不僅了建立數(shù)字化混沌通信課件

方錦清中國原子能科學(xué)研究院2010、7、26混沌通信研究的若干進(jìn)展

方錦清混沌通信研究的若干進(jìn)展報告提綱一.歷史回顧及研究概況三.展望：研究方向與發(fā)展前景二.若干主要課題和關(guān)鍵技術(shù)(10)報告提綱一.歷史回顧及研究概況三.展望：研究方向與發(fā)展前景保密通信簡介

通信是國家的生命線，網(wǎng)絡(luò)時代更需要保密通信保密通信簡介通信是國家的生命線，網(wǎng)絡(luò)時代更需要保密通信3標(biāo)志之三國內(nèi)外多次出版混沌通信?？蛯Ｖ鞣N混沌應(yīng)用專利遍及眾多領(lǐng)域。我國有些項目獲得國家省部級獎勵標(biāo)志之一國際上積極推進(jìn)了一系列混沌保密通信的重大研究計劃，并取得了長足進(jìn)展和豐碩的成果。標(biāo)志之二1998年研究幾何與混沌的麥克·馬倫獲菲爾茲獎。各國混沌成果獎.歷史回顧20年來穩(wěn)健發(fā)展的重要標(biāo)志標(biāo)志之三標(biāo)志之一標(biāo)志之二歷史20年來穩(wěn)健發(fā)展的重要標(biāo)志

1998年美國國防部部資助3個大學(xué)交叉聯(lián)合項目（簡稱MURI,三家大學(xué)是UCSD/UCLA/Stanford），其課題有“基于非線性動力學(xué)的數(shù)字通信裝置”，以及“利用混沌通信的基礎(chǔ)理論課題”，“混沌通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)性課題”等;1999年美國陸軍研究處、美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室與空軍科研處共同資助斯坦福大學(xué)和加州大學(xué)合作研究混沌通信計劃：“基于半導(dǎo)體激光器在自由空間的混沌通信”，等等，都取得了突出成果。其中，N.F.Rulkov小組提出的混沌脈沖定位調(diào)制(CPPM)進(jìn)行數(shù)字通信的方案，克服了通信通道中對噪聲的敏感性和崎變性，具有良好的通信性能。1990年是非線性/混沌科學(xué)非凡的一年,混沌控制(OGY)與同步(Pecorra,Carroll)取得了突破性進(jìn)展,同時拉開了國際上混沌保密通信技術(shù)及其應(yīng)用的序幕，歐盟第五屆科技框架計劃于2001年9月1日至2004年8月31日設(shè)立了OCCULT計劃，重點(diǎn)研究利用半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)混沌光通信。

2005年9月，參與OCCULT項目的意大利研究者Annovazzi-Lodi等人實(shí)現(xiàn)了電視視頻信號在1.2km短距離光纖中的混沌保密通信。同年11月，歐洲OCCULT項目的研究小組在希臘雅典城借用總長為120km的商用光通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸速率為1Gb/s、誤碼率為10-7的混沌保密通信，激起了世人不小的反響和關(guān)注，窺見了混沌通信的曙光。2006年10月1日至2009年9月30日歐盟第六屆科技框架計劃啟動了PICASSO計劃，重點(diǎn)對混沌通信系統(tǒng)中的有源和無源器件進(jìn)行研制，旨在提供可實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用的混沌通信系統(tǒng)。1998年美國國防部部資助3個大學(xué)交叉聯(lián)合項目我國從90年代以來一直跟蹤國外該領(lǐng)域的研究，每年國家自然科學(xué)基金資助一些混沌通信的面上基金、青年基金和一個重點(diǎn)項目，以及信息產(chǎn)業(yè)部科技發(fā)展計劃項目。這些與國外相比，我國重視不夠，支持力度遠(yuǎn)不如國外，迄今缺乏國家級的重大研究項目。即使如此，我國在該領(lǐng)域也取得了與國家上可以媲美的進(jìn)展。歐盟科技第七框架計劃（2007-2013）投資501.82億歐元，國家合作領(lǐng)域的10個主題中第③是信息通訊技術(shù)，繼續(xù)網(wǎng)絡(luò)信息安全課題密切相關(guān)。

2008年，參與PICASSO計劃小組研制出能夠產(chǎn)生寬帶混沌的光子集成器件，作為實(shí)用的混沌發(fā)射機(jī)。歐盟科技第七框架計劃（2007-2013）投資501.82億歐元，國家合作領(lǐng)域的10個主題中第③是信息通訊技術(shù)，繼續(xù)網(wǎng)絡(luò)信息安全課題密切相關(guān)。我國從90年代以來一直跟蹤國外該領(lǐng)域的研究，每年國家自然科學(xué)1998年研究幾何與混沌的柯蒂斯·麥克·馬倫(CurtisTMcMullen)獲菲爾茲數(shù)學(xué)獎，雄辯地說明了混沌科學(xué)理論的重要地位。混沌和分形理論密不可分，混沌、分形理論、計算機(jī)理論和現(xiàn)代通信理論的結(jié)合在混沌保密通信中發(fā)揮了重大作用，應(yīng)用前景巨大?？碌偎埂溈恕ゑR倫，美國人，哈佛大學(xué)數(shù)學(xué)系教授。在1998年德國柏林獲得菲爾茲數(shù)學(xué)獎。/~ctm/混沌應(yīng)用穩(wěn)健發(fā)展的第二個標(biāo)志1998年研究幾何與混沌的柯蒂斯·麥克·馬倫(Curtis 2000年五位專家L.Kocarev,G.M.Maggio,M.Ogorzalek,L.Pecora和K.Yao共同主編了“在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中混沌的應(yīng)用”?？?該專刊“引言”中精辟地概括和評論了該領(lǐng)域的最新研究成果，指出:“現(xiàn)在國際上基于混沌的通信系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)處于成熟狀態(tài),已認(rèn)同幾種可行的通信方案頗具特色”,這更加增強(qiáng)了人們的信心,看到了混沌通信美好的發(fā)展前景。國際上著名的“IEEE電路和系統(tǒng)學(xué)報（I）:基本理論和應(yīng)用”,從2000年開始出版了系列混沌通信應(yīng)用研究的進(jìn)展?？裣群蟪霭媪怂钠诨煦绶矫娴膶］?，IEEE出版了混沌學(xué)在電子與通信工程中應(yīng)用的會議專輯，國內(nèi)也出版了?？?這些都充分顯示了混沌通信研究的突出進(jìn)展和廣闊的應(yīng)用前景。2005年12月，希臘、法國、意大利等15個國家的學(xué)者在Nature雜志上聯(lián)合發(fā)表關(guān)于商用混沌光纖通信系統(tǒng)的快報無疑為混沌通信技術(shù)實(shí)用注入了強(qiáng)心劑。 2000年五位專家L.Kocarev,G.M.Mag混沌通信及其加保密線路設(shè)備相關(guān)的專利數(shù)量增加，僅我國混沌混沌應(yīng)用專利約200多項，其中混沌保密通信相關(guān)專利60多項，占混沌應(yīng)用專利總數(shù)的三分之一。我國有些混沌項目獲得國家與省部級獎勵1993獲獎國家自然科學(xué)二等獎：名稱:實(shí)用符號動力學(xué)及其在耗散系統(tǒng)混沌研究中的應(yīng)用.（郝柏林等6人2008年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎：混沌反控制與廣義Lorenz系統(tǒng)族的理論及其應(yīng)用（陳關(guān)榮、呂金虎、陸君安等）2008年江蘇省科技進(jìn)步獎一等獎：

