时分复用技术在混沌保密通信系统中的应用研究
摘要
混沌是一种貌似随机的非随机运动，它是非线性确定系统中由于内禀随机性而产生的外在复杂表现。其最明显的特征就是对初始条件的极端敏感性，初始条件的微小差异可能对以后的时间演化产生巨大的影响，所以混沌系统的长期演化行为是不可预测的，但是若对混沌系统加以控制，是可以应用的。利用混沌系统进行保密通信的研究已成为当前国际电子学前沿研究的一个热点。目前已经有多种保密通信方案，本文主要作以下方面的研究：
(a)系统论述了混沌保密通信的发展状况与研究意义,以及混沌保密通信原理。
(b)列举了与混沌相关的基础知识，包括混沌的定义、混沌的特性、混沌保密通信的理论依据和方法等一系列问题。
(c)介绍了蔡氏混沌电路的构造，并对蔡氏电路的动力学行为进行了仿真研究。混沌保密通信中，混沌同步是一项关键技术。本文针对驱动—响应式Chua电路混沌同步系统，提出混沌同步系统的自保持特性，并根据时分复用技术的原理解决了目前在混沌保密通信中，如何在同一信道中同时高效传输明文信息和混沌同步控制信号，为混沌同步在工程、通信领域的实际应用奠定了基础。
关键词：保密通信，Chua电路，混沌同步，时分复用
Research on TDM Technology in the Chaotic Secure
Communication System
ABSTRACT
Chaos is a seemingly random non-random movement, it is non-linear system to determine the intrinsic randomness of the resulting performance of the external complexity. The most obvious feature is the extreme sensitivity to initial conditions, small differences in initial conditions the time evolution of the future may have a huge impact, so the long-term evolution of chaotic system behavior is unpredictable, but if the chaotic system to control can be applied. Chaotic secure communication systems have become the forefront of the international electronics research hot spot. Currently has a variety of secure communication scheme, this paper made the following aspects:
(a) Systematically discussed the development of chaotic secure communication and research significance, and the principle of chaotic secure communication.
(b) Also cited the chaos associated with the basics, including the definition of chaos, chaos characteristics, the theoretical basis of chaotic secure communication and methods and other issues.
(c) Describes the construction of Chua's chaotic circuit, and the dynamic behavior of Chua's circuit is simulated. Chaotic secure communication, chaos synchronization is a key technology. This paper drive - response type synchronization systems Chaotic Chua proposed chaos synchronization self-maintenance characteristic system, and in accordance with the principle of time division multiplexing technology to solve the current chaotic secure communication, how to express the same channel at the same time efficient transmission of information and chaos synchronous control signals, for the chaos synchronization in engineering, communications, laid the foundation for practical application.
KEY WORDS: Secret communication, Chua’s circuit, Chaos synchronization, TDM
目录
摘要 ..................................................................... I ABSTRACT ................................................................ II 1 绪论 . (1)
1.1 混沌保密通信的发展状况 (1)
1.2 混沌保密通信的研究意义 (3)
1.3 保密通信原理 (3)
1.4 论文的主要研究内容 (4)
2 混沌的相关理论 (6)
2.1 混沌的定义 (6)
2.2 混沌的特性 (7)
2.3 混沌保密通信的理论依据及方法 (8)
2.3.1 混沌保密通信的理论依据 (8)
2.3.2 混沌保密通信的方法 (9)
2.4 混沌保密通信实用化存在的问题 (10)
3 混沌电路及其特性 (11)
3.1 混沌电路的构造 (11)
3.2 Chua混沌电路的结构及方程 (11)
3.3 蔡氏电路的改进 (14)
3.4 电路仿真 (16)
4 混沌系统的同步 (19)
4.1 同步的定义 (19)
4.2 混沌系统同步控制原理 (20)
4.3 混沌同步的实现方法 (22)
4.3.1 驱动—响应同步方法 (22)
4.3.2 耦合同步方法 (22)
4.3.3 自适应同步方法 (23)
4.3.4 混沌同步方法的比较 (24)
4.4 混沌同步系统的自保持特性 (24)
5 时分复用在混沌保密通信中的应用 (26)
5.1 驱动—响应式Chua电路混沌同步系统 (26)
5.2 时分复用在混沌保密通信中的应用研究 (27)
5.2.2 时分复用保密通信原理 (28)
5.2.3 混沌保密通信系统的实现 (29)
6 总结 (30)
6.1 本文主要研究工作 (30)
6.2 展望 (30)
致谢 (31)
参考文献 (32)
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1 绪论
1.1 混沌保密通信的发展状况
混沌是一种貌似无规则的运动，在确定性系统中出现的类似随机的过程。混沌是非线性动力学系统所特有的一种运动形式，它广泛存在于自然界，如物理、化学、生物、社会等领域。一个确定性系统是这样一种动力学系统：它由确定的常微分方程、偏微分方程、差分方程或迭代方程描述，方程中的系数都是确定的。给出初值后系统的运动状态是完全确定的，即未来完全包含于过去之中。当初值有微小变化时，系统的变化也不会太大。六十年代人们发现有一些系统，虽然描述它们的方程是确定的，但系统对初值有极强的敏感性，即初值有极微小的变化将引起系统后来不可预测的改变，这样看来，系统运动似乎是随机的。这种对初值的敏感性或说确定性系统内在的随机性就是混沌。
人们对混沌现象的研究起始于上世纪七十年代。而混沌通信在国际上则是起源于二十世纪九十年代初期。一九九零年，美国海军实验室研究人员Pecora和Carroll首次利用驱动—响应法是先两个混沌的同步，标志着将混沌理论应用于通信领域成为可能，随后国际上先后提出了许多混沌通信制式及其理论方法，美国马里兰大学的Grebogi和Yorke二位教授提出了混沌控制的新方法立即犹如一阵旋风席卷全球，国内外掀起了第二次混沌研究的高潮，利用混沌和混沌同步实现秘密通信已经成为近年来竞争最为激烈的混沌应用研究领域。美国、俄罗斯、英国、德国、意大利、日本、加拿大、瑞士等国家的科学家都参与了激烈的竞争，而我国学者也相当关注，各自研究新的混沌系统，发展有效的信号处理和信息保密等通信技术.国内外对于混沌保密通信的研究可谓是热情高涨，目前利用混沌进行的保密通信大致分为三类：第一类是直接利用混沌进行保密通信；第二类是利用同步的混沌进行保密通信研究；第三类是混沌数字编码的异步通信。其中第二类利用同步的混沌保密通信是国际上广泛研究的方法，迄今已提出和发展了同步混沌三大保密技术：混沌遮掩，混沌调制和混沌开关技术，同时这三大技术也是目前保密通信研究领域中竞争最为激烈的三项技术。近年来国际上也提出了无需同步的混沌遮掩，混沌调制和混沌开关技术。1983年蔡少棠教授首次提出了著名的Chua电路，它是迄今为止在非线性电路中产生复杂动力学行为最为有效而简单的混沌振荡电路之一，通过对Chua电路参数的改变，可以产生从倍周期分岔、单涡卷、周期3到双涡卷等十分丰富的混沌现象，从而使人们从电路的角度较方便地对混沌机理与特性进行研究，由此产生了基于Chua电路的混沌保密通信研究。
在我国，对混沌通信进行系统性的研究始于二十世纪九十年代中期。广西师范大学、中国原子能科学院、中科院物理所、清华大学、南京大学、北京科技大学、武汉大学、北京邮电大学、北京师范大学、通信兵工程学院等都在积极研究，大多侧重于混沌编码
