CN103957026B - 一种基于混沌序列的跳码扩频通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于混沌序列的跳码扩频通信系统，本发明的数据信息与同步信息分时复用，在每一个时隙，同步信息先传输，再传数据信息，接收端接收同步信息，解析出数据信息传输时解扩需要的跳码图案信息及码元同步信息。本发明把混沌序列应用于跳码直扩体制，用比常规直扩序列相关性能，随机性能更好的混沌序列作为跳码图案和扩频码，使跳码扩频通信系统具有更好的抗干扰和抗截获性能，在反侦察通信方面具有广阔的发展前景。

Description

一种基于混沌序列的跳码扩频通信系统

技术领域

本发明属于扩频通信技术领域，特别涉及一种基于混沌序列的跳码扩频通信系统。

背景技术

随着无线通信盲检测技术的发展，传统直扩通信技术的安全性问题已经不能被忽视，且传统直扩在反侦察通信中存在远近效应，抗干扰能力与组网及用户数量之间的矛盾难以兼顾等技术难题，为此提出了一种新型的直扩体制——跳码直扩。

近年来混沌序列以初值敏感、随机特性好、相关特性好等优点被引入直扩体制，进一步增强直扩系统的反侦察能力。

发明内容

本发明基于上述技术背景，把混沌序列应用于跳码直扩体制，提供了一种改善跳码直扩的抗干扰和抗截获性能、提高系统的反侦察能力的跳码扩频通信系统。

本发明所采用的技术方案是：一种基于混沌序列的跳码扩频通信系统，由发射端和接收端组成，其特征在于：

所述的发射端由混沌序列产生跳码图案，跳码图案通过扩频码集表选择扩频码集中对应的扩频码对需要传输的基带数据信号进行扩频，再进行调制后送入信道传输；

所述的接收端接收经过信道的射频信号，包括同步信号和数据信号；接收端的跳码图案与扩频码集产生原理与方法跟发射端完全一样，接收端接收同步信号解析出当前跳码图案同步信息和码元同步信息，辅助数据信号解扩；接收端接收经过信道的数据信号，由同步信息中的跳码同步信息得到当前跳码图案，跳码图案选择扩频码集中对应的扩频码，用选出来的扩频码对接收信号进行解扩解调恢复出原始基带信号，实现整个数据信号的传输。

作为优选，所述的跳码图案产生采用下述式一的分形参数μ＝4的Logistic映射产生混沌序列，并采用非线性量化法对混沌序列进行量化，每一个混沌序列实值都会产生一个量化后的跳码图案序列，跳码图案序列作为扩频码选择的钥匙；其中Logistic映射分形参数取μ＝4，Logistic满映射函数为

x_k+1＝f(x_k)＝4x_k(1-x_k)

(式一)

＝-4(x_k-0.5)²+1

其中，x_k表示第k次迭代函数输出值，x_k+1表示k+1次迭代函数输出值。

作为优选，所述的非线性量化法采用的是余弦映射法。

作为优选，所述的余弦映射法的量化方程为：

${\mathrm{CH}}_I=i;if{\sin }^2\left(\frac{i\&CenterDot;\mathrm{\&pi;}}{2F_{\max }}\right)<x_n\&le;{\sin }^2\left(\frac{(i+1)\mathrm{\&pi;}}{2F_{\max }}\right),$ (式二)

i＝0,1......F_max-1

其中，F_max为扩频码集中扩频码数量，x_n表示混沌随机过程的输出值。

作为优选，所述的扩频码集采用下述式一的分形参数μ＝4的Logistic映射产生混沌序列，利用混沌序列的初值敏感性，收发双方确定一组混沌序列初始值，经过迭代产生相同长度的一组二值量化混沌序列，并对产生的序列进行优选，选出平衡性能、相关性能和随机性能好的混沌二值序列作为扩频码集；其中Logistic映射分形参数取μ＝4，Logistic满映射函数为

x_k+1＝f(x_k)＝4x_k(1-x_k)

(式一)

