擴頻編碼M序列和gold序列.doc

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1、M序列由n級移位寄存器所能產(chǎn)生的周期最長的序列。這種序列必須由非線性移位寄存器產(chǎn)生,并且周期為2n（n為移位寄存器的級數(shù)）。例如，考察圖中a的非線性反饋移位寄存器,其狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系如表：狀態(tài)(ak-3，ak-2，ak-1)的接續(xù)狀態(tài)是(ak-2,ak-1，ak)，其中ak＝ak-3嘰ak-1嘰1嘰ak-2ak-1是一種非線性邏輯。從任一狀態(tài)出發(fā)，例如從(000)出發(fā),其接續(xù)狀態(tài)恰好構(gòu)成一個完全循環(huán)(圖b)，由此產(chǎn)生一個周期為23＝8的3級序列。M序列最早是用抽象的數(shù)學(xué)方法構(gòu)造的。它出現(xiàn)于組合數(shù)學(xué)的一些數(shù)學(xué)游戲中，例如L.

2、歐拉關(guān)于哥尼斯堡的七橋問題等。后來發(fā)現(xiàn)這種序列具有某些良好的偽隨機特性。例如,M序列在一個周期中，0與1的個數(shù)各占一半。同時,同樣長度的0游程與1游程也各占一半。所有這些性質(zhì)在數(shù)據(jù)通信、自動控制、光學(xué)技術(shù)和密碼學(xué)諸領(lǐng)域中均有重要應(yīng)用。隱蔽通信內(nèi)容的通信方式。為了使非法的截收者不能理解通信內(nèi)容的含義，信息在傳輸前必須先進行各種形式的變化，成為加密信息，在收信端進行相應(yīng)的逆變化以恢復(fù)原信息。電報通信、電話通信、圖像通信和數(shù)據(jù)通信,都有相應(yīng)的保密技術(shù)問題。另一方面,為了從保密通信中獲得軍事、政治、經(jīng)濟、技術(shù)等機密信息，破譯技

3、術(shù)也在發(fā)展。保密技術(shù)和破譯技術(shù)是在相互對立中發(fā)展起來的。1881年世界上出現(xiàn)了第一個電話保密專利。電話保密開始是采用模擬保密或置亂的方法，即把話音的頻譜或時間分段打亂。置亂后的信號仍保持連續(xù)變化的性質(zhì)。在第二次世界大戰(zhàn)期間，頻域和時域的置亂器在技術(shù)上已基本成熟。70年代以來，由于采用集成電路，電話保密通信得到進一步完善。但置亂器仍是有線載波和短波單邊帶電話保密通信的主要手段。模擬保密還可以采用加噪聲掩蓋、人工混響或逆向混響等方法，但因恢復(fù)后話音的質(zhì)量大幅度下降或保密效果差，這些方法沒有得到推廣應(yīng)用。數(shù)字保密是由文字密碼

4、發(fā)展起來的。數(shù)字信號（包括由模擬信號轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號），由相同速率的密碼序列加密，成為數(shù)字保密信號；保密信號傳輸?shù)绞招哦撕笥赏幻艽a序列去密，恢復(fù)原數(shù)字信號。隨著集成電路的發(fā)展，數(shù)字保密通信已成為保密通信的主要發(fā)展方向。話音、圖像等模擬信號都可以用數(shù)字保密方式。一般來說，數(shù)字破譯要比模擬破譯困難得多。數(shù)字保密的主要限制是傳輸數(shù)字信號所需帶寬要比傳輸模擬信號的帶寬大好多倍。模擬保密通信話音信號置亂后的帶寬基本保持不變，這是模擬保密通信的一個特點。但是，置亂后恢復(fù)的話音質(zhì)量有所下降。置亂的過程越復(fù)雜，則話音質(zhì)量下降的程度越

5、大。倒頻用倒頻器（圖1）把話音頻譜顛倒過來，使高頻變?yōu)榈皖l,低頻變?yōu)楦哳l,這是最簡單的一種頻域置亂方法。頻域置亂器的基本電路是平衡調(diào)制器和帶通濾波器。平衡調(diào)制器可以搬移和倒置頻譜，而濾波器可以濾取所需要的頻譜成分。輸入的話音信號經(jīng)過平衡調(diào)制器后輸出上、下兩個邊帶。適當(dāng)?shù)剡x擇平衡調(diào)制器的載波頻率，可以使下邊帶的頻譜恰好是話音頻譜的倒置。然后用低通濾波器濾出所需要的倒頻信號。頻段置亂用濾波器將話音信號分成若干個頻段，打亂這些頻段的相互位置和顛倒其中一部分頻段圖2是話音頻段置亂前后的頻譜圖，在分為5個頻段的情況下共有5!×2

6、5(=3840)個不同的頻段排列，但其中只有很少的一部分能有效地掩蓋話音。頻段置亂的最大弱點是話音平均能量的40％集中在400～800赫的頻帶內(nèi)。只要通過簡單的頻譜分析而找到最低頻段的位置，就不難破譯出保密話音。為了提高破譯的難度，現(xiàn)代的頻段置亂器一般都通過序列密碼的控制，不斷改變頻段置亂的排列，這就要求收信端作同步的改變，以恢復(fù)原來話音的頻譜。時段置亂在時間上把話音信號分段，若干個時段組成一幀,然后打亂一幀內(nèi)時段的先后次序。從圖3可以看出，發(fā)信端要在存滿一幀話音信號后才能按置亂的次序輸出保密話音；而收信端則要在存滿一

7、幀置亂信號后才能按原來的次序恢復(fù)話音信號。這樣，從置亂到復(fù)原的過程共有兩幀的時延。因此一幀的時延不宜太長，否則時延將影響正常的通信。但是，一幀的時延也不宜短于一個話音音節(jié)，因為在同一音節(jié)內(nèi)的時段置亂不能有效地掩蓋話音。通常，時段置亂器的一幀由8～16個時段組成,時段長為20～60毫秒，一幀的時間在300～600毫秒之間。一個8段的時段置亂共有8!(=40320)個不同的時段排列,但其中只有很小一部分能有效掩蓋話音。早期的時段置亂器采用多磁頭的磁帶或鋼絲錄音機。這種機械裝置在實現(xiàn)收、發(fā)雙方同步上有很大困難，因而在相當(dāng)長的

8、一段時間內(nèi)，時段置亂器很少應(yīng)用。由于集成電路的發(fā)展,新的時段置亂器采用了模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)，把話音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，存儲在移位寄存器內(nèi),然后按置亂的次序分段讀出，再經(jīng)過數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換，成為時段置亂信號。時段置亂器一般都采用偽隨機序列密碼來逐幀改變置亂的時段次序，以達到較高的保密效果。二維置亂話音信號在頻域和時域同時置亂。頻段、時