激光混沌及應(yīng)用研究（江蘇長天智遠(yuǎn)交通科技有限公司）1998年國防科技進(jìn)步二等獎：非線性系統(tǒng)的混沌同步與控制2000、2002、2005、2008等二等獎（方錦清，羅曉曙，趙耿等）混沌通信及其加保密線路設(shè)備相關(guān)的專利數(shù)量增加，僅我國混沌混沌網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)：美軍網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)司令部混沌保密通信和密碼學(xué)正在邁進(jìn)實(shí)用化我國面臨網(wǎng)絡(luò)信息戰(zhàn)的空前挑戰(zhàn)研究概況網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)：混沌保密通信和我國面臨網(wǎng)絡(luò)研究實(shí)驗(yàn)有效驗(yàn)證混沌系統(tǒng)的基本特性：寬譜性、對初值和系統(tǒng)參數(shù)的敏感性、有界性、遍歷性、內(nèi)隨機(jī)性、分維性、標(biāo)度性、普適性和統(tǒng)計特征等，這些寶貴的特性與密碼需求相一致，引起密碼學(xué)界的高度關(guān)注和重視。實(shí)際上，早在1984年就提出了混沌加密思想，以后混沌和密碼學(xué)結(jié)合使混沌加密的研究不斷深入。迄今，不僅了建立數(shù)字化混沌通信，并將混沌密碼應(yīng)用于信息安全與保密通信領(lǐng)域。隨著大規(guī)模集成電路的高速發(fā)展，計算機(jī)及可編程邏輯電路計算精度與運(yùn)算速度的不斷提高，已使混沌特性退化程度大為減弱，混沌保密通信正在走進(jìn)實(shí)用化，雖然軍事保密需要，估計即將接近實(shí)際應(yīng)用的階段。混沌保密通信和密碼學(xué)正在邁進(jìn)實(shí)用化實(shí)驗(yàn)有效驗(yàn)證混沌系統(tǒng)的基本特性：寬譜性、對初值和系統(tǒng)參數(shù)的敏影響混沌通信實(shí)用化的原因隨著通信服務(wù)業(yè)的迅速發(fā)展（用戶量,寬帶數(shù)據(jù)、視頻和聲音服務(wù)，以及更高的信息安全要求等），許多尖銳的矛盾日益顯露，如爆炸性增長的通信用戶量與現(xiàn)有系統(tǒng)只有有限用戶量，保密性與可攔截性等問題?，F(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)，由于它們自身固有的系統(tǒng)缺陷，并不能從根本上解決上述矛盾。現(xiàn)已證實(shí)，基于混沌的寬帶通信提供了一個有意義的途徑，它具有解決現(xiàn)有通信系統(tǒng)諸多矛盾和缺陷的發(fā)展?jié)摿?。盡管目前國內(nèi)外已提出多種基于混沌的通信理論與技術(shù)，但還沒有一個可用在有多徑傳輸、畸變和時變衰落環(huán)境的實(shí)用系統(tǒng)。當(dāng)前，影響混沌通信向?qū)嵱没~進(jìn)的主要原因：對于相干檢測，由于信道干擾和系統(tǒng)參數(shù)不匹配，致導(dǎo)難以實(shí)現(xiàn)混沌同步。通信信道的負(fù)效應(yīng)，特別是無線通信信道的干擾，嚴(yán)重地蛻化了已提出的混沌通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。對于非相干檢測，兩個因素影響了系統(tǒng)的實(shí)際實(shí)現(xiàn)：限幅器的閾值是噪聲功率的函數(shù)；比特能量的方差也隨著噪聲功率的增加而增加。影響混沌通信實(shí)用化的原因隨著通信服務(wù)業(yè)的迅速發(fā)展（用戶量,近年來，經(jīng)常發(fā)生網(wǎng)絡(luò)通信安全問題，在傳輸、存儲、處理過程中的數(shù)據(jù)信息丟失、泄露或被非法篡改將對國家、國防、社會和經(jīng)濟(jì)等造成嚴(yán)重的影響例如，GSM網(wǎng)絡(luò)的SIM卡被克隆和通信內(nèi)容被竊聽，IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)中的WEP算法被破解，盜用他人賬號上網(wǎng)等。鑒于國際上日益激烈的網(wǎng)絡(luò)安全形勢，今年我國工信部專門出臺了《通信網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)管理辦法》，從2010年3月1日起執(zhí)行。這說明解決通信系統(tǒng)信息安全性問題對國家具有長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。我國面臨網(wǎng)絡(luò)信息戰(zhàn)的空前挑戰(zhàn)近年來，經(jīng)常發(fā)生網(wǎng)絡(luò)通信安全問題，在傳輸、存儲、處理過程中的網(wǎng)絡(luò)加密是保護(hù)信息安全的行之有效的手段網(wǎng)絡(luò)加密是保護(hù)信息安全的行之有效的手段141998年美軍提出了“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”，2009年美國總統(tǒng)奧巴馬剛上臺就于5月29日批準(zhǔn)公布了國家網(wǎng)絡(luò)安全評估報告，指出來自網(wǎng)絡(luò)空間的威脅已成為美國面臨的最嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和軍事威脅之一，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施將是維護(hù)美國國家安全的第一任務(wù)，并提出了制定網(wǎng)絡(luò)安全事件應(yīng)急計劃和籌備美軍網(wǎng)絡(luò)司令部等重大決策。6月美國國防部馬上創(chuàng)建了世界上第一個網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)司令部，它成為與空軍作戰(zhàn)司令部、太空司令部平級的單位，麾下多達(dá)541個子司令部、65個空軍中隊、預(yù)備役和國民警衛(wèi)隊、4個空軍網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)聯(lián)隊和陸、海軍網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)部隊，如此大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)部隊完全是美軍十多年來發(fā)展的必然產(chǎn)物。特別關(guān)注：網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)

