Vol.23 No.2 赵耿等：一类数字混沌保密语音通信系统 ·169 器中，4是在从14之间可设定的参数.当系统 次迭代都产生同步信号.当=1~N-1)之间值 工作在不动点时相当于通信系统中未加人保 时，保证收发方混沌系统同步的一致性是由晶 密，与一般民用通信一样，因此使系统可控性 振时钟的准确度及软件设计的一致来保证.然 强；在混沌态下该序列非周期，且对初始值x(O) 而，晶振本身会有微小误差；收发方的软件设计 十分敏感，可用于保密通信.混沌加密的过程在 因要完成各自的控制和识别功能，也不可能完 于通过(I)式构成的1 ogistic映射混沌系统，将原 全一致；这2个因素会产生同步累计误差.实验 始信号()调制成类似白噪声的混沌加密信号 表明当k=2000时，同步误差累计效应使复原 x(①，解密时采用逆变换解调出原始信号.本文 的语音信号中有较大的背景噪声，因此本文系 使用混沌遮掩通信方式，调制器为加法器，解调 统中选取N=500时驱动被叫方混沌产生器重 器为减法器 新同步.图2为2个混沌系统同步图 主叫方： [xa(tfa(g.(cu(k-1)1-x(k-1t4()+ 5(k/N)S) 4a(fA(x()-g.(ux(k-1)(1-x(k-1)》 (2) x.(d)=x(t)tn.(t0） 被叫方： xa()=f(g-r(k-1)(1-xk-1)+u() u.(t)=fi(xm()-gAux,(k-1)(1-x.(k-1))-6(K/N)S) x.(t)=x(t)+n.(t) (3) 其中，xmu(t0),hm(t),nm(t)及x(0),4n(t),n.(0分别为 主叫方和被叫方调制信号、解调信号和线路噪 声信号；x,x为双方信道接收信号；g(),g() 为16一24位D/A转换和平滑低通滤波引起的 稳定的非线性函数；()，()为调制、解调线 HEHORY 性函数或非线性函数 1 when六1,2） S1 UF timing: RECORDER (4) START \0 else disp clr: 式中，N为非1正整数常数.显然，被叫方调制 OK 的混沌遮掩信号中不含同步信号(S). csr:OFF (b) 图2()2个同步的混沌信号波；b)g(,g)的李沙 2通信性能分析 育图形 2.1同步 Fig.2 (a)Two synchronous chafic signal ;(b)g.(),g()'s 同步是混沌保密通信的关键所在，收发方 phase figure 2.2噪声分析 混沌不同步将无法解调出原始信号，同步不好 由(2)，(3)式看出，主叫方和被叫方接收到的 会使信噪比降低.传统的混沌同步方法如驱动 信号中包含有噪声信息n(),n.(),这主要由电 一响应和主动一被动同步方法，都是在连续混 路和信道上产生的噪声组成.但实验表明，该项 沌动力学系统中由带有小信息信号的混沌信号 噪声可进行有效的抑制，即它具有很大的信噪 去驱动接收电路，只是在发射端，前者由带有小 比.然而随着时间的增加，噪声呈增大趋势，这 信息的混沌信号驱动，而后者由纯混沌信号驱 说明混沌信号的引人产生了同步累计误差，形 动.在本文所述系统中，发射和接收端均产生混 成了同步噪声， 沌信号，靠主叫方发射端每迭代N步发出的同 设信道输入已调信号x(),信道输出信号 步信号去驱动接收端同步 x。(),它们之间的关系为：x()=()x)+n(十s(). 由于(4)式中N为非1正整数，也即并非每 式中：)是依赖于网络的特性，()是不依赖、 b . J 3 N O J 赵耿 等 : 一类 数字 混沌 保密 语音通 信系 统 器 中 , 夕是在从 1礴 之间可设定 的参数 . 当系统 工作 在 不动 点 时相 当于通 信 系统 中未加 人保 密 , 与一般 民 用通信一样 , 因此使系统可控性 强 ; 在混沌态下该序列非周期 , 且对 初始值 戏0) 十分敏感 , 可用于保密通信 . 混沌加密的过程在 于通过 (l) 式构成 的 log i ist 。 映射混沌系统 , 将原 始信号 u( t) 调 制成类 似 白噪声 的混沌加密信号 城t) , 解密 时采用逆变换 解调 出原始信号 . 