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的研究。国内学者郝柏林、朱照宣、裴留庆、胡键东、凌燮亭、何振亚、郑君里、丘水生和钟国群等对混沌机理、混沌同步以及混沌通信三个面的研究做出过重要贡献，裴留庆教授提出一种改善安全性能的多级调制混沌通信系统；胡键东教授提出改进型的LOGISTIC-MAP混沌扩频序列，这种混沌扩频序列可用于（CD）2MA系统;凌燮亭教授分析混沌通信系统的保密性能；何振亚教授领导的研究小组则提出一种基于离散耦合的混沌数字通信方案；郑君里教授提出了异步码分多址通信中的混沌扩频系列；丘水生教授建立了混沌吸引子的细胞模型，在此基础上提出了混沌系统的键波采样式研究；钟国群教授和尹元昭教授首次在国内进行过混沌通信的硬件实验研究。以上的这些研究工作和成果，对我国混沌通信研究的起步和发展起到了很大的促进和推动作用。
进入21世纪，混沌通信技术面临着新的发展机遇。在民用领域，随着信息需求量的不断增长，传统的窄带通信技术越来越不能满足用户的要求。“频率拥挤”现象正在形成。人们开始寻求效率更高、容量更大的新通信体制。扩展频谱通信技术成为解决带宽矛盾的首选技术，如较为成熟的第三代移动通信技术采用了扩展频谱通信理论为基础的直接序列扩频码分多址技术(DS—CDMA)，可以使通信容量达到现有通信方式的4倍，而且具有更好的通信质量。扩展频谱的关键技术是伪噪声编码调制和信号相关处理。由于混沌信号具有较为理想的相关特性和伪随机性，以及混沌系统固有的对初始条件的敏感性，基于混沌同步的扩频通信技术就有了坚实的理论基础。人们希望用它来改善扩频通信系统的性能，于是，混沌扩频序列的研究成为混沌通信的重要内容。在军事通信领域，跳频通信的抗干扰能力引起了人们的重视，如美国Sincgars—V系列超短波调频电台和联合战术信息分布系统JTIDS，法国的TRC—950以及英国的美洲虎Jaguar—V等超短波跳频电台，有力的抗干扰措施保障了己方的正常通信。寻求和设计具有理想性能的跳频序列成为这一领域的研究热点。与此同时，混沌同步在社会的信息化中也有用武之地。在方兴未艾的信息家电领域，业界提出了“蓝牙(Bluetooth)技术”用以实现电子设备之间的无线连接。为使其能在噪声的无线环境中工作，使链路安全可靠，该技术采用快速跳频扩频技术，防治外界干扰和自身的衰减。把混沌应用于蓝牙技术，对增加工作效率、改善灵活性，提高人们的生活质量都有深远的影响。
人们采用各种方法把混沌应用于保密通信，将混沌的同步与控制应用于保密通信，是一种动态方法。由于其处理速度和密钥长度无关，因此这种方法计算效率很高，用这种方法加密的信息很难破译，具有很高的保密度，尤其是它可用于实时信号处理，同时也适应于静态加密的场合。尽管目前这项新技术的研究尚处于实验室阶段，由于它的实时性强，保密度高，运算速度快等明显优势，己经显示出其在保密通信领域中的强大生命力，混沌学家己经注意到混沌在保密通信中的应用价值。邵媛提出了同步系统的频率特性的概念，并进行了实验研究。冉立新研究了把蔡氏电路应用于混沌的可行性。Tao Yang和L.0.Chan提出利用广义混沌同步进行信号传输，张玉慧等从不同角度对混沌保
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空混沌也开始应用于混沌保密通信，如Xiao J H和代明等把时空混沌应用于保密通信。
随着现代计算机技术的发展，一些传统的密码体制(如DSE，RAS等)逐渐保露出一些缺陷，很多系统己经被破译，利用计算机来窃取经济或军事情报等犯罪活动日益猖撅。在这种情况下，混沌保密通信的理论和应用必将得到更加深入的研究和发展。
目前混沌学的研究主要集中在以下几个方面：发展新的混沌系统；对混沌系统本身特性的研究，更好地了解混沌和应用混沌；对混沌系统的控制研究，消除由于混沌存在而给我们带来的危害和利用混沌；对两个混沌系统同步的研究，它是混沌用于保密通信的前提；混沌系统的应用研究，比较成熟的研究有混沌序列用作通信密钥和利用混沌同步进行两点间的保密通信等。
1.2 混沌保密通信的研究意义
在当今高速发展的信息时代，人与人的竞争是信息的竞争，国家与国家的竞争更是信息的竞争，随着计算机和各种通信网络的日益普及，人们的很多活动以及有用信息都和网络密不可分，同时国家的很多经济和军事情报在国内也是通过网络来联系的，保密通信已经成为计算机通信、网络、应用数学、微电子等有关学科的研究热点。因此，在网络上传输的重要信息的安全性要求就要很高，与此同时，通过混沌通信系统进行通信，比传统的保密通信技术更具强势，具有极高的保密性能，使其顺应了技术的需要，混沌保密通信中，由于混沌信号具有连续宽带谱，以及对初始条件的敏感性，即伪随机性的这些特性，以及应用其进行多级加密，另外在适当的控制下，还可以形成单个或多个系统的协同行为，即同步性质。同时，应用混沌进行通信加密，是一种动态的加密方法，其处理速度与密钥的长度无关，所以这种方法的计算效率很高，用这种方法加密的信息是将信息信号调制到近乎完全随机的混沌信号中，只有在接收机被调制到与发射机指定电路参数相同或很小一个范围内时，两者相互同步，信息才能被还原出来，具有很高的保密度。尤其是它可用于实时信号处理，同时也适用于静态加密的场合。尽管目前这项新技术的研究尚处于实验室阶段，由于它的实时性强、保密性高、运算速度快等明显优势，已显示出其在保密通信领域中的强大生命力，有利于国家军事﹑经济安全﹑可靠的发展。
1.3 保密通信原理
保密通信是对预传输的信息采取加密措施后才在信道中传递，而在接收端则对收到的加密消息进行解密，使它恢复到原信息的通信方式，加密的目的是隐藏信息内容，以防窃听者截取。按密码学的术语，将原来可以读懂的文本称为明文，从可懂文本到不可懂文本的变换过程称为加密。从不可懂文本变成原文本的过程称为解密。经加密以后的文本称为密文，将加密、解密的算法或规则称为密钥。加密、解密过程可以简单的表示
陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 4 密文密文
图1-1 保密通信示意图
保密通信可以用数学公式描述为：
加密过程：
Y=Ez(X) （1-1）解密过程：
X=Dz(Y)（1-2）这里X表示明文，Y表示密文，Z表示为密钥，Ez表示加密变换，Dz表示解密变换，Ez与Dz合称保密变换。保密变换的实质是对信息(字符或数据)记录进行一组可逆的逻辑或数学运算，使得情报对于计算机和人都是不能理解。从上分析中可以看出，密钥在保密通信中起到关键的作用。但实际上这种密钥的长度是有限的，经典的密码学己被研究的很多，人们已经研究出许多破解密文恢复明文的方法，研究新一代的保密技术势在必行，混沌保密通信由于具有优良的保密性能而应运而生。
1.4 论文的主要研究内容
本文在Chua电路的基础上，通过对Chua电路及其特性的分析，给出实现非线性电阻的一种电路，然后设计一种用集成运放、线性电阻和电容组成的模拟电感电路，利用模拟电感对Chua电路进行改进，并且利用改进后的Chua电路构成驱动—响应式混沌同步系统。最后利用此混沌同步系统具有的自保持特性并根据时分复用原理尝试解决目前如何同时在同一信道中传输混沌同步控制信号和密文信号的关键性问题。
论文的结构安排如下：
第1章绪论，介绍了混沌保密通信的发展状况、研究意义及混沌保密通信原理，同时还介绍了本论文的主要工作和结构安排。
第2章混沌的相关理论，介绍了混沌的定义，混沌的特性，包括对初始条件的敏感依赖性、内随机性、遍历有界性等。最后介绍了混沌应用于保密通信的理论依据、方法及实用化存在的问题。
第3章混沌电路及其特性，介绍了混沌电路的构造，同时还介绍了Chua混沌电路的结构及方程，它是迄今为止在非线性电路中产生复杂动力学行为的最有效而简单的混沌振荡电路之一。最后，介绍了对蔡氏电路的改进方法，并对改进后的蔡氏电路进行仿真。
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最后探讨了混沌同步系统的自保持特性。
第5章时分复用在混沌保密通信中的应用，首先介绍了时分复用技术，构造了驱动—响应Chua电路混沌同步系统，最后根据时分复用技术及其原理，解决了如何同时在同一信道中传输密文信号和混沌同步控制信号的关键问题。
第6章总结，介绍了本文主要研究工作，同时介绍了对相关研究的展望。
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2 混沌的相关理论
混沌是非线性动力学系统所特有的一种运动形式,是确定性的、类似随机的过程。混沌是不含外加随机因素的完全确定系统的内在随机行为，是介于规则与随机之间的一种非线性动力学行为。混沌动力学的建立使描述客观世界的两大理论体系—确定论和随机论—找到了由此及彼的桥梁。混沌现象的发现使人们认识到客观事物的运动不仅是定常、周期或是准周期的运动，而且还存在着一种更为普遍意义的形式。混沌概念的提出，使得人们能够将许多复杂现象看作是有目的、有结构的行为，而不再是偶然性行为。
2.1 混沌的定义
由于混沌系统的奇异性和复杂性至今尚未为人们所彻底了解，因此至今混沌仍没有一个统一的定义。己有的定义都是从不同的侧面反映了混沌运动的性质。混沌的定义首先出现在1975年由美国马里兰大学的博士李天岩(T.Y.Li)和他的导师乐克(J.A.Yorke)所撰写的一篇题名为“周期三意味着混沌”的论文中。现文献中多称之为Li —Yorke 定义。
(a)f 的周期点的周期无上界；
(b)闭区间I 上存在不可数的子集S ?I ，使得?x,y ∈S,x ≠y 有：
（2-1） (c)?x,y ∈S ?I ，有：
（2-2） (d) ?x ∈S 及f 的任意周期点p ∈I ，有：
（2-3）
则称映射f 是混沌的，其中发f τ(·)=f(f ···f(·))表示t 重函数关系。
上面的定义蕴涵混沌特性：其中
(a)周期点，说明如果系统存在一个周期为3的周期点，就一定存在任何正整数的即存在无穷多不稳定周期轨道。
(b)说明任何两个基本轨道既要相互靠近，又要相互分离。
(c)说明任两种轨道必交替出现。
(d)说明任一轨道不趋于任一周期轨道，即该集合不存在渐进周期轨道。
由此可以看出，闭区间I 在映射f:I →R 的作用下，呈现出的是一片混乱状态，其中一部分是周期运动，而更多的则是杂乱无章的运动状态，它们时分时合在确定映射f:I →R 的作用下出现类似随机的状态。
混沌的另一种著名定义是在1989年由R.L.Devney 提出的：
0)()(sup lim >-∞
