混沌序列在擴(kuò)頻通信中的應(yīng)用

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1、擴(kuò)頻通信系統(tǒng)課程論文《混沌序列在擴(kuò)頻通信中的應(yīng)用》姓名：高雅學(xué)號(hào)：1101120024班號(hào)：011101摘要本文首先介紹了混沌序列的研究現(xiàn)狀及其優(yōu)點(diǎn)和性質(zhì)，然后在現(xiàn)有的從實(shí)值序列產(chǎn)生二進(jìn)制混沌擴(kuò)頻序列的方法的基礎(chǔ)上，提出了一種新的基于m序列置亂的中間多比特量化方案。最后給出了混沌數(shù)字序列在擴(kuò)頻通信中的理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，論證了混沌序列做為擴(kuò)頻通信中的偽隨機(jī)序列的可行性。一擴(kuò)頻序列的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.1擴(kuò)頻通信中現(xiàn)用的偽隨機(jī)序列現(xiàn)有的CDMA系統(tǒng)使用了兩種偽隨機(jī)碼，即短碼和長(zhǎng)碼。在W-CDMA方案中，短碼是長(zhǎng)度為的周期序列。在CDMA2000方案中，短碼是長(zhǎng)度為的周期序列。在CDMA系

2、統(tǒng)的前向信道(從基站指向手機(jī)方向)中，短碼用于對(duì)前向信道進(jìn)行調(diào)制，使前向信道帶上本基站的標(biāo)記，不同的基站使用不同相位的短碼，從而互相區(qū)別開(kāi)來(lái)。在反向信道中(從手機(jī)指向基站方向)，短碼用于對(duì)反向業(yè)務(wù)信道進(jìn)行調(diào)制，作用與短碼在前向信道中相同。在W-CDMA方案中，長(zhǎng)碼是長(zhǎng)度為的周期序列。在CDMA2000方案中，長(zhǎng)碼是長(zhǎng)度為的周期序列。在CDMA系統(tǒng)的前向信道中，長(zhǎng)碼用于對(duì)業(yè)務(wù)信道進(jìn)行擾碼(作用類(lèi)似于加密)。在反向信道中，長(zhǎng)碼直接用來(lái)擴(kuò)頻，用于區(qū)分不同的接入手機(jī)。除了長(zhǎng)碼、短碼，CDMA系統(tǒng)中還使用64位長(zhǎng)沃爾什碼(WalshCode)。沃爾什碼具有很好的正交性，用它可以區(qū)分不同的前向信道。

3、傳統(tǒng)的偽隨機(jī)碼主要有m／M序列、Gold序列、walsh函數(shù)正交碼、RS(Reed．Solomon)碼、L序列、TP序列和H序列等。目前的CDMA系統(tǒng)主要采用M序列作為地址碼，利用它的不同相位來(lái)區(qū)分不同用戶。1.2混沌擴(kuò)頻序列混沌理論的提出，是近二十年興起的又一次科學(xué)革命。它與相對(duì)論，量子力學(xué)同被列為二十世紀(jì)的最偉大發(fā)現(xiàn)和科學(xué)傳世之作。近些年來(lái)，混沌序列的研究為擴(kuò)頻序列的選擇開(kāi)辟了新的途徑。國(guó)內(nèi)外的專(zhuān)家學(xué)者提出了很多方法來(lái)產(chǎn)生性能優(yōu)異的混沌擴(kuò)頻序列，尤其是采用映射關(guān)系來(lái)產(chǎn)生的混沌擴(kuò)頻序列，以其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)而倍受學(xué)者們的青睞?；诨煦鐢U(kuò)頻通信研究在國(guó)內(nèi)已經(jīng)取得了一定的成果，但和國(guó)外相比，