美軍成立了網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)司令部1998年美軍提出了“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”，2009年美國總統(tǒng)奧巴“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”的全面實(shí)現(xiàn)要經(jīng)歷20～30年左右的時間，在2015年建成全球信息網(wǎng)格，2020年能實(shí)行較成熟的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)。美國防部報告強(qiáng)調(diào)指出：“網(wǎng)絡(luò)中心作戰(zhàn)可能是美國政府歷史上最復(fù)雜的任務(wù),可與第二次世界大戰(zhàn)及對前蘇聯(lián)的冷戰(zhàn)相比,是長期、困難、高費(fèi)用和高風(fēng)險的任務(wù)。”“這一任務(wù)豈止是非常復(fù)雜,所需的知識甚至還不存在。這類似當(dāng)年美國的曼哈頓‘原子彈工程’、‘阿波羅’登月工程,需要長期的、動員全國力量的創(chuàng)新”?！熬W(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”的全面實(shí)現(xiàn)要經(jīng)歷20～30年左右的時1數(shù)字化混沌通信2時空超混沌通信3頻分復(fù)用混沌光通信4混沌通信中的噪聲影響5混沌分形與高性能混沌流密碼6寬帶無線混沌通信系統(tǒng)7OFDM調(diào)制的寬帶無線通信8超寬帶高速全光混沌通信9混沌鍵控的超寬帶通信10專利發(fā)展若干重要課題1數(shù)字化混沌通信2時空超混沌通信3頻分復(fù)用混沌光通信4混沌通1.數(shù)字化混沌通信(DDCC)一直是混沌保密通信的一個最重要的研究方向.并已被大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)是最具有實(shí)用前景.數(shù)字通信系統(tǒng)的特點(diǎn)是具有抗干擾能力強(qiáng)、易于加密和易于大規(guī)模集成等，它比較模擬混沌系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)和保密性能高等優(yōu)勢，因此它必然將取代模擬通信在通信行業(yè)中占主要地位.數(shù)-數(shù)通信仍能保存原混沌系統(tǒng)的許多特征，諸如：對初始值的高度敏感性、混沌序列的類似隨機(jī)性等，并且還有符合密碼學(xué)需要的特征，初始密鑰空間無限大、混沌系統(tǒng)唯一確定性等，并混沌更易運(yùn)算、大量非線性運(yùn)算和同步通信，使數(shù)字化混沌和加密理論結(jié)合構(gòu)成信息安全與保密通信系統(tǒng)。1.數(shù)字化混沌通信(DDCC)一直是混沌保密通信的一個最重必須深入研究數(shù)字化的混沌特性由于數(shù)-數(shù)混沌系統(tǒng)時域值受到有限精度和離散化限制，只要提高運(yùn)算精度，則可減小平均量化誤差。需要設(shè)計混沌序列密碼核，使之產(chǎn)生輸出良好的偽隨機(jī)序列，并對該序列進(jìn)行預(yù)測，構(gòu)造出可估計的數(shù)字化混沌序列密碼的基本模型，在有限資源下，有效調(diào)配系統(tǒng)參數(shù)、精度和初始值，使輸出序列符合密碼序列要求，可作為密鑰序列發(fā)生器或參與密碼運(yùn)算，并能應(yīng)用于加密系統(tǒng)和保密通信中，所以進(jìn)一步深入研究數(shù)字化混沌序列密碼理論模型及其信息加密系統(tǒng)仍然極具有挑戰(zhàn)性。必須深入研究數(shù)字化的混沌特性由于數(shù)-數(shù)混沌系統(tǒng)時域值受到DDCC的關(guān)鍵問題之一：

探索混沌序列密碼模型混沌密碼研究包括利用單個或多個混沌系統(tǒng)產(chǎn)生偽隨機(jī)序列作為密鑰序列，實(shí)現(xiàn)對原文的加密；用明文或密鑰作為混沌系統(tǒng)的初始條件或結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過混沌系統(tǒng)合適的迭代次數(shù)產(chǎn)生密文。第一種方式對應(yīng)于流密碼，第二種方式對應(yīng)于分組加密。由于混沌序列是復(fù)雜的偽隨機(jī)序列，它在構(gòu)造復(fù)雜流密碼極具大優(yōu)勢，且在保密通信中應(yīng)用這種非線性序列，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以分析和預(yù)測，可以滿足網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)安全傳輸和數(shù)字保密通信等領(lǐng)域的廣泛需求.目前，探討混沌序列密碼的創(chuàng)新模型及其應(yīng)用將成為實(shí)現(xiàn)DDCC的關(guān)鍵問題之一。DDCC的關(guān)鍵問題之一：