→y f x f n n n 0)()(inf lim =-∞
→y f x f n n n 0
)()(sup lim >-∞→p f x f n n n
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为在U上混沌的，如果满足：
(a)f具有拓扑传递性。?X,Y?U，存在k>0,使得fκ(X) Y≠Φ。
(b)f具有对初始条件的极端敏感性。?ε>0，对任意的X∈U，存在δ>0使得在x 的δ邻域内存在y和自然数n，有d(f n(x)-f n(y))>成立。
(c)f的周期点集T在U中稠密。即?X∈U,任给δ>0，都存在Y∈T，使得不等式︱X-Y︱<δ成立。
以上定义也蕴涵有丰富的混沌特性：其中
(a)说明混沌系统不能被细分或不能被分解为两个在f下相互影响的子系统，任一点的邻域在f的作用下都将撒遍整个度量空间U。
(b)说明混沌的映射具有不可预测性，如果初值具有一极微小的变化，在短时间内的结果还可以预测，但经过长时间的演化后，它的状态根本无法确定，换句话说，在每个点x附近都可以找到离它很近而在f的作用下终于分道扬镳的点y，对于这样的f，如果用计算机计算它的轨道，任意微小的初值误差，经过多次迭代后都将导致计算结果的失败。
(c)说明混沌映射具有不可分解性，也就是混沌行为具有稠密的周期轨道，其运动最终要落在混沌吸引子中，使其呈现出多种看似混乱无序却又颇具规则的自相似图像。混沌吸引子中的运动能在一定的范围内按其自身的规律遍历每一条轨道，既不自我重复又不自我交叉。这正是混沌的耐人寻味之处。
2.2 混沌的特性
混沌运动是确定性非线性系统所特有的复杂运动形态，出现在某些耗散系统、不可积Hamilton保守系统和非线性离散映射系统中。为了与其他复杂现象相区别，一般认为混沌运动应具有如下的主要特征。
(a)对初始条件的敏感依赖性。当一个确定性系统的发展演化行为敏感地依赖于系统的初始条件的时候，我们就称这个系统是混沌的。混沌这个特征暗示两个初始条件很相近的不同轨道最终将会以指数的方式分离。这种性质不是计算误差形成的，是其固有的特性。混沌现象具有的这种特性必然导致系统的长期行为是很难预测的。
(b)内随机性。一定条件下，如果系统的某个状态可能出现，也可能不出现，该系统被认为具有随机性。一般来说当系统受到外界干扰时才产生这种随机性，一个完全确定的系统(能用确定的微分方程表示)在不受外界干扰的情况下其运动状态也应当是确定的，即是可以预测的。不受外界干扰的混沌系统虽能用确定微分方程表示但其运动状态却具有某些“随机”性，产生这些随机性的根源只能在系统自身，即混沌系统内部自发的产生这种随机性。当然混沌的随机性与一般随机性是有很大区别的。混沌的内随机性实际就是它的不可预测性，对初值的敏感性造就了它的这一性质。同时也说明混沌是
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(c)遍历性、有界性。混沌运动在其混沌吸引域内是各态历经的，这表明在混沌系统的时间演化过程中，系统可以到达嵌入在混沌吸引子内部的任何不稳定周期轨道邻域内的每个点，即在有限时间内混沌轨道经过混沌区内每一个状态点。但是，混沌是有界的，它的运动轨道始终局限于一个确定的区域，这个区域称为混沌吸引域。无论混沌系统内部多么不稳定，它的轨线都不会走出混沌吸引域，从整体上来说混沌系统是稳定的。
(d)分维性。分维性是指混沌的运动轨线在相空间中的行为特征。混沌系统在相空间中的运动轨线在某个有限区域内经过无限次折叠，不同于一般确定性运动，不能用一般的几何术语来表示，而分数维正好可以表示这种无限次的折叠。分维性表示混沌运动状态具有多叶、多层结构，且叶层越分越细，表现为无限层次的自相似结构。混沌运动在相空间中的某个区域内无限次的折叠，构成一个有无穷层次的自相似结构—奇怪吸引子。
(e)普适性。所谓普适性，是指在趋向混沌时所表现出来的共同特征，它不依具体的系数以及系统的运动方程而变。文献中常常提到的普适性有两种，即结构的普适性和测度的普适性。前者是指趋向混沌过程中轨线的分叉情况与定量特征不依赖于该过程的具体内容，而只与它的数学结构有关；后者指同一映象或迭代在不同测度层次之间嵌套结构相同，结构的性态只依赖于非线性函数幂级数展开式的幂次。混沌的这种普适性，为人们研究和把握它带来了许多方便。
(f)统计特征，正的Lyapunov指数等。对于非线性映射而言，Lyapunov指数表示n 维向空间中运动轨道沿各基向量的平均指数发散率。当Lypaunov指数小于零时，轨道间的距离按指数消失，系统运动状态对应于周期运动或不动点；当Lyapunov指数大于零时，则在初始状态相邻的轨道将被按指数分离，系统运动对应于混沌状态；当Lyapunov 指数等于零时，各轨道间距离不变，迭代产生的点对应分岔点(即周期加倍的位置)。对混沌系统而言，正的Lyapunov指数表明轨线在每个局部都是不稳定的，相邻轨道按指数分离。但是由于吸引子的有界性，轨道不能分离到无限远处，所以混沌轨道只能在一个局限区域内反复折叠，但又永远互不相交，形成了混沌吸引子的特殊结构。同时正的Lyapunov指数也表示相邻点信息量的丢失，其值越大，信息量丢失越严重，混沌程度越高。
2.3 混沌保密通信的理论依据及方法
2.3.1 混沌保密通信的理论依据
混沌保密通信作为保密通信的一个新的发展方向,向人们展示了诱人的应用前景。混沌加密的理论依据是：混沌的自相似性使得局部选取的混沌密钥集在分布形态上都与整体相似。混沌系统对初始状态高度敏感且具有复杂的动力学行为，在分布上不符合概率统计学原理，使混沌系统难以重构和预测。目前只能在特殊的条件下对一些混沌系统
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进行重构，从理论上还没有较好的通用方法。
混沌通信具有以下优点：
（a）信号的隐蔽性。混沌信号具有非周期、宽频谱、类似噪声的特性。混沌演变过程的功率谱与纯粹的随机过程毫无区别，窃听者无法利用频谱信息来对混沌信号进行跟踪分析，往往误认为是噪声而加以忽略，从而达到保密通信的目的。
（b）不可预测性。利用混沌系统构造的混沌序列同样具有对初始条件的敏感依赖性。与此同时，由于混沌具有遍历性，决定混沌信号的长期行为不可预测。利用混沌系统产生的混沌序列数目非常多，这样有利于通信系统的组网或选址。
（c）混沌序列及其变换序列具有较大的复杂度。复杂度定义为序列的等效线性长度。由于混沌序列是由非线性系统产生的，因而复杂度等于序列的长度，根据密码学原理，复杂度越大，系统就越难破译。
（d）易于产生和复制。混沌信号是由确定性系统产生的，这保证了混沌信号很容易产生和复制。
（e）信号的种类多、数目大。由于混沌系统是自然界普遍存在的一类现象，所以不必担心混沌系统会被使用殆尽，新的混沌系统不断被发现，而且各种混沌信号的变换也保证了混沌系统这一丰富的信息源能够在保密通信中获得广泛的应用。
因此，混沌通信和信息加密新技术正是适应未来信息战的需要，这是一个在21世纪大有发展前景的极富挑战性的高新科技领域。
2.3.2 混沌保密通信的方法
由于混沌系统的内随机性、连续宽频谱和对初值的极端敏感等特点，使其特别适合用于保密通信,而混沌同步是混沌保密通信中的一个关键技术。混沌同步进行保密通信方法如下：
(a)混沌掩盖。混沌掩盖方案可传送模拟和数字信息，思想是以混沌同步为基础，把小的信号叠加在混沌信号上，利用混沌信号的伪随机特点，把信息信号隐藏在看似杂乱的混沌信号中，在接收端用一个同步的混沌信号解调出信号信息,以此达到保密。混沌掩盖直接把模拟信号发送出去，实现简单，但目前这类方法仍存在许多不足：一方面,它严格依赖于发送端、接收端混沌系统的同步且信息信号的功率要远低于混沌掩盖信号的功率，否则，保密通信的安全性将大大降低。另一方面，不论是采用具有一个正Lyapunov指数的低维弱混沌系统,还是采用具有多个正的Lyapunov指数的超混沌系统，这种保密通信方案易受到基于相空间重构的预测法的攻击。
(b)混沌调制。混沌调制的基本思想是将一个信息信号加密后注入到发送机,由此改变了原混沌系统的动态特性,因而信息信号被调制。在接收端用相应的解调和解密方法恢复信息信号。该方法有几个优点：首先它把混沌信号谱的整个范围都用来隐藏信息；
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步深入，学者们把信息信号与混沌信号相乘的直接混沌频谱扩展技术也作为混沌调制技术，所以，混沌调制又叫宽谱发射。
(c)混沌扩频通信。由于混沌信号具有宽带，类噪声，难以预测的特点，并且对初始条件十分敏感，因而可以产生性能良好的扩频序列。混沌系统对初始条件和参数十分敏感，是指当给一个混沌系统两个非常接近的初始条件或参数时,系统经过几次迭代后，输出的结果可以完全不相关。也就是说，初始条件的微小变化，就能产生完全不相关的信号。从而可以非常方便地产生大量的不相关信源。另外，从序列的有限长度不可能导出系统的初始条件，从而起到了保密通信的作用。同时混沌序列是非周期序列，具有逼近高斯白噪声的统计特性、理想的自相关特性、互相关特性、高保密性和强抗干扰特性，并且混沌序列数目众多，更适合于作扩频通信的扩频码。
混沌扩频频通信的特点就是其相关性好，鲁棒性强，安全性能高。但在混沌扩频通信中应该注意混沌系统的同步问题。由于混沌信号对初始条件十分敏感,所以要求在接收端和发送端具有相同的初始值，否则将无法正确恢复信息。混沌扩频通信关键在于混沌扩频序列的选择。混沌扩频要求的混沌序列是：确定性的,易于实现，可用序列的数目多，同时有好的相关特性。
除以上三种方案外，还有混沌开关技术，混沌脉冲位置调制等加密方案。同时，攻击方法也日渐增多，如耗尽密匙测试攻击法，周期与统计攻击法，相互关联攻击法，重试密匙攻击法等。
2.4 混沌保密通信实用化存在的问题
虽然混沌保密通信领域已经有许多研究成果，但是真正应用于工程实际，还有很长一段距离要走。目前还存在许多尚未解决的问题，下面选取其中的几点进行说明：
(a)混沌模拟通信问题。混沌发生器有模拟信号及数字信号之分，当混沌系统用模拟电路实现时，从制造工艺角度看，收、发两端很难做到完全相同，这样会产生系统参数失配问题，实际应用中应允许这种微小的差异，这就要求混沌系统要有很强的同步鲁棒性。若用计算机产生，由于任何计算机都有有限的精度，而混沌对系统的初值、参数高度敏感，这就带来了混沌系统不稳定的因素。同时，模拟通信具有通信质量差、抗信道干扰能力不强等缺点，因而不适用于保密要求较高和中长距离的保密通信。