4、國(guó)內(nèi)對(duì)于混沌學(xué)研究起步較晚，尤其是與美國(guó)相比，國(guó)內(nèi)的研究還有一定距離。目前，混沌通信理論的研究已經(jīng)逐步擺脫了起步階段基于理想化條件的理式，而開(kāi)始更多地將混沌通信系統(tǒng)建立在傳統(tǒng)通信理論的框架中，運(yùn)用混沌理論和混沌信號(hào)處理方法來(lái)解決通信應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題，并利用傳統(tǒng)通信理論中常用的評(píng)估方法對(duì)其解決方案的性能進(jìn)行評(píng)估。如何產(chǎn)生具有高斯白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的偽隨機(jī)序列是混沌擴(kuò)頻通信的關(guān)鍵所在。目前主要是利用Logistic或其改進(jìn)型等非線性映射產(chǎn)生混沌擴(kuò)頻序列，并對(duì)其統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真和理論分析。如何進(jìn)一步尋找數(shù)量眾多、周期任意、產(chǎn)生簡(jiǎn)便和性能優(yōu)良的新的混沌擴(kuò)頻序列仍是混沌擴(kuò)頻通信的努力方向。二混沌

5、序列的產(chǎn)生2.1混沌序列的定義隨著非線性和混沌理論的成熟，當(dāng)前對(duì)混沌的研究集中于應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在通信方面的應(yīng)用。這是因?yàn)榛煦缦到y(tǒng)的類(lèi)隨機(jī)特性十分適合于通信的噪聲偽裝調(diào)制，更重要的是，通過(guò)混沌系統(tǒng)對(duì)初始相位的敏感的依賴性，可以提供數(shù)量極其多，非相關(guān)，類(lèi)隨機(jī)而又是確定、易于產(chǎn)生和再生的信號(hào)。混沌系統(tǒng)可分為兩類(lèi)：以微分方程表述的時(shí)間連續(xù)系統(tǒng)；以狀態(tài)方程表述的時(shí)間離散系統(tǒng)。前一種多見(jiàn)于保密通信用的同步混沌方法。后一種也就是我們要討論的混沌序列。一個(gè)離散時(shí)間動(dòng)態(tài)系統(tǒng)定義為：,0﹤﹤1，k=0,1，2，……是狀態(tài)，把當(dāng)前狀態(tài)映射到下一個(gè)狀態(tài)．以初始值開(kāi)始迭代，那么得到序列{：k=0，l，2，……}

6、，稱(chēng)為該離散時(shí)間動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的一條軌跡，即一個(gè)混沌序列。2.2混沌二進(jìn)制序列的產(chǎn)生方法用于擴(kuò)頻的混沌序列的形式有兩種：模擬實(shí)值序列和二進(jìn)制序列。時(shí)間連續(xù)的混沌模擬序列一般是由模擬電路完成的，通常用于保密通信中，而時(shí)間離散的混沌數(shù)字序列多用于擴(kuò)頻通信中。在應(yīng)用中由于硬件的有效字長(zhǎng)效應(yīng)，使得產(chǎn)生的混沌序列原本具有無(wú)窮周期的序列變成有限周期的序列。但經(jīng)研究表明，只要計(jì)算精度達(dá)到雙精度，周期很大，仍可認(rèn)為處于混沌狀態(tài)。模擬序列不適合采用數(shù)字通信信道傳輸，由于擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的擴(kuò)頻碼是離散的數(shù)字序列，所以混沌擴(kuò)頻技術(shù)中產(chǎn)生混沌模擬序列后，首先要將混沌模擬序列轉(zhuǎn)換成二值序列，也就是數(shù)字化。數(shù)字化就將時(shí)間連

7、續(xù)的模擬序列轉(zhuǎn)換成時(shí)間離散的數(shù)字序列。由混沌映射方程得到數(shù)字混沌序列的流程圖如下：圖2.1：數(shù)字混沌序列的產(chǎn)生流程圖2.3中間抽取法2.3.1中間多比特量化方案現(xiàn)有的從實(shí)值序列得到二進(jìn)制混沌擴(kuò)頻序列的方法這里不再介紹。本節(jié)在二值量化的基礎(chǔ)上給出具有較好獨(dú)立性與相關(guān)性的一種新的中間多比特量化方案，使得每迭代一次可得L位擴(kuò)頻序列，減少了運(yùn)算量，同時(shí)也大大擴(kuò)展了擴(kuò)頻序列的周期。構(gòu)造方法如下：將實(shí)值X的絕對(duì)值的有效值用m比特來(lái)表示∈(0，1