混沌通信

混沌現象是非線性系統中出現的確定性的、類隨機的過程。它是非周期的、有界的、但不收斂的過程，並對初始條件極為敏感。根據混沌序列對初始條件的敏感性，可用於多址通信；它的類雜訊特性可提高通信系統的保密性；它的可以準確再生，可以用於混沌掩蓋和信號恢復。混沌保密通信的基本思想是利用混沌信號作為載波，將傳輸信號隱藏在混沌載波之中，或者通過符號動力學分析賦予不同的波形以不同的信息序列，在接收端利用混沌的屬性或同步特性解調出所傳輸的信息。因此收發雙方的混沌同步是整個系統實現的關鍵。同步的前提是雙方的混沌序列發生器需要有相同的初始值。

同步混沌通信三大保密技術可以分為：混沌掩蓋技術，混沌參數調製技術和混沌鍵控技術。混沌掩蓋技術屬於混沌模擬通信，混沌參數調製和混沌鍵控技術屬於混沌數字通信技術。

1、混沌掩蓋技術

混沌掩蓋又稱混沌遮掩或混沌隱藏，是最早提出的一種混沌保密通信方式。基本思想是：在發送端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，在接受端則利用同步后的混沌信號進行去掩蓋，從而恢復出有用信息。在混沌掩蓋技術中的掩蓋方式主要有相乘、相加或加乘結合這幾種方式，這種通信方式的實現程度完全依賴於混沌系統同步的實現程度。對於混沌掩蓋保密通信來說，傳輸信號的幅值一般都較小，這樣才可以保證混沌信號不偏離原有的混沌軌跡，但是這導致信號容易受到通道雜訊的干擾，因而它存在著對通道雜訊敏感、線路帶寬限制及保密性低的缺點，在實用中存在困難。這種方案只適用於慢變信號，對快變信號和時變信號還不能很好地處理。

2、混沌參數調製技術

混沌參數調製技術的基本思想是：利用發送端所傳輸的信號來調製混沌系統的參數，在接收端利用混沌同步信號提取出相應的混沌系統參數，進而恢復出所傳輸的信號。假設X1、X2和X3是發射端混沌系統的變數；X4和X5是接收端混沌系統的變數；W為要傳送的信息信號。在單參數調製的情況下，用二進位信號W去調製某一子系統中的混沌信號

X2，當二進位信號W為低電平時，使，系統處於同步狀態，當二進位信號砰為高電平時，使，系統處於非同步狀態。然後將差值信號取出，再進行濾波、整形，就可恢復出原來的二進位信息W。這種方案將發送的信息隱藏在系統參數內，故其保密性能要好於混沌掩蓋技術。這種方案的關鍵在於混沌系統參數的恢復程度。但是它對外界的干擾比較敏感，從而降低了通信的效率。為了解決這個問題，可以在一個混沌系統中採用多個參數進行調製的方案。多參數調製方案雖然拓寬了混沌參數調製方式的應用範圍，但是隨著參數數目的增多，各個參數間的相互影響又不容忽視，而激光光纖混沌調製通信能較好地克服這些缺陷，因而更具發展前景。這種方案的適用範圍與混沌掩蓋相同。

3、混沌鍵控技術

混沌鍵控技術的實現主要分兩類，一種是混沌開關鍵控，利用所發送的數字信號調製發送端混沌系統的參數，使其在兩個值中切換，信息便被編碼在兩個混沌吸引子中，接收端由兩個相同類型的混沌系統構成，其參數分別固定為這兩個值之一。信息發送間隔內，通過檢測各混沌系統的同步誤差，以判決出所發送信息；另一種是差分混沌鍵控，它將發射的每一個信息比特的時間間隔分成兩段：第一段傳送參考信號，第二段傳輸數字信號。該參考信息取決於所發送的數字信號，然後利用該信號實現相關解調，從而在接收端恢復出所傳輸的信號。在差分混沌鍵控技術中，由於混沌信號是非周期的，即“1”碼與“0”碼攜帶的能量並不完全一致，所以即便是在沒有雜訊干擾的情況下，相關估計的結果也存在偏差，因此會對系統的誤碼性能產生影響。將調頻技術、混沌多相序列引入到其中，可以有效地解決這一問題。但它同樣存在著通道帶寬的限制，因而許多學者將注意力轉向了高維混沌系統，如應用混沌的光纖通信系統。用高維混沌系統實現保密通信比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點。因此它將是今後混沌理論和應用中最重要的研究方向，其最近研究的進展表現在積分混沌移頻鍵控、調頻微分混沌移頻鍵控技術方面。