一种基于FPGA实现的混沌通信系统研究

摘要

混沌信号是一种由非线性确定系统产生的非周期有界信号,具有对初始值极其敏感的特性,且在时域中显示出类似噪声的特点,而在频域里表现出宽带的特征,混沌信号的这些特征使得它在通信领域中具有广阔的应用前景。自从混沌系统的自同步现象发现以来,国内外学术界对混沌通信的研究出现了一个高潮,并提出了多种基于混沌的通信系统,混沌通信是21世纪最有发展前景和极富挑战性的高新科技领域之一。 目前已经提出多种混沌键控通信系统,一般都是基于matlab软件的仿真,对这些系统的硬件实现研究较少,用嵌入式硬件实现混沌通信系统是混沌通信系统进入实用的关键一环。现场可编程逻辑门阵列是近十几年发展起来的一种新技术,具有高集成度、现场可重构、模块化设计和IP(intellectual property)核复用等优点,在通信领域的应用日益广泛。 本文重点研究一种混沌键控通信系统的硬件实现。首先,论文概述了混沌键控通信的研究背景,并结合国内外混沌键控通信研究领域的发展状况,简单介绍了混沌键控通信历史、发展、技术难点及其面临的挑战。同时简单介绍FPGA(Field Programmable Gate Array)技术的发展过程、特点和应用领域,相对传统处理器的优点和发展趋势。然后详细地介绍了目前混沌键控通信相关知识包括各种调制与解调方法,并对每种类型都给出详细的流程图加以说明其存在的优缺点；详细介绍了FPGA的原理、设计流程和几种设计软件的设计流程,帮助我们更好的进行系统设计和硬件开发。 论文接着研究了几种常见的混沌系统的硬件设计方法,先给出几种不同混沌系统的设计过程,以及硬件仿真结果,最后总结出混沌系统硬件设计的一般方法,对其它混沌系统的设计具有很好的指导作用。最后研究了一个正交的混沌键控通信方案的硬件设计,详细介绍系统设计的流程和架构思想,结合工程实际进行一些简化和折中。在完成设计后,进行了硬件方面的仿真,仿真结果证明其性能和理论完全一致,满足设计要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1混沌通信

1.1.1混沌通信历史回顾

1.1.2混沌通信的分类

1.1.3混沌通信的研究进展

1.1.4混沌通信存在问题

1.2 FPGA技术

1.2.1可编程器件的发展回顾

1.2.2 FPGA的应用领域

1.2.3 FPGA的发展趋势

1.3本研究课题的来源以及本论文的各个章节安排

第二章 混沌键控通信

2.1引言

2.2混沌键控数字通信系统

2.2.1 CSK混沌数字通信系统

2.2.2 COOK混沌数字通信系统

2.2.3 DCSK混沌数字通信系统

2.2.4 FM-DCSK混沌数字通信系统

2.2.5 CDSK混沌数字通信系统

2.2.6 SCSK混沌数字通信系统

2.2.7 QCSK混沌数字通信系统

2.3混沌通信系统原理

2.3.1混沌正交载波信号产生

2.3.2通信过程

2.4本章小结

第三章 FPGA与相关设计软件

3.1 FPGA

3.1.1 FPGA结构与原理

3.1.2 FPGA的分类

3.1.3 FPGA设计流程

3.1.4 FPGA配置与编程

3.2相关开发软件

3.2.1 DSP Builder开发软件

3.2.2 Modelsim仿真软件

3.2.3 QuartusⅡ开发软件

3.3本章小结

第四章 混沌系统的实现

4.1引言

4.2三阶蔡氏电路设计

4.3七阶蔡氏电路的设计

4.4 Lorenz电路的设计

4.5 Logistic电路的设计

4.6 Henon电路的设计

4.7混沌电路设计的一般方法

4.8本章小结

第五章 混沌通信系统的实现

5.1通信系统设计

5.1.1系统时钟的分频

5.1.2载波信号的产生

5.1.3发送调制设计

5.1.4接收解调设计

5.2 Simulink的功能时序仿真

5.3 modelsim的RTL级仿真

5.4资源占用和时序约束分析

5.5本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间完成的学术论文

致 谢