,來解決信道畸變問題,模擬系統(tǒng)中,也可通過數(shù)字方式傳輸信息,這種方式的可靠性很高。誤碼率也很低。

        由于對連續(xù)混沌系統(tǒng)中同步環(huán)節(jié)的研究還不夠深入,還處在理論探討階段。建立實用的混沌通信系統(tǒng),可從另個方面進(jìn)行:一方面使混沌信號發(fā)生器更加可靠和穩(wěn)定;另一方面結(jié)合現(xiàn)有的通信系統(tǒng)和混沌通信系統(tǒng)。發(fā)送端和接收端的方程設(shè)計好,

        充分利用當(dāng)前混沌調(diào)制和解調(diào)方面取得的研究成果,提高通信的保密性。

        4 結(jié)語

        混沌通信系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是其保密性。本文主要是對混沌通信系統(tǒng)的保密性和可靠性進(jìn)行論述。

        注釋

        ① KOCAREV L, HELLE K. Experimental demonstration of secure communications via chaotic synchronization[J]. Int J Bifurcation.and Chaos, 2010,2(3): 709-713.

        ② 鐘國群.蔡氏電路混沌同步保密通訊.電路與系統(tǒng)學(xué)報,2011,1(1): 19-29.

        ③ 尹元昭.混沌同步和混沌保密通訊的實驗研究.電子科學(xué)學(xué)刊,2012,20(1): 93-97.

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