＝-4(x_k-0.5)²+1

其中，x_k表示第k次迭代函数输出值，x_k+1表示k+1次迭代函数输出值。

作为优选，所述的扩频码集产生过程具体包括以下步骤：

步骤1：确定扩频码集要产生的扩频码数量M，设置一组混沌序列初始值Array＝{x_i}，i＝1,2,…M，其中0<x_i<1；

步骤2：扩频增益G确定最后对混沌序列截短的长度，根据步骤1确定的M个混沌序列初始值，分别带入式一进行运算，循环迭代运算N(N>G)次，并对每一次循环迭代得到的值进行二值量化，每一混沌序列初始值对应一个长度N个二进制混沌序列y_i，然后对y_i截短处理，得到长度为G的截短混沌序列C_i(i＝1,2,…M)；

步骤3：对M个截短的混沌序列优选，首先要满足平衡性，即G为偶数时，1和0的数据差异为0；G为奇数时，1和0的差异为1；

如果平衡性不满足，再进行一次迭代运算，重新截短得到新的截短混沌序列C_i，直到混沌序列C_i满足平衡性；

如果满足平衡性条件，则继续执行下述步骤4；

步骤4：判断截短混沌序列C_i的自相关性，自相关判断条件：截短混沌序列C_i的自相关旁瓣最大值R_cmax要小于门限值R_cth，即R_cmax<R_cth；

如果不满足自相关条件，则再进行一次迭代运算，跳到步骤3重新执行；

如果满足自相关条件，则继续执行下述步骤5；

步骤5：判断截短混沌序列C_i的互相关性，互相关判断条件：截短混沌序列C_i的互相关最大值R_ccmax要小于门限值R_ccth，即R_ccmax<R_ccth；

如果不满足互相关条件，再进行一次迭代运算，跳到步骤3重新执行；

如果满足互相关条件，则继续执行下述步骤6；

步骤6：得到扩频码集，流程结束。

本发明的优点和效果：

1.混沌序列相比m序列等常规序列具有初值敏感性、良好的相关性能、很好的随机特性好，且混沌序列的数量不受限制，没有周期性，特别是适用于扩频增益大的系统；

2.基于混沌序列的跳码扩频通信系统的跳码图案相比其他随机序列产生的跳码图案具有更好的保密性，且产生简单，利用率高；混沌扩频码数量远远大于m序列等常规扩频码，随机性能更好，复杂度更大，抗干扰能力和抗截获能力更好。

附图说明

图1：是本发明实施例的跳码扩频通信系统原理框图。

图2：是本发明实施例的跳码图案产生原理图。

图3：是本发明实施例的混沌序列产生过程流程图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1，本发明所采用的技术方案是：一种基于混沌序列的跳码扩频通信系统，由发射端和接收端组成；

所述的发射端由混沌序列产生跳码图案，跳码图案通过扩频码集表选择扩频码集中对应的扩频码对需要传输的基带数据信号进行扩频，再进行调制后送入信道传输；

请见图2，跳码图案产生采用下述式一的分形参数μ＝4的Logistic映射随机过程产生混沌序列，并采用余弦映射法对混沌序列进行量化，每一个混沌序列实值都会产生一个量化后的跳码图案序列，系统设置一个跳码速率Count，计数器从0开始计数，每一个基带数据比特周期计数器加1，计数器的值小于Count时，输出跳码图案序列跟上一次输出值相同，当计数器的值等于Count时，给混沌随机过程一个触发信号，产生一个新的跳码图案序列作为选择器的输出，并给计数器清零，Count表示当前已连续输出相同跳码图案序列的个数。

跳码图案作为扩频码选择的钥匙；其中Logistic映射分形参数取μ＝4，Logistic满映射随机过程函数为

x_k+1＝f(x_k)＝4x_k(1-x_k)

(式一)