探索混沌序列密碼模型混沌密碼研究若干需要解決問題為了真正推進(jìn)混沌在工程實(shí)際中的應(yīng)用，需要解決的若干問題:首先，深入研究數(shù)字化后混沌特性的變異、短周期、退化的軌道分布和非理想的相關(guān)特性，這是真正應(yīng)用面臨難題之一。第二，需要研究評估混沌加密系統(tǒng)的安全性、復(fù)雜性和可靠性的一套標(biāo)準(zhǔn)，目前國際上尚缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。第三，探討數(shù)字化后混沌序列特性的測度問題，根據(jù)加密需要選擇不同級別加密算法。若干需要解決問題為了真正推進(jìn)混沌在工程實(shí)際中的應(yīng)用，需要解決2.高維時空超混沌通信這一直是混沌通信的另一個重要的研究方向，迄今發(fā)展了許多時空混沌系統(tǒng)，僅舉一例說明。高于3階細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)的超混沌通信研究可應(yīng)用于空間多目標(biāo)信號處理中，在國防領(lǐng)域里擬解決多目標(biāo)測控及通信問題：設(shè)置在衛(wèi)星、無人機(jī)、飛艇等天基載體上的基站等各種天基目標(biāo)中的空中基站與地面基站、基站及目標(biāo)之間。由于時空超混沌系統(tǒng)的混沌動力學(xué)特性具有更復(fù)雜的隨機(jī)性和不可預(yù)測性，必將深刻地影響超混沌保密通信和多址通信。如具有多個正的lyapunov指數(shù)和更多的可控參數(shù)，超混沌的加密信號比較一般低維的破譯方法很難破譯（如相空間重構(gòu)、回歸映象和非線性預(yù)測等）。因此，利用時空超混沌通信可提高通信系統(tǒng)的抗攻擊和抗干擾能力。又因CNN特有的局域連接的結(jié)構(gòu)，使其硬件容于實(shí)現(xiàn)，這樣利用CNN的超混沌特性進(jìn)行保密通信具有重要的理論價值和實(shí)用意義。2.高維時空超混沌通信這一直是混沌通信的另一個重要的研究方CNN在理論和應(yīng)用方面研究理論上主要是研究CNN動態(tài)特性及各種變形CNN的結(jié)構(gòu)及特性，更接近真實(shí)電路實(shí)現(xiàn)的延遲CNN和離散CNN等。應(yīng)用上主要研究CNN實(shí)用算法與設(shè)計,如圖像處理和模式識別等,以及CNN硬件實(shí)現(xiàn)的研究,涉及基于光學(xué)、光電、VLSI、FPGA以及硬件加速板研制等。在CNN超混沌特性及混沌同步方面已經(jīng)取得了一批科研成果，提出了一族一維四階CNN產(chǎn)生復(fù)雜的超混沌現(xiàn)象，其結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的二維CNN更簡單和更易實(shí)現(xiàn)。時空超混沌系統(tǒng)的同步研究比較一般混沌研究更為困難。Grassi等人提出和研究了超混沌系統(tǒng)的同步，已成功應(yīng)用于一個8階的延遲CNN以及一個包含5個Chua's電路構(gòu)成的環(huán)路。探索基于超混沌的空間多目標(biāo)通信與測控系統(tǒng)，采用CDMA體制和結(jié)合的擴(kuò)頻通信技術(shù)，利用CNN超混沌特性進(jìn)行通信。CNN在理論和應(yīng)用方面研究理論上主要是研究CNN動態(tài)特性及各國內(nèi)研究特點(diǎn)（1)主要研究了各種參數(shù)條件下網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和各種變形CNN的結(jié)構(gòu)及特性，同時開展了CNN的復(fù)雜動力學(xué)現(xiàn)象(例如，極限環(huán)、混沌、分岔等)研究。（2)對于CNN超混沌動力學(xué)特性及混沌同步的研究都集中在四階CNN方面。（3)開始探討和深入研究非整數(shù)階和整數(shù)階CNN的超混沌特性及同步問題，尋找電路結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)、性能更優(yōu)良的超混沌序列，實(shí)現(xiàn)超混沌系統(tǒng)的同步，包括CNN的次最優(yōu)多用戶檢測模型用于空間多目標(biāo)的通信與測控體制，以滿足信息加密和多址通信的需求。（4）研究在多址和多徑環(huán)境下，將CNN超混沌系統(tǒng)用于空間多目標(biāo)通信及信號處理問題，這些研究對未來空間通信技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。國內(nèi)研究特點(diǎn)（1)主要研究了各種參數(shù)條件下網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和各種變3.頻分復(fù)用混沌光通信各國都面臨著信息安全問題挑戰(zhàn)。為了滿足當(dāng)今社會對信息量不斷增加及保密越來越高的要求，采用波分復(fù)用、時分復(fù)用和頻分復(fù)用技術(shù)相結(jié)合技術(shù)可極大地提高了通信容量。目前實(shí)現(xiàn)通信保密的主要手段是數(shù)字混沌加密技術(shù)，混沌通信的實(shí)現(xiàn)是基于收發(fā)兩端的硬件參數(shù)可作為混沌保密通信的密鑰。混沌通信是一種硬件加密或軟硬結(jié)合加密，適用于長距離、低誤碼率傳輸。國內(nèi)在半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)混沌光的產(chǎn)生、同步及通信方面已取得了進(jìn)展，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了混沌串聯(lián)、并聯(lián)同步以及雙信道混沌光通信，光電雙延時反饋混沌系統(tǒng)在高速光保密通信中的應(yīng)用等。國外重點(diǎn)研究為不同形式光反饋半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)混沌光產(chǎn)生、同步和混沌通信理論分析，對于外光反饋半導(dǎo)體激光器實(shí)現(xiàn)的混沌光源研究相對較多。3.頻分復(fù)用混沌光通信各國都面臨著信息安全問題挑戰(zhàn)。為了滿存在兩個問題第一，從理論上講，混沌系統(tǒng)對參數(shù)匹配精度要求越高，保密程度也就越高。但實(shí)際應(yīng)用時要制作兩個或多個參數(shù)精確匹配的系統(tǒng)難以達(dá)到，為此可利用混沌產(chǎn)生器來作密鑰，使其滿足對偽隨機(jī)發(fā)生器要求。第二，外光反饋半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的混沌信號呈現(xiàn)一種弱周期性，這種弱周期性通過產(chǎn)生的混沌光進(jìn)行自相關(guān)后即可觀察到?；煦缧盘栂嚓P(guān)后頻分復(fù)用混沌光通信隱含的光反饋延遲信息將易于提取出來。在2009年雅典混沌模型和理論國際會議，實(shí)驗(yàn)已實(shí)現(xiàn)有外光反饋在長距離光延遲下混沌的自同步現(xiàn)象，其反饋延遲時間從實(shí)驗(yàn)的自相關(guān)曲線可知。存在兩個問題第一，從理論上講，混沌系統(tǒng)對參數(shù)匹配精度要求越高解決方法和途徑第一個問題可通過增加外部密鑰來增強(qiáng)混沌通信系統(tǒng)的保密性。例如，反饋腔長、反饋強(qiáng)度等。目前該法只是數(shù)值仿真研究，且反饋腔長已被證明不能作為密鑰。第二個問題，多延遲反饋可有效地減少光反饋延遲時間信息，但并不能完全消除。因此，有必要提出一種基于副載波調(diào)制的頻分復(fù)用混沌光通信系統(tǒng)，通過多路反饋與副載波調(diào)制技術(shù)相結(jié)合構(gòu)建混沌發(fā)射系統(tǒng)，減弱混沌載波的弱周期，提高其維度，將副載波頻率作為密鑰，從而提高混沌通信系統(tǒng)的保密性。采用發(fā)射系統(tǒng)相對應(yīng)的多路輸出混沌接收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)開環(huán)和閉環(huán)混沌同步，與調(diào)制技術(shù)相對的解調(diào)術(shù)進(jìn)而提取傳輸信息，實(shí)現(xiàn)大容量混沌光通信系統(tǒng)，為實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用混沌光通信的實(shí)用化提供證據(jù)和新途徑，使其實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)符合STM-16通信系統(tǒng)規(guī)范的2.5Gbit/s通信系統(tǒng)規(guī)范的傳輸速率的頻分復(fù)用混沌光通信，為在現(xiàn)有通信系統(tǒng)增設(shè)混沌保密通信通道及其在高速信號保密傳輸?shù)膶?shí)用化提供證據(jù)和新途徑。解決方法和途徑第一個問題可通過增加外部密鑰來增強(qiáng)混沌通信系統(tǒng)4.混沌通信中的噪聲影響在現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)各個主要環(huán)節(jié)利用混沌的特性，涉及數(shù)字加-解密、信道編-解碼、信號調(diào)制-解調(diào)、多址接入等，包括：混沌遮掩、混沌開關(guān)、同步與非同步、相干與不相干方法。如果僅從噪聲性能考慮，基于混沌的通信系統(tǒng)的噪聲性能不如基于正弦載波的傳統(tǒng)通信系統(tǒng)。4.混沌通信中的噪聲影響在現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)各個主要環(huán)節(jié)利用通信研究的中心問題：抑制噪聲常規(guī)的處理方法，如濾波,它是利用信號與噪聲的頻譜的差別來分離它們或抑制噪聲。在大多數(shù)情況下，噪聲和信號共同分享一個頻段，只是噪聲的能量分布在較寬的頻帶內(nèi)，信號的能量則集中在較窄的頻帶內(nèi)。因此，利用一個能保持信號頻譜的濾波器，就能很好地抑制噪聲。但是，當(dāng)信號與噪聲的能量都分布在完全相同的頻帶時，例如被高噪聲污染的混沌信號就屬于這種情況，常規(guī)的基于頻譜的處理方法不再適用，因而那些用于處理確定性信號的經(jīng)典技術(shù)也就不再適用了，人們必須探索新的研究途徑與方法。通信研究的中心問題：抑制噪聲常規(guī)的處理方法，如濾波,它是利用

目前對混沌通信系統(tǒng)的研究更多地注意利用混沌內(nèi)在的寬譜特性用于擴(kuò)頻和多址接入，混沌通信在噪聲性能存在的問題是需要解決的一個重要課題。目前對混沌通信系統(tǒng)的研究更多地注意利用混沌內(nèi)在的寬高噪聲污染的混沌信號辨識與檢測需要解決問題：混沌信號的自適應(yīng)濾波、混沌信號的盲分離、混沌通信系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)、信道均衡、基于混沌的網(wǎng)絡(luò)加密技術(shù)，等。高噪聲污染的混沌信號辨識與檢測需要解決問題：混沌信號的自適應(yīng)需要考慮的問題結(jié)合混沌通信與傳統(tǒng)通信的相似性，借助成熟的數(shù)字通信技術(shù)提高混沌通信系統(tǒng)的性能.

