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列，理论上能够满足通信系统对于扩频码的要求。 4 混沌序列在扩频系统中的应用 165 4.1 扩频原理 多用户的扩频通信原理图[8]如图5 所示。扩频通信系统包括的环节主要有扩频、BPSK 调制、解扩、解调、相关运算、判决。这里假设系统中各用户的信息是同步的，且信号的功 率相同，当系统的用户数为m，ai(k) (i=1,2,…,m)为每个用户要传递的信息数据，xi(n)是发 送端第i 个用户的混沌扩频序列， f(ω,φ)和f(ω',φ ')分别是调制和解调信号，N(n)是零均 值的高斯白噪声， ' ( ) i x n 170 是接收端第i 用户的混沌扩频序列，当系统收发两端同步时，即 ( ) i x n = ' ( ) i x n ，则接收端第i 用户相关器（滤除高次谐波）的输出包括三个分量，分别是有 用信息分量、第i 用户本身的扩频信号与接收信号相关得到的恢复数据和噪声干扰。接收端 第i 用户在相关运算后，再对信号进行判决，得到第i 用户数据信息。 图3 混沌扩频通信原理图 5 扩频模型的设计与仿真分析 5.1 扩频模型设计 180 扩频码采用文中所设计的二级并联混沌系统产生的混沌序列。仿真模型主要包括混沌序 列产生部分、调制部分、扩频部分、解调部分、解扩部分、误码率分析和结果显示部分，仿 真模型如图4 所示。 在图4 中，信号扩频的过程为[8]： 1、在扩频部分，首先由信号在Random Integer Generator 产生一个随机的二进制信号， 185 经BPSK 调制之后被生成的混沌序列扩频，产生扩频信号。 2、信号传输的信道采用的是AWGN，扩频后的信号通过AWGN 信道时，会出现多径 衰落、自由空间信号功率的衰减，从而导致信噪比的下降。 3、在解扩部分，利用扩频信号的相关性进行解扩，把原本的宽带信号恢复到一个很窄 的频带内；对解扩后的信号，再利用BPSK 解调，把信号从频带信号转化成基带信号，这样 190 就可以恢复出原始信号。 4、最后将初始的信号和恢复出的信号同时输入到误码率分析器中得到系统的误码率， 计算的结果在display 模块显示。 图4 扩频通信系统仿真模型 图5 混沌序列产生模块 图5 是混沌序列产生模块的展开，模型中Fcn模块为Logistic映射，Fcn1 模块为chebyshev 200 映射，初值x0 选为0.6。图5 模型中用一个脉冲产生器控制switch 模块，使当来到脉冲1 时执行Logistic 映射，而当为0 时执行chebyshev 映射，并且每次都是把第n 次的计算结果 作为第n+1 次的输入。最后通过sign 模块将混沌序列变换为-1、1 和0（大于0 判为1，小 于0 的判为-1，等于0 的判为0），最后经过Bipolar to Converter 模块使之变换为单极性混 沌序列。 205 5.2 仿真结果分析 5.2.1 发送、接收信号波形分析 通过模型仿真得到了直接序列扩频系统各个主要环节的波形，发送序列波形、解调后的 信号波形。 对图6 中的发送序列和解调后的信号波形进行比较，发现原始信号的波形和解调后的信 210 号波形一致。 图6 发送和解调后的信号波形 215 5.2.2 信噪比对系统的影响 在现实的通信系统中，由于多径干扰、多址干扰以及信道中各种噪声的存在，在各种不 同信道条件下的信噪比不尽相同，甚至于同一信道在不同时刻的信噪比也不尽相同，所以有 必要分析研究信噪比对通信系统的影响。 图7 是（单用户，扩频增益G 为1000）信噪比大小对系统误码率的影响曲线。由图7 220 我们可以分析得出：当信号湮没在噪声中（SNR<0）时，BER<10-1，依然能够有效的传输信 息；在信噪比SNR<4dB 时，误码率随着信噪比的增加，改善更为明显；而且可以看出 SNR>4dB 后，误码率已经很小，改善的程度大幅降低；在信噪比SNR>6dB 时，误码率已 经小于10-4。 225 图7 信噪比对系统的影响 5.2.3 扩频增益G 对系统的影响 在扩频通信中，扩频码的性能决定了通信质量的好坏，尤其扩频增益G 的大小直接影 响通信信号的频谱展宽的程度，直接决定了通信质量的好坏。