探討基于混沌序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真研究.doc

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1、探討基于混沌序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的仿真研究1引言擴(kuò)頻通信，即擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)（SpreadSpectnimCommunication）,它與光纖通信、一衛(wèi)星通信一同被譽(yù)為進(jìn)入信息時(shí)代的三大高新技術(shù)通信傳輸方式[1].到目前為止，擴(kuò)頻通信已經(jīng)成為比較成熟的一門技術(shù)，在個(gè)人通信方血，它具有特殊的優(yōu)點(diǎn)。擴(kuò)頻通信的基木原理是將待傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)用高速偽隨機(jī)編碼調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸，接收端則采用同步的碼序列進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理，以恢復(fù)原始數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻通信的關(guān)鍵在于有同步的偽隨機(jī)碼，因此偽隨機(jī)碼的選擇就成為一個(gè)影響擴(kuò)頻系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。擴(kuò)頻通信有

2、直接序列擴(kuò)頻、跳頻擴(kuò)頻、跳時(shí)擴(kuò)頻等兒種方式[2].擴(kuò)頻通信系統(tǒng)屮常采用的m序列和Gold序列，它們祁有著較好的白相關(guān)特性，但其互相關(guān)函數(shù)存在大量的尖峰脈沖，這種現(xiàn)彖特別是在多徑效應(yīng)的情況下對擴(kuò)頻通信十分不利。另外序列的數(shù)最有限,特別是m序列，Gold序列是通過m序列優(yōu)選對生成的，其可用序列的數(shù)量也是有限的。同時(shí)它們都有安全性問題，只需知道序列的2n個(gè)比特（n為寄存器級(jí)數(shù)）的碼元就很容易破譯，這就影響到了擴(kuò)頻通信的安全?？梢姅U(kuò)頻技術(shù)主要受傳統(tǒng)的PN碼的相關(guān)特性以及PN地址碼個(gè)數(shù)的限制，且其抗截獲能力比較差，這對于采用擴(kuò)頻技術(shù)的CDMA系統(tǒng)都是

3、十分不利的?；煦鐢U(kuò)頻通信使用混沌序列代替擴(kuò)頻通信的PN碼，混沌序列的研究為選擇擴(kuò)頻碼開辟了新的途徑?；煦缡怯纱_定性方稈產(chǎn)生的，只要方稈參數(shù)和初值確泄就可以重現(xiàn)混沌現(xiàn)象,而且由于它對初值極端敏感，所以混沌過程既非周期又不收斂⑶.從理論上，混沌序列是非周期序列，具有逼近于高斯H噪聲的統(tǒng)計(jì)特性，并且混沌序列數(shù)H眾多，更適合應(yīng)用于擴(kuò)頻通信屮作為擴(kuò)頻序列碼。混沌系統(tǒng)有著對初始條件特別敏感的特點(diǎn)，對于一個(gè)確定的混沌系統(tǒng)，兩個(gè)非常接近的初始條件（或參數(shù)）經(jīng)過長時(shí)間發(fā)展示，可以輸出完全不相關(guān)的結(jié)果。這樣就可以很方便的產(chǎn)生出大量的不相關(guān)的混沌序列，只需通過簡

4、單的改變初始值。同時(shí),這些混沌序列具有良好的相關(guān)特性，從有限長序列中不可能導(dǎo)出系統(tǒng)的初始條件，從而可達(dá)到保密通信的H的，這些特點(diǎn)使得混沌系統(tǒng)很適合于產(chǎn)生擴(kuò)頻通信屮系統(tǒng)性能優(yōu)良的擴(kuò)頻序列。由此，木文用混沌序列作為擴(kuò)頻序列進(jìn)行了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的Simulink建模仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法的正確性，先進(jìn)性。2混沌擴(kuò)頻的基木原理2」混沌擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的框圖設(shè)計(jì)該擴(kuò)頻系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示，它按功能主要可以分為5個(gè)部分：混沌序列產(chǎn)生部分、擴(kuò)頻調(diào)制部分、信道部分、解擴(kuò)部分和誤碼比較部分。信號(hào)在系統(tǒng)的處理過穆為:（1）先由信源端隨機(jī)生成準(zhǔn)備傳送的有用信號(hào)

5、，有用信號(hào)經(jīng)過信息調(diào)制形成數(shù)字信號(hào)。（2）然后由混沌序列生成模塊產(chǎn)生混沌序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)的頻譜，將擴(kuò)展頻譜的寬帶信號(hào)經(jīng)信道傳送，疊加上信道噪聲。（3）經(jīng)過信道傳送以后，由木地產(chǎn)生的與發(fā)送端相同的混沌序列去完成相關(guān)檢測，即將收到的寬頻信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)。（4）經(jīng)過解擴(kuò)的信號(hào)再經(jīng)過信息解調(diào)，恢復(fù)出發(fā)送的信號(hào)。將恢復(fù)出的信號(hào)與發(fā)送端的原始信號(hào)同時(shí)送入誤碼比較器進(jìn)行比較，計(jì)算出系統(tǒng)的誤碼率。2.2混沌序列性質(zhì)分析1=1前應(yīng)用于產(chǎn)生擴(kuò)頻偽隨機(jī)序列碼的混沌映射主要有：Logistic映射、改進(jìn)型Logistic映射、Chebyshev映射和Ten

6、t映射。這幾種混沌映射都屬于離散時(shí)間混沌系統(tǒng)，是目前研究較為集屮的幾種映射。木文屮選用Logistic映射動(dòng)力方程[4].它具有很好的自相關(guān)性和互相關(guān)抑制性。其動(dòng)力方程定義為:xn1μxn（1xn）+=?,nx∈（0,1）其中，稱為μ為分枝參數(shù)，根據(jù)μ值的不同，序列呈現(xiàn)周期性或混沌性。當(dāng)≤3.57,kx是周期為2m的周期函數(shù),當(dāng)且3.57<μ≤4時(shí)，序列為非周期不收斂的,Logistic映射王作于混沌態(tài)。由兩個(gè)不同初始態(tài)的0x，在上式映射的作用下所產(chǎn)生的兩個(gè)序列是非周期的、不收斂的、不相關(guān)

7、的，并對初始值非常敏感。對于保密通信而言，既要求對初值的敏感性又要求信號(hào)的隨機(jī)性，敏感性越強(qiáng)同時(shí)隨機(jī)性越好，則保密性越強(qiáng)。這些特性可rti概率統(tǒng)計(jì)特性均值、自相關(guān)和互相關(guān)性來定最描述。當(dāng)混沌序列無限長時(shí)，Logistic序列的H相關(guān)特性和白噪聲是一致的。Logistic序列越長，互相關(guān)性越好。在碼分多址系統(tǒng)屮，報(bào)主要的干擾是多址干擾，衡量抗多址干擾能力的主要指標(biāo)主要是碼間互相關(guān)性的大小。利用概率密度函數(shù)，可以計(jì)算得到所關(guān)心的一些統(tǒng)計(jì)特性p（x）關(guān)于偶對稱，自相關(guān)函數(shù)近似為δ函數(shù)，互相關(guān)為零。其概率統(tǒng)計(jì)特性與白噪聲一致，適合于在保

8、密通信屮的應(yīng)用。2.3混沌序列與PN序列的比較