已有工作：混沌理論用于信道編碼的問題，Turbo結(jié)構(gòu)的混沌編解碼方法，基于網(wǎng)格編碼調(diào)制的混沌相移鍵控和基于混沌的低密度編碼。如果在通信中能夠利用由初值確定的混沌序列來攜帶傳輸信息，則將產(chǎn)生信息上的冗余，類似傳統(tǒng)通信中的信道編碼對冗余信息的利用，就可大幅度提高系統(tǒng)的噪聲性能。此外，改進(jìn)相關(guān)解碼算法以適應(yīng)混沌通信的要求。需要考慮的問題結(jié)合混沌通信與傳統(tǒng)通信的相似性，借助成熟的通信系統(tǒng)的性能主要取決于可靠性和有效性，提高通信的有效性和實(shí)用性是混沌通信中的根本問題。利用混沌通信與傳統(tǒng)通信的相似特性作為通信系統(tǒng)的共同特性，從而綜合利用各自的優(yōu)勢，建立混沌通信體制與傳統(tǒng)通信中的編碼調(diào)制之間的聯(lián)系，構(gòu)建基于初值編碼的混沌通信體制的并行級聯(lián)編碼系統(tǒng)，以推進(jìn)混沌通信體制的實(shí)用化，加速混沌通信融入現(xiàn)代通信系統(tǒng)的進(jìn)程。目前國內(nèi)外借鑒傳統(tǒng)通信技術(shù)的成果和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步提高混沌體制的噪聲性能，使得混沌通信體制能早日走向?qū)嵱没缆?。通信系統(tǒng)的性能主要取決于可靠性和有效性，提高通信的有效性和實(shí)5.高性能混沌流密碼當(dāng)前主要加密方法對稱分組密碼算法：DES和AES公鑰分組密碼算法：RSA序列密碼算法：流密碼，反饋移位寄存器LSFR或NLSFR單向散列算法：不可逆Hash函數(shù)，MD5和SHA-1、-2，用來身份識別或完整性鑒定。混沌加密是新的有效方法與傳統(tǒng)方法結(jié)合，妙用無窮！5.高性能混沌流密碼當(dāng)前主要加密方法混沌的數(shù)據(jù)加密技術(shù)的特色完全滿足保密通信及密碼學(xué)的要求：確保通信可靠性符合擴(kuò)散原則：初值敏感性符合混淆原則：混沌吸引子混合性達(dá)到難以破譯：不可預(yù)測性?；煦绲臄?shù)據(jù)加密技術(shù)的特色完全滿足保密通信及密1976年美國學(xué)者提出的公鑰密碼體制克服了網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)密鑰管理的困難,同時解決了數(shù)字簽名問題,又可用于身份認(rèn)證?；诨煦?分形的密碼理論的研究成為當(dāng)前混沌通信研究的另一個重要課題。流密碼是單鑰加密體制中對應(yīng)于分組密碼的一種重要加密技術(shù)，由于其軟硬件可實(shí)現(xiàn)性好、易于實(shí)現(xiàn)同步通信及加密速度快，從一開始提出便受到了廣泛的關(guān)注，并相繼制定了多種國際標(biāo)準(zhǔn)(

A5/2、RC4、MUG1、SEAL、SNOW及SOBER等).流密碼除具有普適的對稱加密應(yīng)用外，目前廣泛應(yīng)用于GSM移動通信、碼分多址通信(CDMA)、GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)等通信系統(tǒng)中。1976年美國學(xué)者提出的公鑰密碼體制克服了網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)密鑰管流密碼系統(tǒng)的核心設(shè)計部分是

偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器（PRNG）它決定了一個流密碼系統(tǒng)的安全性。流密碼強(qiáng)度完全依賴于PRNG所生成密鑰流的隨機(jī)性和不可預(yù)測性?；煦缋碚摰陌l(fā)展為流密碼加密提供了新思路，混沌是非線性確定性系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)在隨機(jī)行為，在理想條件下時序具有無限大的周期，具有類似高斯白噪聲的統(tǒng)計特性。更重要的是，混沌系統(tǒng)具有對初始值和參數(shù)極端敏感，長期行為的不可預(yù)測性，可提供巨大的密鑰空間?；煦缬成涞奶攸c(diǎn)很好地滿足加密系統(tǒng)的要求。流密碼系統(tǒng)的核心設(shè)計部分是

偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器（PRNG）它構(gòu)造高質(zhì)量混沌PRNG

基本做法通過綜合利用數(shù)理統(tǒng)計、符號動力學(xué)及信息論等理論，引入高維混沌動力系統(tǒng)，深入研究高維系統(tǒng)時空（超）混沌動力特性，利用多維參數(shù)的特點(diǎn)擴(kuò)展密鑰長度，利用非線性變換與基于混沌控制的矩陣變換提高混沌密鑰流的線性復(fù)雜度，建立混沌初始參數(shù)優(yōu)選算法，增強(qiáng)混沌密鑰流的統(tǒng)計性能，以此創(chuàng)建一種高可靠性的混沌流密碼方案，在有限計算精度下采用上述提高抗各種攻擊能力方法，克服傳統(tǒng)混沌加密系統(tǒng)的缺點(diǎn)，這將是具應(yīng)用潛力的一個研究方向。構(gòu)造高質(zhì)量混沌PRNG