(b)混沌序列特性退化问题。在数字混沌序列的研究方向上，国内国际的许多学者给出了许多比较好的数字混沌密码系统及其相应的密码分析方法，但同样由于计算机精度的限制，这种条件下所生成的混沌序列会出现特性退化：短周期、强相关以及小线性复杂度等，即数字混沌系统与理想的实值混沌系统在动力学特性上存在相当大的差异。
(c)混沌实时保密通信问题。实时保密通信要求系统能快速同步，但由于混沌保密通信系统在收发端由不同的计算机或微处理器控制，而不同平台的时钟精度、数值精度
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3 混沌电路及其特性
虽然几乎在所有的科学领域都发现了混沌现象，但到目前为止最完美的混沌曲线还是在混沌电路中实现的。这一方面是由于电路学是被研究得最为透彻、理论最为完善的领域之一；另一方面，电路中各元器件的参数可以很方便地改变，人们可以用极低的成本从各个角度详尽地研究混沌。
3.1 混沌电路的构造
定义:一个由确定运动方程所描述的确定性电路，由直流或确定性输入信号所激励，其输出波形中包含一端或多段连续频谱，那么称此电路为混沌电路。这是从频域角度来定义混沌电路。
需要说明，混沌电路丝毫不带随机因素。这是混沌与噪声的本质区别，虽然由随机因素引起的噪声也往往包含着连续频谱，但它不是混沌，包含非线性元件的电路成为非线性电路。一般地，一个非线性电路的状态方程可以表示为n 阶微分方程),(t X F dt dX =，其中),...,,(21n x x x X =为n 维向量。 如果F (X ,t )显含时间变量t,则称此电路为非自治电路；否则，若)(),(X F t X F =不显含时间变量t ，则称此电路为自治电路。非自治电路包含时变交流电源或时变元件，自治电路不包含时变元件。
一个电路，如果包含n 个储能元件，则称之为n 阶电路。能构成混沌电路的非自治电路必须不小于二阶，自治电路则必须不小于三阶。一个由电阻，电容和电感构成的自治电路要想产生混沌现象必须具备以下三个条件：
（a ）至少有一个非线性元件；
（b ）至少含有一个有源电阻；
（c ）至少包含三个储能元件(即三阶电路)。
能够出现混沌运动的系统都是开放的远离平衡态的非线性系统。与环境进行物质和能量的交换，并受环境的制约，是这类系统的基本特征之一。
3.2 Chua 混沌电路的结构及方程
蔡氏电路是一个典型的混沌电路，现今所报道的混沌电路中有相当一部分是在该电路基础上改进而成的。它是以著名华裔科学家、美国加州大学教授蔡少堂的姓命名。该电路是一个三阶自治互易电路，它是一个由四个线性元件：电感L ，电阻R ，电容C 1,C 2以及一个称为蔡氏二极管的非线性电阻R N 构成的简单电路，蔡氏二极管的非线性使得电路产生各种非线性的现象。其电路及非线性电阻伏安特性如图3-1所示。
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(a)蔡氏电路 (b)非线性电阻伏安特性
图3-1 蔡氏电路及其非线性电阻伏安特性
由图3-1可推出电路的状态方程为：
（3-1）
其中g(u 1c )是分段线性函数，其形式为： （3-2） 蔡氏电路中的非线性电阻又称为蔡氏二极管，可用多种方式实现。一种较简单的实现，它相当于两个非线性电阻R 1N 和R N2的并联，图3-2给出R 1N 和R N2电路及其伏安特性。
a)R 1N 电路及其伏安特性 b)R N2电路及其伏安特性
?????????-=+-=--=2212211211)(1)()(1c L L c c c c c c c u dt di L i u u R dt du C u g u u R dt du C )()(21)(1111E u E u G G u G u g c c b a c b c --+?-+=
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适当选取电阻参数值使E
2远大于E
1
，也远大于蔡氏电路工作时︱u
1c
︱的变化范围，
则在电路的工作范围内，R
N2是一个线性负电阻，R
1
N
和R
N2
并联后可实现图3-1中非线性
电阻R
N
的伏安特性，其中：
(3-3)
作变量代换：
(3-4) 式（3-1）可写成如下形式：
(3-5)
式(3-5)关于原点对称，即当式中的(x，y，z )→(-x ，-y ，-z ) 时，方程保持不变。图（3-3）表示出了平衡状态下蔡氏电路的等效电路和求平衡点的图解法，其中蔡氏二极管的伏安特性i
1
= g(u
1c
)及其负载线i
1
-u
1c
／R分别用实线和虚线表示。
图3-3 求平衡点等效电路及其图解法
当电阻R满足一定条件时，电路有Q
1
、Q
2
、Q
3
这3个平衡点。平衡点分别为：
(3-6) 调节R ，可改变平衡点的位置及平衡点处系统的特征值。当电路的平衡点是满足一定条件的鞍焦平衡点时，系统有可能产生混沌。式(3-6)中：k =(b -a )/(b +1)，a 与
b 不为-1。由式(3-6)可将状态空间R3分为3个子空间D
1
、D
、D
1-
。在每一个子空间内，
[]
?
?
?
?
?
?
?
=
-
=
-
-
=
+
=
=
R
G
R
R
G
R
R
G
u
R
R
R
E
E
b
a
1
1
1
1
1
)
(
4
3
4
1
2
1
1
1
?
?
?
?
?
?
?
?
?
=
=
=
=
=
=
=
=
2
2
1
2
2
2
1
,
,
,
,
,
LG
C
C
C
G
G
b
G
G
a
G
tG
EG
i
z
E
u
y
E
u
x
b
a
L
c
c
β
α
τ
[]
?
?
?
?
??
?
?
?
-
=
-
-
=
-
-
=
y
d
dz
z
y
x
d
dy
x
f
x
y
d
dx
β
τ
τ
α
τ
)
(
?
?
?
?
?
∈
-
=
∈
=
∈
-
=
-1
3
2
1
1
)
,0,
(
)0,0,0(
)
,0,
(
D
k
k
Q
D
Q
D
k
k
Q
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(3-7)
M 的特征方程为：
（3-8）
式中m=a ，?x ∈D 0；m=b ，?x ∈D 1 D 1-,E 为单位矩阵。
根据Routh-Hurwitz Crierion 判据，当下式满足时： (3-9) 在式（3-6）表示的三个区域中，M 的特征值都具有负的实部，此时，平衡点渐进稳定，电路不发生振荡。如果保证ab ＜0，Q 1、Q 3存在且位于对应的D 1 D 1-中，当a 、b 其中一个参数发生变化，平衡点的性质就会改变。当平衡点由稳定变成不稳定且在平衡点附近出现极限环时，即发生了Hopf 分岔，此时电路参数α、β、m 满足条件：
（3-1）
3.3 蔡氏电路的改进
考虑到电感元件通常由线圈和磁性材料制成，都带有一定的内阻而且不宜在电路中集成，设计电路时利用有良好性能的模拟电感代替真实电感，并且在电感支路中增加了RC 并联结构，通过改变R 或C 的大小，实现蔡氏电路中可调电阻更大范围的改变。实验证明，改进后的电路产生的混沌性能相当稳定，吸引子的包络线十分明显。将电路应用到简单的通信电路模型中，十分成功地完成了保密通信的原理证明。
蔡氏电路的原理图如图3-4所示，该混沌发生器由3部分组成：分段线性电阻R N ；L 和C 2并联振荡电路；可调电阻R 和C 1的移相电路。混沌电路的核心是由2只运放和6只电阻组成的分段线性电阻，其电路图如图3-5所示。
图3-4 蔡氏电路原理图
??????????--+-=001110)1(βααm M [])
1()()1(1)(23+++++++=-=m m m M E f βαλαβλαλλλ0)1(1)1(1>++++m m m αβαβα0)1(1
)1(1=++++m m m αβαβα
时分复用技术在混沌保密通信系统中的应用研究15
图3-5 两个非线性电阻原理图
在上述电路的基础上，利用模拟电感代替实物电感。实物电感通常存在较大的内阻，精度与性能难以保证，不符合该电路中的参数高精确匹配的要求，而模拟电感技术成熟，能很好地避免这一缺陷，且等效电感值通过调整电阻和电容容易实现较为精确的匹配。另外，实物电感体积很大，不宜集成，更重要的是实验表明利用模拟电感代替实物电感后，观察到的吸引子包络线很清晰，电路的性能很稳定。本文电路中非线性电阻部分采用图3-6所示的电路。
图3-6 非线性电阻原理图
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图3-7 改进后的蔡氏电路原理图
做了上述改进后的混沌发生电路如图3-7所示。电路的参数取值与原理图中一致。通过改变可调电阻的阻值，可获得的不同特征的相图和时域波形。实验表明，改进后的蔡氏电路在产生混沌信号和电路运行的稳定性能上都得到了很大的改善。测量出的混沌相图包络线清晰，波键和涡卷随着可调电阻的改变表现出明显的参数敏感性。从时域的波形分析表明，混沌信号的随机性具有白噪声的统计特性，这种性质为混沌保密通信提供了保证。
3.4 电路仿真
用EWB5.0平台进行蔡氏电路的仿真实验，按图3-1接线。其中蔡氏二级管的结构如图3-6所示，参数列于表3-1中。
光混沌保密通信系统仿真分析 全皓 摘要：本文介绍了混沌通信系统的相关理论知识，以及混沌同步系统的实现方法，并对驱动-响应式键波混沌同步系统进行了仿真。 关键词:混沌通信混沌同步保密通信 Optical chaotic secure communication system simulation QuanHao Abstract:This article describes the implementation of the relevant theoretical knowledge of the chaotic communication system, and synchronizing chaotic systems,and drive-in response to key wave chaos synchronization system simulation. Key words:Chaotic communication Chaos Synchronization Secure Communication 1 混沌保密通信介绍 (2) 1.1 混沌保密通信的基本思想 (2) 1.2 混沌保密通信发展及近况 (3) 1.3 混沌保密通信研究的意义 (5) 2激光混沌保密通信系统 (6) 2.1通信系统的定义 (6) 2.2混沌同步保密通信 (6)
