混沌序列的性能分析及其在扩频通信中的应用

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直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)通信是目前使用最为广泛的一种扩频通信方式。在DSSS通信系统中,起扩展频谱作用的扩频序列的伪随机性能的优劣将直接影响到整个通信系统性能的好坏。因此,研究和设计伪随机性能优异的扩频序列成为DSSS通信系统的关键技术之一。  目前扩频系统中所使用的扩频序列大都是基于线性移位寄存器而生成的,然而,这类序列的长度和数量有限,无法满足大容量通信系统对地址码的要求;序列的互相关函数存在大量的尖峰脉冲,增加了系统的多址干扰;序列的复杂度低,无法保证系统的安全性。序列存在的这些缺陷与不足,会导致通信系统的保密性及抗干扰性能比较差,信息很容易被截获与破译。因此,为了提高系统的容量、增强系统的抗破译及抗多址干扰能力,急需开辟一条新的路径来产生性能优良的扩频序列。  混沌理论的出现为产生优良的扩频序列带来了新的思路。利用混沌的初值敏感性,可以产生数量众多、非相关、类随机而又确定可再生的信号。  本文首先研究了扩频通信系统的理论基础和工作方式,分析得出了传统扩频序列存在的缺点和不足;其次,将混沌动力学的理论引入到扩频序列的产生上来,详细地讨论了四种经典混沌映射的定义、分岔图和Lyapunov指数;然后,在单个混沌映射的基础上提出了一种新的组合型混沌映射,给出了其具体构造方法和系统模型。并从平衡性、自互相关特性及游程特性这三个方面出发,对五种混沌序列进行了全面的对比分析。从实验数据分析得出:由本文算法所产生的组合型混沌序列的伪随机性能要比其他序列更为优异,更适合作为通信系统中的扩频序列;最后,为了验证组合型混沌序列替代传统扩频序列的可行性,利用Matlab/Simulink仿真平台搭建了基于组合型混沌扩频序列的直扩通信系统模型,并通过误码统计模块来观察和比较使用不同序列时系统的误码性能。通过实验仿真说明,在一定的信噪比条件下,采用组合型混沌序列的混沌直扩系统的误码性能要优于其他序列。
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