基本做法通過綜合利用數(shù)理統(tǒng)計、符號6.寬帶無線混沌通信混沌無線通信的難度比有線通信大得多。我國無線混沌通信研究已有一定的發(fā)展，包括硬件實(shí)現(xiàn)語音無線通信等方案等。目前，無線通信網(wǎng)絡(luò)加快向數(shù)字化、寬帶化和智能化演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了從單一傳輸內(nèi)容到多媒體通信，數(shù)據(jù)傳輸速率從幾十千比特到幾十兆比特，通信網(wǎng)絡(luò)面臨的安全威脅日益多樣化，同時網(wǎng)絡(luò)攻擊和信息竊取等非傳統(tǒng)安全問題更加突出。正在研究寬帶無線通信系統(tǒng)，尤其研究基于正交頻分復(fù)用（OFDM）調(diào)制特點(diǎn)的物理層數(shù)據(jù)加密方法，以便獲得一種寬帶無線通信系統(tǒng)新的安全機(jī)制，用其代替或者復(fù)合傳統(tǒng)的在鏈路層的加密算法，以取得良好的安全效果。6.寬帶無線混沌通信混沌無線通信的難度比有線通信大得多。OFDM調(diào)制卻不同，它首先將待傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，然后做MQAM映射，從而將串行高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行低速數(shù)據(jù)，將映射后的復(fù)數(shù)符號分別調(diào)制到一系列的正交載波上，形成OFDM符號，為了降低其信號的峰均比，也常常采用酉變換先對映射后復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，然后再調(diào)制，而OFDMA從純調(diào)制角度也和OFDM相同，其承載信息的星座點(diǎn)或者載波數(shù)高達(dá)1010個，且存在諸如映射和酉變換等環(huán)節(jié)較方便的引入數(shù)據(jù)安全機(jī)制，通過控制OFDMA的多址接入過程，方便地實(shí)現(xiàn)接入認(rèn)證，其安全機(jī)制可在物理層完成，在信號并行傳輸過程中設(shè)置安全機(jī)制，不僅實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度會大幅下降，為高性能的安全算法的應(yīng)用創(chuàng)造條件，且會帶來比鏈路層傳統(tǒng)加密算法更高的安全性。OFDM調(diào)制卻不同，它首先將待傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，然后做MQA通過密鑰控制其調(diào)制過程與調(diào)制相結(jié)合的數(shù)據(jù)加密方法的過程和傳統(tǒng)加密方法有較大區(qū)別，傳統(tǒng)方法將數(shù)據(jù)加密以后其形式仍然是數(shù)據(jù)，而與調(diào)制相結(jié)合的方法對數(shù)據(jù)加密后的結(jié)果可能變成符號，不再是數(shù)據(jù)，而符號空間可大于數(shù)據(jù)空間又不增加冗余，這可使網(wǎng)絡(luò)的非授權(quán)用戶在無線接口中難以得到正確無線信號，保證數(shù)據(jù)的安全性，同時大幅度增加網(wǎng)絡(luò)授權(quán)用戶通過明文密文對攻擊算法的難度。這種不僅能保證傳輸信息的安全，而且也保證傳輸過程的安全。同時，如果在星座映射環(huán)節(jié)設(shè)置安全機(jī)制，其工作頻率不再是信息速率，而是符號速率，從而明顯降低了電路實(shí)現(xiàn)的難度，提高了實(shí)時性。通過密鑰控制其調(diào)制過程與調(diào)制相結(jié)合的數(shù)據(jù)加密方法的過程和傳統(tǒng)利用寬帶無線通信中OFDM調(diào)制特點(diǎn)的數(shù)據(jù)加密方法剛提出來，認(rèn)為利用OFDM調(diào)制特點(diǎn)設(shè)置安全機(jī)制具有良好安全性、可實(shí)現(xiàn)性和現(xiàn)實(shí)意義，有望找到安全性更高的寬帶無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)加密方法，以滿足固定和移動寬帶終端廣大用戶日益增長的信息安全需求。利用寬帶無線通信中OFDM調(diào)制特點(diǎn)的數(shù)據(jù)加密方法剛提出來，認(rèn)7.寬帶無線通信與信息安全機(jī)制通信網(wǎng)絡(luò)正加快向數(shù)字化、寬帶化和智能化演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)從單一傳輸內(nèi)容到多媒體通信，數(shù)據(jù)傳輸速率從幾十千比特到幾十兆比特，為人們的工作、學(xué)習(xí)、娛樂提供極大地方便和普及。由于移動通信和無線接入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全卻一直沿用了傳統(tǒng)做法:對壓縮編碼后的數(shù)據(jù)先加密，再進(jìn)行信道編碼，然后調(diào)制發(fā)射。該法在網(wǎng)絡(luò)中表現(xiàn)為在鏈路層將數(shù)據(jù)形式明文通過加密轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)形式的密文，然后編碼調(diào)制。7.寬帶無線通信與信息安全機(jī)制通信網(wǎng)絡(luò)正加快向數(shù)字化、寬帶但由于移動通信和無線接入技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和服務(wù)性質(zhì)，使得惡意攻擊者很容易得到大量的明文密文對，從而無論是流密碼還是分組密碼，攻擊者通過這些明文密文對可較容易找到加密算法的漏洞，實(shí)現(xiàn)對算法的破解，這時要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全，只有不斷地改變加密算法，不斷地增加密鑰長度。典型例證是GSM網(wǎng)絡(luò)的SIM卡被克隆和通信內(nèi)容被竊聽和IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)中的WEP算法被破解，而LTE和WiMax中的安全機(jī)制仍有待現(xiàn)實(shí)的檢驗(yàn)。同時，對以O(shè)FDM調(diào)制為核心的寬帶無線通信系統(tǒng)，傳信率比現(xiàn)有的通信系統(tǒng)提高幾十倍，高達(dá)50Mbps-100Mbps,鏈路層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密的難度加大，成本上升，且對實(shí)時通信帶來較大影響。但由于移動通信和無線接入技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和服務(wù)性質(zhì)，使得惡意攻8.超寬帶高速全光混沌通信美國國防部成立網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)司令部后，在世界范圍內(nèi)引發(fā)了各國網(wǎng)絡(luò)安全激烈信息戰(zhàn)，隨后英國在6月25日出臺了首個國家《網(wǎng)絡(luò)安全戰(zhàn)略》。保護(hù)網(wǎng)絡(luò)信息安全已成為維護(hù)各國國家安全的第一要務(wù)。