2.2.1同步的定义 (6) 2.2.2 混沌同步的实现方法 (7) 驱动-响应同步法 (7) 主动-被动同步法 (9) 自适应同步法 (10) 变量反馈微扰同步法 (11) 2.2.3基于混沌系统收发端保持同步的通信技术 (12) 3驱动-响应式键波混沌同步系统仿真 (15) 4光混沌保密通信的前景 (17) 致谢 (18) 参考文献: (18) 1 混沌保密通信介绍 1.1 混沌保密通信的基本思想 采用混沌同步电路产生遮掩有用信息的加密信号。在接收端再产生同步混沌信号以恢复有用信息。与传统的通信系统一样，基于混沌的保密通信系统能否有效地、可靠地工作，很大程度上依赖于有无良好的同步系统。要实现保密通信，必须解决三个方面的问题：制造出鲁棒性强的同步信号；信号的调制和解调；信号的可靠传输。 绘制同步混沌保密通信系统的基本模型如下图1所示：
2011 年4月 JOURNAL OF CIRCUITS AND SYSTEMS April，2011 文章编号：1007-0249 (2011) 02-0019-04 基于实际信道的超混沌保密通信方案* 廖旎焕1，李秋菊2，高金峰3 （1. 华北水利水电学院电力学院，河南郑州 450010； 2. 华北水利水电学院电力学院，河南郑州 450010； 3. 郑州大学电气工程学院，河南郑州 450001） 摘要：针对宽频混沌调制信号在实际信道中传输时易失真的问题，提出一种基于实际信道的超混沌保密通信方案。该方案在接收端对混沌信号进行滤波并分解为两种信号：滤波信号和滤波后的补信号，滤波信号用来遮掩信息信号，滤波后的互补信号和调制信号求和后送入混沌发生器，保证混沌发生器不受滤波器的影响；接收端和发送端采用同样的结构，保证两个混沌发生器对称；而且滤波器的截止频率可以根据需要调节，以适应不同信道的需要。对该方案进行模拟仿真，并对仿真结果进行分析。 关键词：实际信道；保密通信；超混沌同步；滤波器 中图分类号：TN911 文献标识码：A 1 引言 随着各种混沌系统同步方案的提出，混沌同步在保密通信、扩频通信中的应用研究受到广泛的关注，并相继提出多种混沌通信方案，如混沌遮掩技术、混沌调制技术、混沌键控技术等[1~4]。目前所提出的各种混沌通信方案，大都是基于理想通信信道进行研究的，即假定混沌调制信号能通过信道无损耗地传输到接收端，然而实际信道都具有一定的带宽，宽频的混沌调制信号在实际信道中传输时会产生一定失真，比如幅度衰减、相位和非线性失真等。这种失真无疑对接收端和发送端的混沌系统的同步产生挑战。 文献[5]提出了一种双信道超混沌通信方法，该方法采用超混沌信号作为密钥，系统的保密性比较高，但使用双信道通信时信道的利用效率不高，而且该研究也是基于理想信道下进行的。文献[6]提出一种适用于实际信道的混沌保密通信方法，即信道平衡法。该方法在已知实际信道的数学模型的前提下，在接收端对接收到的调制信号进行信道平衡逆补偿，然后再与接收端的混沌进行同步。这种方法中发送端和接收端的混沌系统结构不对称，两个混沌系统同步的精确度下降，而且需要建立实际信道数学模型，增加了实现难度。本文在上述研究的基础上，对两种方法都进行改进，提出一种适用于实际信道的超混沌保密通信方案，该方案一方面采用超混沌信号作为遮掩信号提高系统的抗破译能力，另一方面对在信道中传输的调制信号进行处理使其不受实际信道的影响，同时还保证发送端和接收端两个混沌系统的完全对称性， 为两混沌系统快速准确同步提 供条件。而且滤波器的截止频 率可调，提高方法的通用性。 2 原理分析 混沌保密通信利用混沌信 号的类随机性来提高信息安 全，然而实际信道都具有一定 的带宽，而宽频的混沌调制信 * 收稿日期：2010-10-19 修订日期：2010-11-17 基金项目：国家自然科学基金（60970084）图1 基于实际信道超混沌保密通信系统的原理框图
通信0802 0830******** 霍娟 题目：光的时分复用 光的时分复用 在目前的光纤通信系统中，网络的各个节点要经过多次的光-电、电-光变换，而其 中的电子器件在适应高速、大容量的需求上存在诸多缺点，如带宽限制、时钟偏移、严 重串话、高功耗等，由此产生通信网中的“电子瓶颈”现象。 全光通信的特点 全光通信是指用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术。全光通信与传 统通信网络和现有的光纤通信系统相比，具有如下特点： 解决了“电子瓶颈”问题。在目前的光纤系统中，影响系统容量提高的关键因素是 电子器件速率的限制。如：电子交换速率大概为每秒几百兆位。采用CMOS技术及ECL技术的交换机系统可以达到G级速率，不久的将来，采用砷化镓技术可使速率达到几十个Gb/ s以上，但是电子交换的速率也似乎达到了极限。网络需要更高的速度则应采用光交换与光传输相结合的全光通信。 降低成本。在采用电子交换及光传输的体系中，光/电及电/光转换的接口是必需的 ，如果整个系统均采用光技术，就可以避免这些昂贵的光电转换器件。而且，在全光通 信中，大多采用无源光学器件，从而降低了功耗和成本。 光时分复用的基本原理 光时分复用（OTDM）是在同一光载波波长上，把时间分割成周期性的帧，每一个帧 再分割成若干个时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），然后根据一定的时隙分配原则 ，使每个ONU在每帧内只能按指定的时隙向上行信道发送信号，在满足定时和同步的条件下，光交换网络可以分别在各个时隙中接收到各ONU的信号而不混扰。其基本原理如图1 所示。 在发送侧，各ONU从光交换网络到ONU的下行信号中提取发送定时后，其工作波长为λ的锁模激光器产生一定宽度的连续脉冲串，经铌酸锂（LiNbO）调制器受到外加电信号 调制，形成n路载有信息的光脉冲，再分别经可变光延时线调整至合适的位置后，即调整到规定的时隙，在光功率分配器中复用成一路光脉冲信号，再经放大送入光纤中传输。 在接收端，首先实现全光解复用，即利用1×2光纤分路器取出部分光功率送入定时 提取锁相环，提取时钟同步信号，并用此信号激励可调谐锁模激光器产生光控脉冲，去 控制全光解复用器，实现光时分解复用，从而获得n路光脉冲信号。然后，送入时分光交换网络中进行交换。 光时分复用是光纤通信的未来发展方向，它具有以下特点： （1）提高了传输速率。由于各ONU是在不同时隙依次进入光功率分配器，并合成一路光信号，其信号按时间既紧凑又不重叠地排列着，与各ONU的输入信号相比，提高了传输速率。 （2）各ONU发射的信号是周期性的光脉冲信号，只在规定的时隙内发射光脉冲序列。（3）大大提高系统容量。光时分复用只利用一个光载波就可传送多路光脉冲信号，因此，可大幅度提高系统容量。另外，光时分复用还可同其他复用方式相结合，如与DWM相结合，即利用多个光载波来实现时分多路光脉冲信号的传送，可成倍地提高系统容量。（4）采用光时分复用技术比较容易实现信道的按需分配。 光时分复用的关键技术 为了在光纤通信系统中实现准确、有效、可靠的光时分复用通信，必须采用以下的 关键技术。
一、什么是计算机病毒？简单说明病毒的几种分类方法？计算机病毒的基本 特征是什么？ 答：（1）计算机病毒（Computer Virus）：是指编制或者在计算机程序中插入的破坏计算机功能或者破坏数据，影响计算机使用并且能够自我复制的一组计算机指令或者程序代码，具有破坏性，复制性和传染性。 （2）按计算机病毒破坏性产生的后果分类：a、良性病毒：指那些只是只占用CPU资源或干扰系统工作的计算机病毒；b、恶性病毒：指病毒制造者在主观上故意要对被感染的计算机实施破坏，这类病毒一旦发作，使系统处于瘫痪状态。 按计算机病毒的寄生方式分类：a、系统引导型病毒，也被称为操作系统型病毒，当系统引导时，病毒程序对外传播病毒，并在一定条件下发作，实施破坏。b、文件型病毒，也叫外壳型病毒，是将自身嵌入到系统可执行文件之中，运行可执行文件时，病毒程序获得对系统的控制权，再按同样的方式将病毒程序传染到其它执行的文件中。 按广义的计算机概念可以分为：a、蠕虫：是一种短小的程序，常驻于一台或多台机器中，并有重定位的能力。 b、逻辑炸弹：当满足某些触发条件时就会发作引起破坏的程序。 c、特洛伊木马：通常由远程计算机通过网络控制本地计算机的程序，为远程攻击提供服务。 d、陷门：由程序开发者有意安排。 e、细菌：可不断在系统上复制自己，以占据计算机系统存储器。 （3）计算机病毒的特征：a、隐蔽性，指它隐藏于计算机系统中，不容易被人发现的特性；b、传染性，指病毒将自身复制到其它程序或系统的特性；c、潜伏性，指病毒具有依附于其它介质而寄生的特性。d、可触发性，指只有达以设定条件，病毒才开始传染或者表现的特性。e、表现性或破坏性，表现性是指当病毒触发条件满足时，病毒在受感染的计算机上开始发作，表现基特定的行为，而这种行为如果是恶意的，以毁坏数据、干扰系统为目的，则这种表现性就是一种破坏性。 二、什么是对称密码算法？什么是非对称密码算法？二者各有什么优缺点？答：（1）对称密码算法：在对称密钥算法中，收信方和发信方使用相同的密钥，即加密密钥和解密密钥是相同或等价的。算法无需保密，只保密密钥，算法可通过低费用的芯片来实现，密钥可由发信方产生，然后再经过一个安全可靠的途径送至收信方，或由第三方产生后，安全可靠的分配给通信双方。如DES及其各种变形。密码体制分类，加密分两种方式：流密码和分组密码。流密码：明文信息按字符逐位加密。分组密码：将明文信息分组，按组进行加密。 （2）非对称密码算法：非对称密钥算法中，收信方和发信方使用的密钥互不相同，而且几乎不可能从加密密钥推导出解密密钥。每个用户都有一对选定的密钥，一个是可以公开的，像电话号码一样进行注册，一个则是秘密的，因此也叫公开密钥体制。主要特点是将加密和解密分开，可实现多个用户加密的消息只能由一个用户解读，或一个用户加密多个用户解读，前者可用于在公共网络中实现保密通信，后者可用于实现对用户的认证。如RSA算法、背包密码等。是现在密码学最重要的发明和进展，可以对信息的身份进行验证，。 （3）二者的优缺点： 对称密码算法：优点：加密算法比较简便、高效、密钥简短，破译极其困难，不