＝-4(x_k-0.5)²+1

其中，x_k表示第k次迭代函数输出值，x_k+1表示k+1次迭代函数输出值；

余弦映射法的量化方程为：

${\mathrm{CH}}_I=i;if{\sin }^2\left(\frac{i\&CenterDot;\mathrm{\&pi;}}{2F_{\max }}\right)<x_n\&le;{\sin }^2\left(\frac{(i+1)\mathrm{\&pi;}}{2F_{\max }}\right),$ (式二)

i＝0,1......F_max-1

其中，F_max为扩频码集中扩频码数量，x_n表示混沌随机过程的输出值；

所述的接收端接收经过信道的射频信号，包括同步信号和数据信号；接收端的跳码图案与扩频码集产生原理与方法跟发射端完全一样，接收端接收同步信号解析出当前跳码图案同步信息和码元同步信息，辅助数据信号解扩；接收端接收经过信道的数据信号，由同步信息中的跳码同步信息得到当前跳码图案，跳码图案选择扩频码集中对应的扩频码，用选出来的扩频码对接收信号进行解扩解调恢复出原始基带信号，实现整个数据信号的传输。

其中，扩频码集采用上述式一的分形参数μ＝4的Logistic映射产生混沌序列，利用混沌序列的初值敏感性，收发双方确定一组混沌序列初始值，经过迭代产生相同长度的一组二值量化混沌序列，并对产生的序列进行优选，选出平衡性能、相关性能和随机性能好的混沌二值序列作为扩频码集；其中，请见图3，扩频码集产生过程具体包括以下步骤：

步骤1：确定扩频码集要产生的扩频码数量M，设置一组混沌序列初始值Array＝{x_i}，i＝1,2,…M，其中0<x_i<1；

步骤2：扩频增益G确定最后对混沌序列截短的长度，根据步骤1确定的M个混沌序列初始值，分别带入式一进行运算，循环迭代运算N(N>G)次，并对每一次循环迭代得到的值进行二值量化，每一混沌序列初始值对应一个长度N个二进制混沌序列y_i，然后对y_i截短处理，得到长度为G的截短混沌序列C_i(i＝1,2,…M)；

步骤3：对M个截短的混沌序列优选，首先要满足平衡性，即G为偶数时，1和0的数据差异为0；G为奇数时，1和0的差异为1；

如果平衡性不满足，再进行一次迭代运算，重新截短得到新的截短混沌序列C_i，直到混沌序列C_i满足平衡性；

如果满足平衡性条件，则继续执行下述步骤4；

步骤4：判断截短混沌序列C_i的自相关性，自相关判断条件：截短混沌序列C_i的自相关旁瓣最大值R_cmax要小于门限值R_cth，即R_cmax<R_cth；

如果不满足自相关条件，则再进行一次迭代运算，跳到步骤3重新执行；

如果满足自相关条件，则继续执行下述步骤5；

步骤5：判断截短混沌序列C_i的互相关性，互相关判断条件：截短混沌序列C_i的互相关最大值R_ccmax要小于门限值R_ccth，即R_ccmax<R_ccth；

如果不满足互相关条件，再进行一次迭代运算，跳到步骤3重新执行；

如果满足互相关条件，则继续执行下述步骤6；

步骤6：得到扩频码集，流程结束。

本发明把混沌序列应用于跳码直扩体制，用比常规直扩序列相关性能，随机性能更好的混沌序列作为跳码图案和扩频码，使跳码扩频通信系统具有更好的抗干扰和抗截获性能，在反侦察通信方面具有广阔的发展前景。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种基于混沌序列的跳码扩频通信系统，由发射端和接收端组成，

所述的发射端由混沌序列产生跳码图案，跳码图案通过扩频码集表选择扩频码集中对应的扩频码对需要传输的基带数据信号进行扩频，再进行调制后送入信道传输；

所述的接收端接收经过信道的射频信号，包括同步信号和数据信号；接收端的跳码图案与扩频码集产生原理与方法跟发射端完全一样，接收端接收同步信号解析出当前跳码图案同步信息和码元同步信息，辅助数据信号解扩；接收端接收经过信道的数据信号，由同步信息中的跳码同步信息得到当前跳码图案，跳码图案选择扩频码集中对应的扩频码，用选出来的扩频码对接收信号进行解扩解调恢复出原始基带信号，实现整个数据信号的传输；