注意到，隨機(jī)數(shù)在信息安全中扮演著極其重要的角色，不論是數(shù)據(jù)加密、密鑰管理、公鑰和私鑰的產(chǎn)生，還是安全協(xié)議、數(shù)字簽名和身份認(rèn)證等，都需要隨機(jī)數(shù)。隨著計算機(jī)運(yùn)算能力的增強(qiáng)，用在密碼技術(shù)中的隨機(jī)數(shù)必須有足夠強(qiáng)的隨機(jī)性，這是偽隨機(jī)序列所不能提供的。在信息安全系統(tǒng)中，對隨機(jī)數(shù)的性能提出很高的要求。8.超寬帶高速全光混沌通信美國國防部成立網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)司令部后，在產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的方法安全實(shí)用的隨機(jī)數(shù)應(yīng)利用自然界的物理現(xiàn)象產(chǎn)生，典型的實(shí)現(xiàn)方法包括：（1）利用直接放大電路或電子元件的熱噪聲。目前大多數(shù)真的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)品都是以此工作原理，如2008年中科院研究生院研制出的數(shù)字物理噪聲源芯片，傳輸速率為20Mb/s。（2）利用振蕩器采樣的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。（3）基于量子力學(xué)基本量產(chǎn)生的完全隨機(jī)性。（4）利用放射性元素的衰變產(chǎn)生的隨機(jī)性。（5）利用單光子的路徑選擇和激光斑紋圖樣的空間分布等物理現(xiàn)象也可用作為隨機(jī)數(shù)熵源。（6）基于混沌電路產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，該法克服了振蕩器采樣所產(chǎn)生的隨機(jī)特性不理想的缺陷。產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的方法安全實(shí)用的隨機(jī)數(shù)應(yīng)利用自然界的物理現(xiàn)象產(chǎn)生，隨著光纖通信WDM系統(tǒng)單信道速率已達(dá)10Gb/s，并向40Gb/s發(fā)展，要實(shí)現(xiàn)大容量高速光通信的無條件安全，需要采用“一次一密”的加密方式，這就要求實(shí)時大量地產(chǎn)生高速隨機(jī)數(shù)。半導(dǎo)體激光器在適當(dāng)條件下可產(chǎn)生數(shù)GHz帶寬的混沌激光。近年先后提出用寬帶激光混沌替代電路產(chǎn)生的混沌，構(gòu)建了混沌保密光通信系統(tǒng)和混沌激光雷達(dá)。2007年提出構(gòu)造快速隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的基本思想是，利用光反饋半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的混沌激光作為隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的物理源。2008年日本利用兩路不相關(guān)混沌激光，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和異或處理，實(shí)驗(yàn)獲得了速率為1.7Gb/s的隨機(jī)數(shù)。隨著光纖通信WDM系統(tǒng)單信道速率已達(dá)10Gb/s，并向402009年以色列利用8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣，經(jīng)過后續(xù)差分運(yùn)算處理和多位串行輸出，基于混沌激光產(chǎn)生了速率高達(dá)12.5Gb/s的隨機(jī)數(shù)，不足的是，在目前所有基于混沌激光產(chǎn)生高速隨機(jī)數(shù)的所有技術(shù)方案中，都要將混沌激光先通過高速光電探測器轉(zhuǎn)換為電信號，任何用混沌電路產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的成熟技術(shù)，其模數(shù)轉(zhuǎn)換和邏輯處理仍然在電域中進(jìn)行，這樣受電子器件帶寬限制，很難產(chǎn)生更高速率的隨機(jī)數(shù)，以滿足大容量光通信的安全需要。2009年以色列利用8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣，經(jīng)過后續(xù)差分運(yùn)算半導(dǎo)體光放大器（SOA）隨著SOA制作技術(shù)成熟，在全光信號處理技術(shù)領(lǐng)域，已陸續(xù)提出和實(shí)現(xiàn)了基于SOA本身的結(jié)構(gòu)或是基于SOA輔助干涉儀結(jié)構(gòu)設(shè)計，用于光信號處理的全光開關(guān)、全光觸發(fā)器、全光邏輯門等功能器件。提出了一種產(chǎn)生高速隨機(jī)數(shù)的全光實(shí)現(xiàn)方案。將寬帶混沌激光熵源和現(xiàn)有的全光信號處理技術(shù)相結(jié)合，突破現(xiàn)有技術(shù)中因含有電子器件而產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)速率低的技術(shù)瓶頸，并且所產(chǎn)生的全光隨機(jī)數(shù)與光通信系統(tǒng)中所傳輸?shù)男畔⒖芍苯泳幋a與加密，不再需要電光調(diào)制器將電域的隨機(jī)數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庥?。半?dǎo)體光放大器（SOA）隨著SOA制作技術(shù)成熟，在全光信號處半導(dǎo)體光放大器（SOA）應(yīng)用摻鉺光纖放大器實(shí)現(xiàn)終結(jié)了光通信系統(tǒng)中的光電中繼器，使光通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了一次大飛躍。因此，探索全光隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生方式與技術(shù)，使新一代高速全光隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，以取代現(xiàn)有的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生方式與產(chǎn)品，必將促進(jìn)高速保密通信及全光信號處理等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，為混沌全光通信做出貢獻(xiàn)。半導(dǎo)體光放大器（SOA）應(yīng)用摻鉺光纖放大器實(shí)現(xiàn)終結(jié)了光通9.混沌鍵控的超寬帶通信首先超寬帶技術(shù)來源于雷達(dá)技術(shù)，目的是滿足軍事需求，其信號形式類似于雷達(dá)，它通過發(fā)送超短的沖激脈沖信號作為載波，在很寬的帶寬范圍內(nèi)完成通信，也稱沖激無線電。隨著2002年美國FCC(美國聯(lián)邦通信委員會)對超寬帶頻譜的開放，非常靈活給出了超寬帶系統(tǒng)的功率輻射譜和超寬帶的定義，只要系統(tǒng)絕對帶寬大于500MHz或者系統(tǒng)-10dB相對帶寬大于0.2，即為超寬帶系統(tǒng)。9.混沌鍵控的超寬帶通信首先超寬帶技術(shù)來源于雷達(dá)技術(shù)，目的