混沌在保密通信中的应用 The Application of Chaos In Secure Communication 【摘要】：通信的飞跃发展促使人们越来越追求信息的保密。混沌信号由于高度的初值敏感性、不可预测性和类似噪声的宽带功率谱密度等突出特征, 使得它具有天生的隐蔽性。本文就混沌掩盖、混沌参数调制、混沌扩频、混沌键控进行了初步介绍。 【关键字】：混沌保密通信混沌掩盖混沌参数调制混沌扩频混沌键控 1.引言 随着通信技术的发展，人们的生活方式日趋便利，从电报到电话，从电话到移动手机，从双绞线到同轴电缆，从电缆到光纤，从有线到无线，我们的通信世界实现着人们的种种通信需求。但是在通信方式越来越便利，种类也越来越多样的同时，人们一样追求通信的保密。这也就促进了密码技术的发展。然而, 现代计算机技术的发展, 也为破译密码提供了强大的武器。利用计算机网络, 非法访问银行数据库系统, 更改个人账户信息, 谋取经济利益; 盗取密码、篡改信息, 闯入政府或军事部门窃取机密等一系列高科技犯罪屡有报道。这与信息保密工作不力有一定关系, 也说明传统的保密技术还不够完善。 混沌保密通信新技术的兴起, 为信息保密开辟了一条崭新的道路。利用混沌信号的特征, 隐藏信息, 是密码学发展新方向之一, 也是混沌应用领域研究中的热点【1】。 2.混沌在通信领域的起源 混沌是确定性非线性电路或系统中物理量作无规则变化的现象。非线性电路是指至少含有一个不是独立电源的非线性元件的电路。确定性电路是指不存在随机现象的电路。一般地，混沌指确定性非线性系统中的无序现象，有些类似随机现象。混沌的一个特点是，变量的无规则变化对起始状态极其敏感，即：在某个起始条件下，变量作某种不规则变化;当起始条件稍为改变，稍长时间以后，变量的不规则变化和前一变化显著不同【2】。图1显示了在两个相差极小的起始条件下，洛伦兹方程中的一个状态变量随时间变化的曲线。 图 1 “混沌”作为科学词语一般认为是始于李天岩和约克(Yo rke) 的著名论文《周期3 蕴含混沌》【3】。在20世纪60年代，美国气象学家EN.Lorenz在研究大气时发现，当选取一定的参数时，一个由确定的三阶常微分方程组描述的大气对流模型变得不可预测了，这就是有趣的“蝴蝶效应”。在研究的过程中，Lorenz观察到了这个确定性系统的规则行为，同时也发现了同一系统出现的非周期无规则行为。通过长期反复地数值试验和理论思考，Lorenz揭示了该结果的真实意义，在耗散系统中首先发现了混沌运动。这为以后的混沌研究开辟了道路，并掀起了研究混沌的热潮【4】。1983 年，蔡少棠教授首次提出了蔡氏电路，它是迄今为止在
E1时分复用设备在组网中的应用 摘要：文章主要对时分多路复用器、交叉连接复用设备组成及功能做简单介绍，并对时分多路复用器及交叉连接复用设备在组网中的典型应用举例说明。 关键词：时分多路复用技术时分多路复用器交叉连接复用设备路由器时隙 一、E1信道时分多路复用技术 在我国,不论是准同步数字体系（PDH）还是同步数字体系（SDH），都是以2.048Mb/s（E1）为基础群，随着我国国家信息基础设施建设的发展，我国已经拥有了丰富的E1信道资源。随着各种通信业务的迅猛发展，对传输不同速率特别是高速数据的需求日益增多；同时，不同的网络用户又需要在同一条广域网络链路上同时传输数据、会议电视、语音、传真等业务。这些需求要求我们考虑一下因素：（1）具有节约现有通信资源的意识，提高E1信道的利用率；（2）采用先进的网络技术，使集数据、会议电视、语音、传真和远程局域网通信于一体的集成业务数据网，在相对廉价的广域网数据链路上实现；（3）在PCM传输电路上方便、经济地实现N×64kbps如768kbps、384kbps或128、64kbps等高速数据的传输；（4）在现有网络建设基础上，发展低速数据用户（多个低速数据用户共用一个64kbps时隙）时，使用高性能/价格比的专用设备，将节约大量资金。多业务时分多路复用技术（TDM）是您解决这类应用的解决方案。 在E1信道中，8bit组成一个时隙（TS），由32个时隙组成了一个帧（F）,16个帧组成一个复帧（MF）。在一个帧中，TS0主要用于传送帧定位信号（FAS）、CRC-4（循环冗余校验）和对端告警指示，TS16主要传送随路信令（CAS）、复帧定位信号和复帧对端告警指示，TS1至TS15和TS17至TS31共30个时隙传送话音或数据等信息。我们称TS1至TS15和TS17至TS31为“净荷”，TS0和TS16为“开销”。如果采用带外公共信道信令（CCS），TS16就失去了传送信令的用途，该时隙也可用来传送信息信号，这时帧结构的净荷为TS1至TS31，开销只有TS0了。 数据复用技术可分为三种：（1）N×64kbps高速数据的复用，对于常用的N×64kbps（CAS 时N=1至30；CCS时N=1至31），如64、128、192、256、384、512、768、1024kbps等的高速数据，可以使其占用E1电路中的N个时隙，很方便地复用到E1线路上去。（2）低速同步数据的复用，对于19.2kbps、9.6kbps、4.8kbps和2.4kbps同步数据，广泛采用 ITU X.50建议将它们复用到64kbps时隙上。为了与PCM时隙一致，采用（6+2）的包封格式，每一包封中含有1个帧比特、6个数据比特和1个状态比特，总共8比特（见图一）。可见，在这
信息安全技术课程作业 姓名：张楠 学号：09223055 班级：通信0901班 教师：毕红军
《保密系统的通信理论》读后感 1．学习这篇文章的收获。 这篇论文理解起来很不容易，我花费了很长的时间才把概论那一部分看完，由于缺乏必要的信息论方面的知识，有些名词的理解可能会有错误。这篇文章分三个部分分别介绍了保密系统的数学模型，理论保密的内容和实际保密的问题。至少我知道了密码理论和概率理论在保密系统中的大量应用。我也学会了一些概念比如什么是冗余度，什么事H （N），置换密码，唯一距离，条件信息量总平均值，“纯”的保密系统，“完美”的保密系统。 下面是我在这三个部分中所能理解的一些知识的总结。 密码术和保密系统的研究是通信理论一个很有趣味的应用.这篇论文在理论层面提出了保密系统的理论，试图补充处理标准文献中的密码方面的问题。这篇文章里面详细研究了许多典型密码编码和相应的破解方法。我们将更加关注保密系统的一般数学结构和性质。 这些处理方法限于某些情况。首先，有三种一般型的保密系统：（1）隐藏系统例如隐形墨水，把要传递的信息隐藏于一段与之毫无关系的文本中，或隐藏于假的起掩护作用的密码电文中等一系列手段使敌人发觉不到被隐藏了的信息的存在。（2）私密系统，例如在接收端用特殊设备将（隐藏）倒置的语言恢复。（3）名符其实的保密系统通过编码加密等方法使信息的含义隐形，虽然信息存在并没有被隐藏，而且敌人也可以使用任何设备中断并捕获传输的信号。我们只考虑第三种类型的系统——隐藏系统主要是心理学的问题而秘密系统主要是一个硬件技术上的问题。 其次，处理方法仅限于离散信息，信息被加密成一个由有限集中的离散字符组成的序列。这些字符可能是一种语言中的一些字母，一种语言中的一些文字，一个量化的声音或是视频信号的幅度等等。但是这里我们主要关注的是字母的情况。 这篇论文分为三部分.现在我们简要概括出主要结论。第一部分主要讨论了保密系统的基本数学结构。在通信理论中，我们通常情况下认为语言是一个按照某种可能的方法产生符号离散序列的随机过程。把和语言相关的一个参数D称为语言的冗余度。D在某种意义上反映了，一段文字在不丢失任何信息的情况下在长度上最多能够省略多少字符。比如说下面这个简单的例子，在英语单词中，u常常跟在q后面，u就可能被省略，原来的单词没有受到影响。由于英语这门语言有着特殊的统计结构如某个字母或单词的反复使用等，在英语中存在相当大可能的冗余。冗余在保密系统研究中扮演着非常重要的角
高速光时分复用系统的全光解复用技术 李利军,陈 明,范 戈 (上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室,上海 200030) 摘要:作为高速光信号处理应用的一个分支,全光解复用技术涉及到半导体非线性光学多方面的问题,是实现高速光时分复 用(OT DM )系统的关键技术之一。文章对现有的OT DM 系统的全光解复用技术进行了综述,较为详细地描述了两类主流技术的工作原理,对两者的优缺点做了剖析。介绍了潜在的基于更高速全光开关的解复用新技术,并探讨了全光解复用技术的演进思路。 关键词:光时分复用系统;全光开关;解复用中图分类号:T N914 文献标识码:A 文章编号:1005-8788(2005)06-0027-04 A survey of a ll -opti ca l de m ulti plex i n g techn i ques for h i gh speed O TDM syste m s L IL i 2jun,CHEN M i n g,FAN Ge (Nati onal Laborat ory on Local Fiber 2Op tic Communicati on Net w orks,Shanghai J iaot ong University,Shanghai 200030,China )Abstract:A s a branch app licati on of high s peed op tical signal p r ocessing .The all 2op tical de multi p lexing technol ogy relates t o many as 2pects of se m iconduct or non 2linear op tics and is one of the key technol ogies t o realize the high 2s peed op tical ti m e 2dividi on multi p lexing (OT DM )syste m.This paper gave a survey of current all 2op tical de multi p lexing technol ogies,the p rinci p les of operati on of t w o p re 2dom inant technol ogies have been described in detail,their advantages and disadvantages were analyzed .The potential demulti p lexing technol ogy based on higher 2s peed op tical s witch was als o intr oduced and the evoluti on r oute of all 2op tical de multi p lexing technol ogy dis 2cussed in this paper . Key words:op tical ti m e -divisi on multi p lexing (OT DM )syste m s;all -op tical gate;de multi p lexing 光时分复用(OT DM )技术是一种能有效克服电子电路带宽“瓶颈”、充分利用低损耗带宽资源的扩容方案。