一种基本混沌调制的语音保密通讯方案

　　关键词：蔡氏电路 混沌同步 混沌调制 混沌通信

　　近年来， 国 际上相继提出了将混沌同步理论应用于保密通信领域的各种方法，其中主要包括混沌掩盖[1]、混沌参数调制[2]、混沌移相键控(CSK)[3]和混沌数字码分多址(CD)2MA)[4]等。为了进一步提高混沌通信系统的保真度和安全性能，人们正在探索新的传输方案[5-7]。

　　本文提出一种用蔡氏电路实现两级混沌调制的语音保密通信方案。在发端， 利用蔡氏电路对发送信号进行两级混沌调制，在收端对其进行逆变换解调出原信号。根据单向耦合法实现收发系统的同步，并分析了同步的收敛特性。通过所设计的电路进行了传送语音信号的硬件实验研究，在收端，用扬声器能还原出清晰而逼真的语音信号。

　　1 语音混沌保密通信硬件实验系统的建立

　　采用蔡氏电路实现两级混沌调制的语音保密通信方案硬件实验系统电路如图1所示。 图 中收发蔡氏电路的元件参数相同：R=1.75kΩ,L=19.2mH,C1=9.8nF,C2=100.5nF,r=10Ω。NR 为蔡氏二极管，其伏安特性函数为f(V)=GbV+1/2(Ga-Gb)(|V+E|-|V-E|)，式中Ga=-0.76ms,Gb=-0.41nS, E=1V，可用双运放(TL082)和6个线性电阻构成NR[8]，如图2怕示，其伏安特性如图3所示。该系统的工作过程如下：在发端首先用混沌信号 vc2对用信息s(t)进行第一级调制后变为sm(t)，再通信线性变换T后成为s'm(t)，经VCCS后以电流is(t)的方式作用于发端系统 (vc1,vc2，iL)，实现第二级调制。线性变换T的设置不仅能增加系统的安全性，而且可限制s'm(t)的大小，防止过调制现象。经两级混沌调制 后，有用信息s(t)被调制在混沌信号vc1之中，形成一个类似于白噪声的混沌扩频信号。发端系统的输出信号vc1经信道传至收端，在收发系统参数匹配的情况下，收端再进行与之相应的逆变换，则可解调出信号s(t)。

     2 系统的工作原理

　　2.1 收发系统之间的同步

　　由图1，可得发端蔡氏电路的状态议程为：

　　C1dVc1/dt=(Vc2-Vc1)/R-f(Vc1)+is (1)

　　C2dVc2/dt=(Vc1-Vc2)/R+iL (2)

　　LdiL/dt=-Vc2-riL (3)

　　收端蔡氏电路的状态议程为：

　　图1中由于收发两端电压跟随器的作用，有：

　　V'c1=Vc1 (7)

　　设收发两端电容C2的误差电压为X=V'c2-Vc2,电感L的误差电流为y=i'L-iL,由(2)、(3)、(5)、(6)和(7)五个方向，可得误 差信号状态方程的矩阵形式为

　　(8)式的特征主程为|λI-JF|=0，对其求解可得发下两个特征值

　　式中b=1/RC2+r/L>0,c=r/RC2L+1LC2>0,λ1和λ2的实部为负，故误差方程(8)式全局收敛和稳定， 因此，收发两端的蔡氏电路可实现同步。