所述的扩频码集采用下述式一的分形参数μ＝4的Logistic映射产生混沌序列，利用混沌序列的初值敏感性，收发双方确定一组混沌序列初始值，经过迭代产生相同长度的一组二值量化混沌序列，并对产生的序列进行优选，选出平衡性能、相关性能和随机性能好的混沌二值序列作为扩频码集；其中Logistic映射分形参数取μ＝4，Logistic满映射函数为

x_k+1＝f(x_k)＝4x_k(1-x_k)

(式一)

＝-4(x_k-0.5)²+1

其中，x_k表示第k次迭代函数输出值，x_k+1表示k+1次迭代函数输出值；

其特征在于：

所述的扩频码集产生过程具体包括以下步骤：

步骤1：确定扩频码集要产生的扩频码数量M，设置一组混沌序列初始值Array＝{x_i}，i＝1,2,…M，其中0<x_i<1；

步骤2：扩频增益G确定最后对混沌序列截短的长度，根据步骤1确定的M个混沌序列初始值，分别带入式一进行运算，循环迭代运算N(N>G)次，并对每一次循环迭代得到的值进行二值量化，每一混沌序列初始值对应一个长度N个二进制混沌序列y_i，然后对y_i截短处理，得到长度为G的截短混沌序列C_i(i＝1,2,…M)；

步骤3：对M个截短的混沌序列优选，首先要满足平衡性，即G为偶数时，1和0的数据差异为0；G为奇数时，1和0的差异为1；

如果平衡性不满足，再进行一次迭代运算，重新截短得到新的截短混沌序列C_i，直到混沌的序列C_i满足平衡性；

如果满足平衡性条件，则继续执行下述步骤4；

步骤4：判断截短混沌序列C_i的自相关性，自相关判断条件：截短混沌序列C_i的自相关旁瓣最大值R_cmax要小于门限值R_cth，即R_cmax<R_cth；

如果不满足自相关条件，则再进行一次迭代运算，跳到步骤3重新执行；

如果满足自相关条件，则继续执行下述步骤5；

步骤5：判断截短混沌序列C_i的互相关性，互相关判断条件：截短混沌序列C_i的互相关最大值R_ccmax要小于门限值R_ccth，即R_ccmax<R_ccth；

如果不满足互相关条件，再进行一次迭代运算，跳到步骤3重新执行；

如果满足互相关条件，则继续执行下述步骤6；

步骤6：得到扩频码集，流程结束。

2.根据权利要求1所述的基于混沌序列的跳码扩频通信系统，其特征在于：所述的跳码图案产生采用下述式一的分形参数μ＝4的Logistic映射产生混沌序列，并采用非线性量化法对混沌序列进行量化，每一个混沌序列实值都会产生一个量化后的跳码图案序列，跳码图案序列作为扩频码选择的钥匙；其中Logistic映射分形参数取μ＝4，Logistic满映射函数为

x_k+1＝f(x_k)＝4x_k(1-x_k)

(式一)

＝-4(x_k-0.5)²+1

其中，x_k表示第k次迭代函数输出值，x_k+1表示k+1次迭代函数输出值。

3.根据权利要求2所述的基于混沌序列的跳码扩频通信系统，其特征在于：所述的非线性量化法采用的是余弦映射法。

4.根据权利要求3所述的基于混沌序列的跳码扩频通信系统，其特征在于：所述的余弦映射法的量化方程为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{CH}}_I=i;if{\sin }^2\left(\frac{i\&CenterDot;\mathrm{\&pi;}}{2F_{\max }}\right)<x_n\&le;{\sin }^2\left(\frac{(i+1)\mathrm{\&pi;}}{2F_{\max }}\right),\\ i=0,\mathrm{1......}{F}_{\max }-1\end{array}$ (式二)

其中，F_max为扩频码集中扩频码数量，x_n表示混沌随机过程的输出值。