微波混沌电路及其在通信中的应用

论文摘要

本学位论文以混沌在通信中的应用为背景,主要研究工作在微波频段的混沌电路的设计与实现,混沌电路中的同步问题以及混沌电路在通信中的应用。 为了使得混沌电路工作在微波频段以提高所产生的混沌信号的带宽,本文尝试了两种方案。第一种方案针对传统蔡氏电路基于运放的负阻子电路速度不高的缺点,使用高速微波器件隧道二极管替代传统蔡氏电路中的负阻子电路。这一方案的工作主要集中在对隧道二极管蔡氏电路产生混沌机理的分析和仿真研究上。第二种方案是使用Colpitts电路产生微波混沌振荡信号。论文在对Colpitts电路数学模型分析的基础上,给出了在预设定频谱分布条件下主要电路元件参数的选择方法,并进行电路级的仿真验证。在此基础上,论文使用宽带三极管BFG520XR和BFG425W对工作在微波频段的混沌Colpitts电路进行实验研究,实现了最高基本频率约为1.6GHz的微波混沌振荡器,并对该振荡器进行模块化,研究工作已与国际先进水平同步。因为电路的实验研究在Colpitts电路上获得了成功,所以对于混沌同步和通信的研究重点也主要针对Colpitts电路进行。 对混沌Colpitts电路的同步研究是本文的第二部分工作。对于单对Colpitts电路的同步,论文根据一个全局同步准则导出了使用误差反馈同步方法进行同步时耦合参数需要满足的条件,比较了误差反馈同步方法和PC同步方法应用于Colpitts电路时的同步性能,研究了驱动与响应部分存在参数失配、信道失真等非理想情况下,使用自适应控制器提高电路同步性能的自适应同步方法。此外,论文还研究了Colpitts电路的对偶同步以及Colpitts电路和蔡氏电路的混合对偶同步,通过仿真首次发现两对异结构混沌电路(Colpitts电路和蔡氏电路)也能获得对偶同步。 论文的第三部分工作是研究基于Colpitts电路对偶同步的混沌通信系统。在对已有的三信道对偶同步混沌通信系统进行分析的基础上,论文提出了一种单信道对偶混沌通信方案。该方案节省了宝贵的信道资源,并能够提高不同层面上的安全性。通过仿真论文给出了该通信方案的误码率性能。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 微波混沌电路
• 1.2.2 混沌系统的同步研究
• 1.2.3 混沌通信
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 基于隧道二极管的蔡氏电路设计
• 2.1 引言
• 2.2 隧道二极管蔡氏电路混沌分叉图
• 2.2.1 电路结构
• 2.2.2 电路状态方程
• 2.2.3 混沌分叉图
• 2.3 交流耦合隧道二极管蔡氏电路
• 2.4 交流耦合隧道二极管蔡氏电路混沌机理分析
• 2.4.1 等效电路模型和系统状态方程
• 2.4.2 自治仿射系统回顾
• 2.4.3 交流耦合隧道二极管蔡氏电路分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 微波混沌COLPITTS电路设计与实现
• 3.1 引言
• 3.2 混沌Colpitts电路参数选择方法
• 3.2.1 电路模型及归一化方程
• 3.2.2 电路物理参数表达式
• 3.2.3 表达式的电路仿真验证及讨论
• 3.3 微波Colpitts电路实验和仿真研究
• 3.3.1 混沌Colpitts电路设计与实现回顾
• 3.3.2 基于BFG520XR的微波Colpitts电路
• 3.3.3 基于BFG520XR的改进型Colpitts电路
• 3.3.4 基于BFG425W的1.6GHz Colpitts电路
• 3.3.5 基于BFG425W的3.5GHz Colpitts电路
• 3.3.6 电路的模块化设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 混沌COLPITTS电路的同步
• 4.1 引言
• 4.2 混沌Colpitts电路误差反馈同步
• 4.2.1 全局混沌同步准则
• 4.2.2 混沌Colpitts电路同步的耦合参数要求
• 4.2.3 电路仿真验证
• 4.3 PC同步和误差反馈同步的性能比较
• 4.3.1 两种同步方案
• 4.3.2 数学分析
• 4.3.3 仿真分析
• 4.4 参数失配时混沌Colpitts电路的自适应同步
• 4.4.1 自适应同步的系统结构
• 4.4.2 三个电路参数对同步性能影响的比较
• 4.4.3 非时变参数失配的补偿
• 4.4.4 时变参数失配的补偿
• 4.4.5 本节小结
• 4.5 存在信道衰变时Colpitts电路的自适应同步
• 4.5.1 状态方程和自适应控制器
• 4.5.2 非时变信道衰变的补偿
• 4.5.3 时变信道衰变的补偿
• 4.5.4 本节小结
• 4.6 混沌Colpitts电路的对偶同步
• 4.6.1 混沌电路的对偶同步
• 4.6.2 “差分式”混沌Colpitts电路的对偶同步
• 4.6.3 “联合误差式”混沌Colpitts电路的对偶同步
• 4.7 蔡氏电路和Colpitts电路的混合对偶同步
• 4.7.1 混合对偶同步的结构
• 4.7.2 仿真结果
• 4.7.3 讨论
• 4.8 本章小结
• 第五章 基于对偶同步的混沌通信系统
• 5.1 引言
• 5.2 基于“差分式”对偶同步的三信道混沌通信
• 5.3 基于“联合误差式”对偶同步的三信道混沌通信
• 5.4 一种新的基于对偶同步的单信道通信系统
• 5.4.1 单信道通信系统结构
• 5.4.2 系统各部分数学模型
• 5.4.3 系统中的信号流形式
• 5.4.4 AWGN信道下的通信性能
• 5.4.5 讨论
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 本文的主要工作和主要结论
• 6.2 未来研究工作设想
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间的研究成果
• 学术论文
• 发明专利