与波分复用(WDM )系统相比,OT DM 系统只需单个光源,光放大时不受放大器增益带宽的限制,传输过程中也不存在四波混频等非线性参量过程引起的串扰,且具有便于用户接入、易于与现行的同步数字系列(S DH )及异步传输模式(AT M )兼容等优点。在多媒体时代,超高速(速率高于100Gbit/s )的OT DM 技术对超高速全光网络的实现具有重要意义,其中涉及的关键技术包括:超短光脉冲的产生、时分复用、同步/时钟提取和解复用。解复用可以由光开关来实现。适用于时分复用光信号的光开关有:机械光开关、热光开关、喷墨气泡光开关、液晶光开关和声光开关等。但这些窗口宽度从几百个ns 到几十个m s 的光开关并不适合于线路速率在100Gbit/s 以上的高速OT DM 系统,这是因为这些光开关在操作过程中引入了电的控制信号。基于光学非线性效应(如:光Kerr 效应、四波混频(F WM )效应和交叉相位调制(XP M )效应)的全光开关是实现高速OT DM 信号解复用技术的关键器件。 1 基于相移型全光开关的解复用技术 相移型光开关是一类干涉型光开关,这类光开 关的平衡状态对应器件的闭合状态,而它的非平衡状态是在非线性介质中用控制脉冲对被分割成两路的信号光的其中一路的相位进行半波调制,使得这两路信号光在光开关输出端干涉耦合的耦合量为最大值,从而使光开关导通。 相移型全光开关中的非线性介质可以是光纤也可以是半导体材料。光纤在非线性响应速度方面具有明显的优势(<10fs ),而且不存在载流子密度起伏和增益饱和等问题;然而由于半导体材料在集成度(有效长度低于1mm )、偏振稳定性、非线性强度(高于前者4个数量级)等方面具有更加明显的优势,因而在全光开关中得到了广泛的重视。 基于相移型全光开关的解复用技术是非常多的。基于光Kerr 效应的解复用最早报道于1987年[1] ,随后的非线性光环路镜(NOLM )、太赫兹光非对称解复用器(T OAD )和马赫-曾德尔干涉仪(MZI )则是基于XP M 效应的光开关。 半导体光放大器(S OA )的非线性效应很复杂,除了亚皮秒级的双光子吸收(TP A )、谱烧孔(SHB )和载流子加热(CH )外,还有p s 级的带间载流子起伏(I nterband Carrier Dyna m ics ),各种非线性机制的恢复时间也相差很大。尽管提高有源区载流子密度和添加辅助光可以把载流子寿命控制在几十个p s 收稿日期:2004-12-21 作者简介:李利军(1976-),男,山西寿阳人,博士,主要从事高速光通信技术研究。 7 22005年 第6期(总第132期) 光通信研究 ST UDY ON OPTI CAL COMMUN I CATI O NS 2005 (Sum.No .132)
第1章语音保密通信的基本原理 1．1 前言 通信的安全问题，自古以来就一直是人类研究的热点问题之一，特别是在军事政治领域，形式多样且充满想象力的各种通信保密技术总是层出不穷，而且往往它们的成功与否都直接左右了当时的局势。 早在公元前440年，古希腊人Histaicus就将他最信任的奴仆的头发剪去，然后在头皮上刺上秘密信息，等到头发再长出来时，头皮上所刺的信息就变的不可见了，从而通过此法将秘密信息安全的送到了目的地。在古波斯有一个叫Demeratus的希腊人，他在传送波斯国王Xerxes将要入侵古希腊军事重镇斯巴达的消息时是这样做的：首先将一块用于书写的木片表面上的蜡削去（字本来是在蜡上的），并在木片上写下秘密信息，然后在木片上在覆盖一层蜡。这样木片看上去就像空白的一样，当时它不仅欺骗了海关人员，还差点儿欺骗了接受方。 这些应该是关于保密通信技术最早的记载了，虽然类似于此的通信方法一直到近代还在使用，但保密通信技术也虽着人类文明的进步而不断发展，在不同时代的科技背景下会有其相应的的保密通信术出现。因此，从飞鸽传书到微型胶片再到无线电报码，从藏头诗到Cardan栅格再到隐形墨水，保密通信术也已经走过了近千年的历史。而在人类社会步入信息时代之际，保密通信技术也有了新的发展。 1．2 保密通信的研究现状和应用前景 虽着计算机的出现，我们进入了一个全新的数字世界。与此同时，信息的表现形式也不再拘泥于前，而有了新的变化。在计算机中大量存储的都是被数字化后的信息，这其中既包括文本信息，又包括图像，声音等多媒体信息。信息被数字化后的优点是鲜而易见的，尤其是在通信领域，因为仅仅通过一张小小的磁盘或一根简单的电缆线，你就可以把所需转送的秘密信息带到你想去的任何地方，这在很大程
混沌保密通信的研究 [摘要]：文章简要讨论了基于混沌的保密通信的几种方法的特点及其发展状况，介绍了混沌保密通信的理论依据，对混沌保密通信走向实用化存在的关键问题进行了讨论。 [关键字]：混沌保密通信超混沌 混沌现象是非线性动力系统中一种确定的、类似随机的过程。由于混沌动力系统对初始条件的极端敏感性，而能产生大量的非周期、连续宽带频谱、似噪声且确定可再生的混沌信号，因而特别适用于保密通信领域。现在的混沌保密通信大致分为三大类：第一类是直接利用混沌进行保密通信；第二类是利用同步的混沌进行保密通信；第三类是混沌数字编码的异步通信。另外，由于混沌信号具有宽带、类噪声、难以预测的特点，并且对初始状态十分敏感，能产生性能良好的扩频序列，因而在混沌扩频通信领域中有着广阔的应用前景。 1、混沌保密通信的基本思想 要实现保密通信，必须解决以下三方面的问题。 （1）制造出鲁棒性强的同步信号；（2）信号的调制和解调；（3）信号的可靠传输。 同步混沌保密通信系统的基本模型如图所示：在发送端，驱动混沌电路产生2个混沌信号U和V，V用于加密明文信息M，得到密文C，混沌信号U可视作一个密钥，他和密文C一起被传送出去；在接收端，同步混沌电路利用接收到的驱动信号U，产生出混沌信号V’，再用信号V ’去解密收到的密文C，从而恢复消息M（见图）。
同步混沌保密通信系统的基本模型 2、混沌保密通信的理论依据 混沌保密通信作为保密通信的一个新的发展方向,向人们展示了诱人的应用前景。混沌信号的隐蔽性,不可预测性,高度复杂性,对初始条件的极端敏感性是混沌用于保密通信的重要的理论依据。 3、混沌保密通信的方法 按照目前国际国内水平，混沌保密通信分为模拟通信和数字通信。混沌模拟通信通常通过非线性电路系统来实现，对电路系统的设计制作精度要求较高，同步较难实现。混沌数字通信对电路元件要求不高，易于硬件实现，便于计算机处理，传输中信息损失少，通用性强，应用范围广，备受研究者的关注。由于混沌系统的内随机性、连续宽频谱和对初值的极端敏感等特点，使其特别适合用于保密通信,而混沌同步是混沌保密通信中的一个关键技术。目前各种混沌保密通信的方案可归结如下几种： 3.1混沌掩盖 混沌掩盖方案可传送模拟和数字信息，思想是以混沌同步为基础，把小的信号叠加在混沌信号上，利用混沌信号的伪随机特点，把信息信号隐藏在看似杂乱的混沌信号中，在接收端用一个同步的混沌信号解调出信号信息，以此达到保密。混沌掩盖直接把模拟信号发送出去，实现简单，但它严格依赖于发送端、接收端混沌系统的同步且信息信号的功率要远低于混沌掩盖信号的功率，否则，保密通信的安全性将大大降低。1993年，Cuomo和Oppenteim构造了基于Lorenze吸引子的混沌掩盖通信系统，完成了模拟电路实验。他们将两个响应子系统合成一个完整的响应系统，使其结构和驱动系统相同，在发送器混沌信号的驱动下，接收器能复制发送器的所有状态，达到两者的同步。1996年Mianovic V和Zaghlou M E在上述混沌掩盖方案的基础上提出了改进方案,Yu和Lookman 进一步完善了这一方案,对Lorenze系统的发送器引入合成信号的反馈,来实现接收器和发送器之间的更完满的同步，若发送器和接收器的初始状态不同,经过短暂的瞬态过程,就可以达到同步,模拟电路的实验研究表明,改进方案的信号恢复精度较高。考虑到高维混沌系统的保密性优于低维混沌系统,1996年，Lu Hongtao等提出了由单变量时延微分方程描述的无限维系统,该系统的动力学行为包括稳定平衡态、
时分复用和频分复用
时分复用频分复用 简介 数据通信系统或计算机网络系统中,传输媒体的带宽或容量往往超过 传输单一信号的需求,为了有效地利用通信线路,希望一个信道同时传输多路信号,这就是所谓的多路复用技术(MultiplexiI1g)。采用多路复用技术能把多个信号组合起来在一条物理信道上进行传输,在远距离传输时可大 大节省电缆的安装和维护费用。频分多路复用FDM (Frequency Division Multiplexing)和时分多路复用TDM (Time Di-vision MultiplexiIIg)是两种最常用的多路复用技术。 举个例最简单的例子： 从A地到B地 坐公交2块。打车要20块 为什么坐公交便宜呢 这里所讲的就是“多路复用”的原理。 频分复用 (FDM) 频分复用按频谱划分信道，多路基带信号被调制在不同的频谱上。因此它们在频谱上不会重叠，即在频率上正交，但在时间上是重叠的，可以同时在一个信道内传输。在频分复用系统中，发送端的各路信号m1(t)，m2(t)，…,mn(t)经各自的低通滤波器分别对各路载波f1(t)，f2(t)，…，fn(t)进行调制,再由各路带通滤波器滤出相应的边带（载波电话通常采用单边带调制），相加后便形成频分多路信号。在接收端，各路的带通滤波器将各路信号分开，并分别与各路的载波f1(t)，f2(t)，…，fn(t)相乘，实现相干解调,便可恢复各路信号,实现频分多路通信。为了构造大容量的频分复用设备，现代大容量载波系列的频谱是按模块结构由各种基础群组合而成。根据国际电报电话咨询委员会(CCITT)建议,基础群分为前群、基群、超群和主群。①前群，又称3路群。它由3个话路经变频后组成。各话路变频的载频分别为12，16，20千赫。取上边带，得到频谱为12～24千赫的前群信号。②基群,又称12路群。它由4个前群经变频后组成。各前群变频的载频分别为84，96，108，120千赫。取下边带，得到频谱为 60～108千赫的基群信号。基群也可由12个话路经一次变频后组成。③超群, 又称60路群。它由5个基群经变频后组成。各基群变频的载频分别为420，468，516，564，612千赫。取下边带,得到频谱为312～552千赫的超群信号。④主群，又称300路群。它由5个超群经变频后组成。各超群变频的载频分别为1364,1612,1860，2108，2356千赫。取下边带,得到频谱为812～2044千赫的主群信号。3个主群可组成 900路的超主群。4个超主群可组