本文 使用混沌遮掩 通信方式 , 调制器为加法器 , 解调 器为减法器 . 主叫方 : 次迭代 都产生 同步信号 . 当 =k 抓1气N 一 1) 之 间值 时 , 保证收发方混沌 系统 同步 的一致性是 由晶 振 时钟的准确度及软件设计 的一致来 保证 . 然 而 , 晶振本身会有微小误差 ; 收发方的软件设计 因要 完成各 自的控制 和识 别功能 , 也不可能完 全一致 ; 这 2 个 因素会产生 同步累计误差 . 实验 表 明当 k = 2 0 0 时 , 同步误差 累计 效应使复原 的语音 信号 中有较大 的背 景噪声 , 因此本文 系 统 中选取 N 二 5 0 时 驱动 被叫方 混沌 产生 器重 · 新 同步 . 图 2 为 2 个混 沌系统 同步 图 . 耘k( 一 1》 卜蝙(t) + k( 一 l )( 1一耘k( 一 1 ))) (2 ) 被 叫方 : {翔(心杭 够恤 ` k( 一 l ))(( l 一` k( 一 l ))) + ` ( t) ) {` (t) 书伽恤( 0 一乡恤城k一 IXI 一石(无一 ID一占俩叼必 { 尤仙 (t) =xm s( t) + nr (t) ( 3 ) 其 中 , 耘 (t) , 蝙(t) , mn (t) 及 xs, ()t , 陈(t) , nr (t) 分 别 为 主叫方 和被 叫方调制信号 、 解 调信号和线路噪 声信号 ; xmr , xsr 为双方信道接收信号 ; 乡( · ) , 以 · ) 为 16一2 4 位 D /A 转换 和平滑 低通滤波引起 的 稳定 的非线性 函数 ; fm ( · ) , 关( · ) 为调制 、 解调线 性 函数 或非线性 函数 . 、 一~ ,侧少二 初、 份 · 归一 · , J甲~ 一 , 州 , , ,. , ` ,. , , , , 州 ~ 户 , , 、 、 { 1 w h e n 0 气万下 ) = 1 Z y l L0 。幸 , , 2 , e l s e , l 助卜卜 (4 ) t 二奋明 : 3 t 自砚T 式 中 , N 为非 1 正整数常数 . 显然 , 被 叫方调制 的混沌遮掩信 号 中不含 同步信号 ( 5) . d l 一 ` l r : 0 目 c ` r : O F F 2 通信性能分析 .2 1 同步 同步是混沌保 密通信的关键所在 , 收发方 混沌不 同步将无 法解调 出原始信号 , 同步不好 会使信噪 比降低 . 传统 的混沌 同步方法如驱动 一响应 和主动一被动 同步方法 , 都是在连续混 沌动力学系统 中由带有小信息信号 的混沌信号 去驱动接收电路 , 只 是在发射端 , 前 者由带有小 信息 的混沌信号驱动 , 而后者 由纯混沌信号驱 动 . 在本文所述系统 中 , 发射和接收端均产生混 沌信号 , 靠主 叫方发射端每迭代 N 步发 出的同 步信号去驱 动接收端同步 . 由于 (4) 式 中 N 为非 1 正整数 , 也 即并非每 圈 2 a( ) 2 个 同步的 混沌伯 号 波 ; 伪) g, ( · ) ,以 · ) 的李沙 育圈形 Fig . 2 (a ) T 钟0 yS n e h or n o u s c h a 6 c s妙 a l : 伪)以 · ) , 以 · ) ’ s Ph a se flg u er .2 2 嗓声分析 由(2 ) , (3) 式看 出 , 主叫方 和被 叫方接收到 的 信号 中包 含有噪声信息 mn (t) , n, ()t , 这 主要 由电 路和信道上产生 的噪声组成 . 但实验表明 , 该项 噪声 可进行 有效的抑制 , 即它具有很 大的信噪 比 . 然 而随着时间 的增加 , 噪声呈增天趋势 , 这 说 明混沌信号的引人产生 了同步累计误差 , 形 成 了 同步噪声 . 设信道输人 已 调信号 xt( t) , 信道输 出信号 xo ()t , 它们之间的关系为 : xo (O = 双尔 i ( t) +n (t) + s (.t) 式 中 : 权t) 是依 赖 于 网络的特 性 , 试t) 是不依 赖