FCC對超寬帶頻譜開放具有雙重意義首先是頻譜重用，超寬帶系統(tǒng)可與其它無線系統(tǒng)占用相同的頻段，能夠利用超寬帶系統(tǒng)具有很寬的頻譜資源，并為感知無線電（CR）技術(shù)提供了一個良好的研究平臺；其次，傳輸信號格式的多樣化帶來了信號設(shè)計的靈活性，由于FCC僅僅從頻域給出了超寬帶系統(tǒng)的功率輻射要求，而對時域的信號波形并無具體規(guī)定，帶來了極大的設(shè)計靈活性，這樣在功率譜輻射約束下設(shè)計人員可以根據(jù)應(yīng)用需求靈活實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計。

隨著網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與技術(shù)迅猛發(fā)展，通信業(yè)務(wù)已由傳統(tǒng)的話音單一化向多樣化的個人通信業(yè)務(wù)發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)必然向高速、移動、智能、感知等方向發(fā)展。為此目標(biāo)，正在全球范圍內(nèi)的大規(guī)模部署第三代移動通信系統(tǒng)，并積極建設(shè)面向第四代移動通信系統(tǒng)的研究和實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。隨著網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與技術(shù)迅猛發(fā)展，通信業(yè)務(wù)已由傳統(tǒng)的話音單一化2002年隨著美國FCC對超寬帶頻譜的開放，為稀缺的無線頻譜重用提供了一種發(fā)展的空間。作為WPAN的重要接入技術(shù)的超寬帶(UWB)技術(shù)的研發(fā)有了長足發(fā)展，由于成本和功耗暫時限制了其大規(guī)模的應(yīng)用。隨著進(jìn)一步完善和推進(jìn)該領(lǐng)域應(yīng)用基礎(chǔ)理論及技術(shù)，UWB技術(shù)逐漸會成為構(gòu)筑未來智能無線信息網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)之一。我國對此戰(zhàn)略制高點(diǎn)相當(dāng)高度重視，在國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）已經(jīng)寫入傳感器網(wǎng)絡(luò)及智能信息研究內(nèi)容，基于UWB物理層的WPAN應(yīng)用勢必將滲透到經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。2002年隨著美國FCC對超寬帶頻譜的開放，為稀缺的無線頻譜對低速應(yīng)用的UWB物理層技術(shù)的研究有兩大目標(biāo)：低成本與低功耗。在FCC的規(guī)范下，UWB的信號設(shè)計自由度非常大。研究集中在兩方面：一是基于沖激脈沖的沖激無線電（IR）UWB，由軍用雷達(dá)技術(shù)演變二是基于載波形式的UWB混沌通信是基于混沌信號的載波通信技術(shù)。由于混沌信號具有非周期性、寬帶性等特點(diǎn)，混沌通信系統(tǒng)能很好的抗擊多徑衰落，使得混沌信號在保密通信和擴(kuò)頻通信等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。對低速應(yīng)用的UWB物理層技術(shù)的研究有兩大目標(biāo)：低成本與低功耗UWB具有極大的信號傳輸帶寬，UWB是一種擴(kuò)頻通信技術(shù)，這使得具有擴(kuò)頻性質(zhì)的混沌通信技術(shù)天然成為實(shí)現(xiàn)UWB的一種可選技術(shù)。由于混沌通信的低成本優(yōu)勢，使得其成為國內(nèi)外關(guān)注的UWB候選技術(shù)之一。目前精確的混沌同步的實(shí)現(xiàn)還存在困難，相干混沌通信僅有理論上可行，因此基于非相干接收的混沌通信傳輸方式，如COOK、FM/-DCSK，調(diào)頻/差分混沌移位鍵控倍受關(guān)注。因此，圍繞差分混沌移位鍵控技術(shù)作為新型超寬帶通信系統(tǒng)調(diào)制研究解決的有關(guān)核心技術(shù)已經(jīng)成為一個重要的研究課題。UWB具有極大的信號傳輸帶寬，UWB是一種擴(kuò)頻通信技術(shù)，這使為了盡量降低功耗和復(fù)雜度，面向中、低速應(yīng)用的UWB技術(shù)通常都采用非相干的接收技術(shù)，除了幅度檢測、非相干脈沖位臵調(diào)制（PPM）外，基于發(fā)送參考信息的傳輸－參考（TR-IR）信號設(shè)計方法尤其重要。FM/-DCSK具有與TR-IRUWB類似的信號結(jié)構(gòu)，在接收機(jī)設(shè)計中它們都要共同面對超寬帶信號時延電路設(shè)計的挑戰(zhàn)，低成本、低功耗的接收機(jī)設(shè)計變得較困難。為了盡量降低功耗和復(fù)雜度，面向中、低速應(yīng)用的UWB技術(shù)通常由于發(fā)送參考信息的傳輸－參考（TR-IR）UWB發(fā)送極短的脈沖來傳輸信息，具有較高的峰均功率比（PAPR），已知在低速脈沖傳輸區(qū)域IR-UWB是峰值功率受限，在峰值功率受限條件下，TR-IRUWB的傳輸距離將非常有限。相比于TR-IRUWB，F(xiàn)M/-DCSK是一種基于混沌載波的調(diào)制技術(shù)，通過調(diào)整混沌載波的持續(xù)時間，可改變比特能量Eb，從而增加信號的有效傳輸距離。因此，首先需解決的一個根本問題是消除FM/-DCSK中時延電路的FM/-DCSK替代結(jié)構(gòu)；其次，如何改進(jìn)FM/-DCSK信號波形的設(shè)計，以增強(qiáng)信號有效傳輸距離，這是今后需要努力解決的一個關(guān)鍵所在。由于發(fā)送參考信息的傳輸－參考（TR-IR）UWB發(fā)送極短的脈

國內(nèi)外需要深入解決如何消除或者降低時延問題。在設(shè)計低功耗應(yīng)用系統(tǒng)時，首要考慮的是,如何完成最小的功耗和成本代價系統(tǒng)的設(shè)計，其次，要兼顧系統(tǒng)性能，盡量做到復(fù)雜度與性能之間折中。國內(nèi)外需要深入解決如何消除或者降低時延問題。在設(shè)計低功耗由于實(shí)現(xiàn)簡單且無需混沌載波同步的非相干混沌通信系統(tǒng)具有競爭力?；诜窍喔山邮盏幕煦绮罘忠莆绘I控(DCSK)及其改進(jìn)形式：頻率調(diào)制混沌差分移位鍵控（FM-DCSK）和混沌開關(guān)鍵控（COOK）、直接混沌通信（DCC）技術(shù)和FM-DCSK作為混沌超寬帶系統(tǒng)的調(diào)制方案受到了關(guān)注。盡管差分混沌移位鍵控（DCSK、FM-DCSK）是實(shí)現(xiàn)低成本、低功耗超寬帶通信系統(tǒng)具有應(yīng)用潛力的方案之一.

提出CS-DCSK調(diào)制新方法能夠避免時延電路，為DCSK的UWB系統(tǒng)設(shè)計提供一種可行的簡化方案。由于實(shí)現(xiàn)簡單且無需混沌載波同步的非相干混沌通信系統(tǒng)具有競爭力總之，基于FM-/DCSK的自相關(guān)UWB傳輸系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的TR類似，其難點(diǎn)都在于時延線單元的實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榛煦缧盘柕姆侵芷谛?，F(xiàn)M-/DCSK系統(tǒng)在接收機(jī)和發(fā)射機(jī)都需要時延線單元。為此，需要進(jìn)一步改進(jìn)FM-/DCSK的結(jié)構(gòu)，以尋求其它替代方案和消除時延單元。除了實(shí)現(xiàn)電路方面的成本優(yōu)勢外，與沖激脈沖UWB技術(shù)比較，混沌調(diào)制技術(shù)混沌UWB系統(tǒng)采用了載波發(fā)射方式，比沖激脈沖UWB具有更低的峰均功率比，在峰值輻射功率受限的低速率應(yīng)用中具有更強(qiáng)的傳輸能力；在頻譜輻射方面，通過引入頻率調(diào)制，可靈活實(shí)現(xiàn)對頻譜控制。因此，實(shí)現(xiàn)低成本、低功耗WPAN的開發(fā)應(yīng)用有發(fā)展前景?？傊?，基于FM-/DCSK的自相關(guān)UWB傳輸系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的T10.混沌應(yīng)用的專利概況經(jīng)過初步專利調(diào)查，我國在混沌應(yīng)用的所有專利總數(shù)186項，混沌通信及其加保密方法、線路設(shè)備相關(guān)的專利有65項，約占三分之一以上?；煦绲钠渌麘?yīng)用非常廣泛，遍及國防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等諸多方面應(yīng)用，例如：在雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用，混沌信號雷達(dá)與混沌激光雷達(dá)汽車防撞系統(tǒng)及其方法，混沌交織器，混沌治療儀，混沌水體養(yǎng)殖法，多用途可調(diào)混沌磁脈沖、電場、聲場生物處理機(jī)，一種帶計算機(jī)接口的磁混沌擺，一種帶混沌效應(yīng)的高爐冷卻裝置，基于混沌控制的車載蓄電池管理方法，一種腐蝕深度的混沌預(yù)測方法，混沌光時域反射儀及其測量方法，基于半導(dǎo)體激光器的混沌激光測距方法及裝置，混沌