06--涉密通信、计算机信息系统及办公自动化保密管理制度
涉密计算机信息系统、通信及办公自动化保密管理制度 1 主要内容与适用范围 本文规定了我公司涉密计算机信息系统、通信及办公自动化安全保密管理机构、职责、工作程序等内容。 本文适用于我公司区域内所有涉密计算机信息系统、通信及办公自动化的保密管理。 2 引用文件 《中华人民共和国保守国家秘密法》（1989年5月1日起施行） 《计算机信息系统保密管理暂行规定》（1998年2月26日起施行）《涉及国家秘密的通信、办公自动化和计算机信息系统审批暂行办法》（1998年10月27日起施行） 《计算机信息系统保密管理暂行规定》（1998年2月26日起施行） 《安徽省涉密移动存储介质保密管理暂行办法》（皖国保[2006]13号文件）《手机使用保密管理规定（试行）》（中保发[2005]29号文件） 《关于加强手机使用保密管理的通知》（中保发[2002]3号文件） 3 总则 3.1 本标准所称的涉密计算机信息系统是指由计算机及其配套的设备、设施（含 网络）构成的，按一定的应用目标和规则对信息进行采集、加工、存储、传输、检索、应用等处理的人机系统。 3.2 任何部门和个人不得危害涉密计算机信息系统的安全，不得利用涉密计算 机信息系统危害国家安全、泄露国家秘密。 3.3 计算机（含便携机，下同）和移动存储介质（U盘、移动硬盘、软盘、光盘， 下同）的安全管理，坚持“谁使用，谁负责”的原则。 3.4 连接互联网的计算机坚持“谁上网，谁负责”的原则，严禁在公共网络上 处理、存储和传输国家的秘密，做到“涉密事项不上网，上网事项不涉密”。 3.5 严禁使用非涉密计算机和非涉密存储介质处理、存储、传输国家秘密信息。 3.6 使用涉密计算机信息系统的各部门领导对本部门计算机信息系统的保密管 理负责，并落实各项管理办法，进行日常监督、检查，发现泄密事件及时汇报。
Time Division Multiplexing时分复用TDM技术 一、什么是T D M？ 时分复用技术把公共信道按时间分配给用户使用，是一种按时间区分信号的方法。时分复用时先将多个用户设备通过时分多路复用器连接到一个公共信道上，时分多路复用器给各个设备分配一段使用公共信道的时间，这段时间也称为时隙（Time Slot）。当轮到某个设备工作时，该设备就同公共信道接通，而其它设备就同公共信道暂时断开。设备使用时间过后，时分多路复用器将信道使用权交给下一个设备，依此类推一直轮流到最后一个设备，然后再重新开始。这样既保证了各路信号的传输，又能让它们互不干扰。使用时分复用信道的设备一般是低速设备，时分复用器将不间断的低速率数据在时间上压缩后变成间断的高速率数据，从而达到低速设备复用高速信道的目的。 二、T D M 应用 主要应用于数字通信系统，在数字通信系统中传输某路模拟信号的采样数据时，采用时分复用技术解决了由于采样信号在信道上占用时间的有限性（传输一个采样信号的时间仅占采样间隔的一部分）引起的信道与设备利用率低的问题。另外，时分复用技术也可以用在频分制下的某个子通道上。 三、T D M 分类 1、同步时分多路复用技术（STDM，Synchronization Time-Division Multiplexing） 用固定的时间片（Time Slot）分配方法，即将公共信道的传输时间按特定长度连续地划分成帧，再将帧划分成几个固定长度的时间片，然后把时间片以固定的方式分配给各个数据终端（每一路信号具有相同大小的时间片），通过时间片交织形成多路复用信号，从而把各低速数据终端信号复用成较高速率的数据信号。 特点：STDM的公共信道的速率必须是每一个子信道速率的总和，即每个用户的位周期必须是公共信道的位周期的N倍，N是用户数。 优点：时隙分配固定，便于调节控制，适于数字信息的传输 缺点：信道与设备利用率低（某路信号没有足够多的数据，它所对应的信道会出现空闲，而其他有大量数据要发送的繁忙的信道无法占用这个空闲的信道，由于没有足够多的时间片可利用而拖很长一段的时间） 应用：DDN网 DDN网络把数据通信技术、数字通信技术、光纤通信技术、数字交叉连接技术和计算机技术有机地结合在一起。通过发展，DDN应用范围从单纯提供端到端的数据通信扩大到能提供和支持多种通信业务，成为具有众多功能和应用的传输网络。我们要顺应发展潮流，积极追踪新技术的发展，扩大网络服务对象，搞好网络的建设管理，最大限度地发挥网络优势DIGITAL DATA NETWORK数字数据网。它是利用数字信道提供永久性连接电路，用来传输数据信号的数字传输网络。它是利用数字信道提供永久性连接电路，用来传输数据信号的数字传输网络。可提供速率为N*64KBPS（N=1、2、3….31）和N*2MBPS的国际、国内高速数据专线业务。可提供的数据业务接口：V.35、RS232、RS449、RS530、X.21、G.703、X.50等。 DDN专线接入向用户提供的是永久性的数字连接，沿途不进行复杂的软件处理，因此延时较短，避免了传统的分组网中传输协议复杂、传输时延长且不固定的缺点；DDN专线接入采用交叉连接装置，可根据用户需要，在约定的时间内接通所需带宽的线路，信道容量的分配和接续均在计算机控制下进行，具有极大的灵活性和可靠性，使用户可以开通各种信息业务，传输任何合适的信息，因此，DDN专线接入在多种接入方式中深受用户的青睐。它的主要作用是向用户提供永久性和半永久性连接的数字数据传输信道，既可用于计算机之
目录 第一章绪论 (1) 第二章设计原理 (2) 2.1 PCM编码原理 (2) 2.2 时分复用原理 (2) 第三章总体设计思路 (4) 3.1总体结构框图 (4) 3.2各单元电路设计 (4) 第四章软件仿真 (7) 4.1仿真软件 (7) 4.2两路信号 (7) 4.3编码以及时分复用子模块 (8) 4.4位同步模块 (11) 4.5帧同步模块 (12) 4.6时分解复用模块 (14) 4.7 PCM译码模块 (15) 4.8总系统仿真 (18) 第五章总结与体会 (19)
第一章绪论 随着现代通信技术的发展，为了提高通信系统信道的利用率，话音信号的传输往往采用多路复用通信的方式。这里所谓的多路复用通信方式通常是指：在一个信道上同时传输多个话音信号的技术，也称复用技术。复用技术有多种工作方式，例如频分复用，时分复用以及码分复用等。在本文中运用的是两路的时分复用技术。 时分复用（TDM：Time Division Multiplexing）的特点是，对任意特定的通话呼叫，为其分配一个固定速率的信道资源，且在整个通话区间专用。TDM把若干个不同通道（channel）的数据按照固定位置分配时隙（TimeSlot：8Bit数据）合在一定速率的通路上，这个通路称为一个基群。时分复用是建立在抽样定理基础上的。抽样定理使连续（模拟）的基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲所代替。这样，当抽样脉冲占据短时间时，在抽样脉冲之间就留有时间空隙，利用这个时间空隙便可以传输其他信号的抽样值。因此，这就有可能沿一条信道同时传送若干个基带信号。 当采用单片集成PCM 编解码器时（如本文采用TP3057），其时分复用方式是先将各路信号分别抽样、编码、再经时分复用分配器合路后送入信道，接收端先分路，然后各路分别解码和重建信号。PCM的32路标准的意思是整个系统共分为32个路时隙，其中30 个路时隙分别用来传送30 路话音信号，一个路时隙用来传送帧同步码，另一个路时隙用来传送信令码，即一个PCM30/32 系统。
本科实验报告 课程名称：光纤通信 实验项目：光纤通信网中的光时分复用技术实验实验地点： 专业班级： 学号： 学生姓名： ALXB 指导教师： 年月日
实验二光纤通信网中的光时分复用技术实验 一、实验目的 1、了解光纤接入网时分复用原理 2、掌握时分复用技术 二、实验仪器 1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台 2、20MHz双踪模拟示波器 1台 3、FC/PC-FC/PC单模光跳线 1根 4、连接导线 20根 三、实验原理 光时分复用（OTDM）是以光领域的超高速信号处理技术为基础，避免了高速电子器件和半导体激光器直接调制能力的限制，可实现数十Gbit/s乃至数百Gbit/s的高速传输。所谓时分复用是指将多个通道的数字信息（低速率）以时间分割的方式插入到同一个物理信道中。复用之后的数字信息成为高速率的数字流，数字流由帧组成。帧定义了信道上的时间区域，在这个区域内信号以一定的格式传送。时分复用必须采取同步技术来使远距离的接收端能够识别和恢复这种帧结构。例如发送端在每帧开始的时候发送一个特殊的码组，而接收端利用检测这个特征码组来进行帧定位。特征码组（或称帧定位码组）按一定的周期重复出现。每一帧又包含若干个时间区域，叫做时隙TS，每个时隙在通信时严格地分配给一个信道，即每个信道的数字信息是严格相等且时间上保持严格的同步关系。 光时分复用（OTDM）可分为比特间插和分组间插。比特间插TDM帧中每个时隙对应一个待复用的支路信息（一个比特），同时有一个帧脉冲信息，形成高速TDM信号，主要用于电路交换业务。分组间插TDM帧中每个时隙对应一个待复用支路的分组信息（若干个比特区），帧脉冲作为不同分组的界限，主要用于分组交换业务。 本实验将两路不同的模拟信号分别经两个独立的PCM编码电路进行PCM编码，在编码的过程中使这两个编码电路采用不同的编码时隙，然后将这两路PCM信号进行同步复接，即时分复用，再将此信号接入到光发端机数字驱动电路的输入端，经光纤传输后送到PCM译码电路，用各自相应的编码时隙将它们分别恢复为原模拟信号。实验框图如图1所示。