下面实验的条件为：单用户条 230 件下，误码率从-5dB 到6dB。从图中三条曲线的分析比较中可以看出随着扩频增益G 的增 加，误码率成减小的趋势。但是考虑到增加扩频码的长度对于系统同步的要求加大，扩频增 益也不能一味的增加，在笔者看来选在800-1000 左右为宜。 图8 扩频增益对系统的影响 235 5.2.4 用户数K 对系统的影响 在CDMA 通信系统中，不同的用户借以不同的扩频码展开信号的频带宽度。当用户数 量增加时，扩频码相互之间的就会产生码间干扰，因此扩频码的相关特性决定了码间干扰的 严重程度。在图9（扩频增益G=1000，用户数从1 到9，信噪比SNR 从-5dB 到5dB，在半 240 对数坐标系下）中我们可以分析得到：随着用户数量K 的增加，通信系统的误码率在不断 地增加，但是随着信噪比的增加误码率都有所改善，并且在小信噪比甚至负的信噪比的情况 下，在接收端也能够准确有效的恢复出原始信号。 245 图9 用户数K 对系统误码性能的影响 5.2.5 不同扩频码的性能分析比较 为了证明文中序列的优良特性，有必要对常用扩频码和文中所用扩频码的性能进行分析 比较。我们选用m-序列和gold 序列以及logistic map 与文中所使用的序列进行比较。 其中，m-序列本原多项式为1 250 x13 + x4 + x3 + x + ，初值为[0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1]，扩 频增益选为1000；gold 序列的preferrred polynomial 1：[1 0 0 0 0 1 1]，initial states 1：[0 0 0 0 0 1]；preferred polynomial 2：[1 1 0 0 1 1 1]，initial states 2：[0 0 0 0 0 1]，扩频增益G=1000； 文中序列扩频增益G=1000，logistic 序列同样扩频增益G=1000。信噪比都选为SNR=4dB。 从图10 中我们可以看出文中序列的性能明显优于m 序列和gold 序列，而且相对于 255 logistic 序列也有为较明显的改善。 图10 不同扩频码对系统性能的影响 6 结论 260 文中构建了一个基于Logistic map 和chebyshev map 的二级并联混沌系统，此系统的构 造的原理相对简单，实现起来也比较容易。并且通过大量的仿真实验证明了该系统生成的序 列和量化后的二值序列都具有非常好的自相关和互相关特性，初值敏感性也非常好。通过构 建扩频通信系统模型、仿真，分析研究了此混沌扩频码在不同信噪比、不同扩频增益、不同 用户数时对通信质量的影响，以及不同的扩频码对系统扩频性能的影响，集中体现在误码率 265 的大小上。仿真结果表明此混沌序列要优于传统的扩频序列，在理论上能够有效的抗击码间 干扰，确保通信的安全。 [参考文献] (References) [1] 王玫.混沌通信中的关键技术研究[D].西安：西安电子科技大学，2003 270 [2] 林卫强，黄元石.Logistic 混沌序列的随机性分析[J].福州大学学报（自然科学版），2004，32（3）：1-3 [3] 施伟锋.Logistic 映射及其混沌特性研究[J].光电技术应用，2004，19（2）：1-3 [4] 丁勇，郑良洪.一种新的混沌伪随机序列的生成方法[J].桂林电子科技大学学报，2010，30（5）：2-2 [5] 刘鹏，杨悦，田小建.新的超混沌伪随机序列及应用[J].计算机工程与应用，2010，46（24）：2-3 [6] 廖德玮，朱伟强.lyapunov 指数计算研究及应用[J].温州职业技术学院学报，2008，8(4)：1-2. 275 [7] 戴跃伟,卓成春,茅耀斌等.一种二值混沌加密序列的产生及其性能分析[J].南京理工大学学报，2001，25 （5）：3-4. [8] 范一鸣，杨亚涛，徐永涛.基于混沌序列的simulink 扩频通信仿真[J].计算机科学，2009，36（3）：106-108. 原创学术论文网Tag：代写论文 代写代发论文 电子论文代写 电子论文发表 |
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