蔡氏混沌保密通信系統(tǒng)仿真研究

摘 要： 為了驗證混沌在通信系統(tǒng)中的同步，做了蔡氏混沌同步原理的仿真實驗。建立兩種基于蔡氏混沌的保密通信系統(tǒng)，通過系統(tǒng)仿真得出基于環(huán)形蔡氏混沌的通信系統(tǒng)要優(yōu)于基于傳統(tǒng)蔡氏混沌通信系統(tǒng)。提出兩種在混沌通信系統(tǒng)中加入信號的方式，仿真分析不同的信號加入方式對于混沌系統(tǒng)性能的影響，得到用加法器在混沌系統(tǒng)中加入信號可以改善保密通信系統(tǒng)的頻率響應特性。

關(guān)鍵詞： 蔡氏電路； 混沌同步； 保密通信； 加法器

中圖分類號： TN918?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）21?0074?04

0 引 言

混沌保密通信在國際上起源于20世紀90年代初期，目前已成為信息科學界關(guān)注和研究的熱點之一。混沌信號有著優(yōu)良的特性，如寬頻帶、復雜性、正交性等，對保密通信有非常重要的意義。實現(xiàn)利用同步的混沌進行保密通信的基礎(chǔ)是需建立一個同步的混沌系統(tǒng) [1]。

在Multisim仿真平臺上建立兩種不同的蔡氏混沌保密通信系統(tǒng)。在通信系統(tǒng)的發(fā)端加入要調(diào)制的信號，把要傳輸?shù)男盘栒{(diào)制進系統(tǒng)產(chǎn)生的混沌信號中，利用混沌系統(tǒng)的同步系統(tǒng)，在接收端會產(chǎn)生和驅(qū)動系統(tǒng)同步的混沌信號，通過加在接收端的減法器解調(diào)出原信號。

1 蔡氏混沌同步的仿真研究

混沌同步是指從不同的初始條件出發(fā)的兩個混沌系統(tǒng)，隨著時間推移，他們的軌跡逐漸一致并保持下去。同步的方法有多種，主要有驅(qū)動?響應同步、輸出反饋同步、自適應同步、脈沖同步等。同步是實現(xiàn)通信的關(guān)鍵條件。混沌掩蓋保密通信應用驅(qū)動?響應同步法[2] 。

圖1是驅(qū)動?響應同步方式的原理圖[3]。

由圖2得驅(qū)動電路和響應電路都處于蔡氏雙卷吸引子的狀態(tài)，從圖2（b）的波形看出兩波形跟隨性很好，能夠?qū)崿F(xiàn)混沌同步，蔡氏混沌能夠用于保密通信系統(tǒng)。

2 兩種不同的混沌通信系統(tǒng)的仿真對比

首先在Multisim中建立一種基于傳統(tǒng)蔡氏混沌的混沌同步通信系統(tǒng)，系統(tǒng)采用驅(qū)動?響應控制法，電路原理圖如圖3所示。接著在Multisim中建立基于環(huán)形蔡氏電路的混沌通信系統(tǒng)[5]，電路原理圖如圖4所示。在兩個系統(tǒng)中分別加入方波信號，輸入和輸出波形如圖5所示。 在圖3中信號通過一個電壓跟隨器加入驅(qū)動系統(tǒng)中，被調(diào)制進系統(tǒng)產(chǎn)生的混沌信號中，稱之為信號輸入方法二。圖4通過一個加法器輸入信號，稱之為方法一。

從圖5（a）輸入和輸出的波形可以看出對于第一個通信系統(tǒng)，波形有幅度上的失真。從圖5（b）看到第二個通信系統(tǒng)，在輸出信號的上升沿和下降沿有過沖現(xiàn)象。基于傳統(tǒng)蔡氏的通信系統(tǒng)電路簡單，電路中有一個可調(diào)的電阻[R]，通過調(diào)節(jié)電阻[R]來實現(xiàn)通信系統(tǒng)的保密性。基于環(huán)路蔡氏混沌的通信系統(tǒng)有兩個獨立可調(diào)的分岔參數(shù)電阻[6]，這樣通過改變兩個電阻及環(huán)路系數(shù)，都能改變電路，這樣一來，電路的可變性大大的提高了。因此，基于環(huán)路蔡氏混沌的保密通信系統(tǒng)的性能要優(yōu)于基于傳統(tǒng)蔡氏的通信系統(tǒng)。

在混沌通信系統(tǒng)中加入信號的方式有多種，這里分析本文中用到的加入信號的兩種方式，如圖6所示。

基于環(huán)形蔡氏的系統(tǒng)的輸入和輸出波形

圖7（a）為基于傳統(tǒng)蔡氏混沌的保密通信系統(tǒng)采用方法一加入信號的系統(tǒng)交流小信號分析，圖7（b）為該系統(tǒng)用方法二加入信號的系統(tǒng)交流小信號分析。圖7（c）為基于環(huán)形蔡氏混沌的通信系統(tǒng)用方法一加入輸入信號的系統(tǒng)交流小信號分析，圖7（d）為該系統(tǒng)用方法二加入信號的系統(tǒng)交流小信號分析。

對比圖7（a）和（b），得到對于傳統(tǒng)蔡氏混沌保密通信系統(tǒng)用方法一加入信號時，系統(tǒng)的頻域傳輸特性較好。對比圖7（c）和（d）可以看出，環(huán)形蔡氏混沌保密通信系統(tǒng)中用方法一加入信號相比方法二加入信號，該系統(tǒng)的頻域傳輸特性更好。同時，觀察并分析對比圖7（a）和（c），就很容易解釋圖5（b）中輸出信號出現(xiàn)的過沖現(xiàn)象。綜上用方法一加入信號，系統(tǒng)的性能更好一些。

3 結(jié) 論

蔡氏混沌系統(tǒng)能夠用驅(qū)動?響應控制法來實現(xiàn)系統(tǒng)的同步。建立的基于環(huán)形蔡氏混沌的通信系統(tǒng)的保密性和系統(tǒng)的高頻傳輸特性優(yōu)于基于傳統(tǒng)蔡氏混沌的通信系統(tǒng)。在蔡氏混沌通信系統(tǒng)中用加法器加入信號的方式優(yōu)于沒有加法器加入信號的方式。

參考文獻

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