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混沌伪随机序列的产生及其在扩频通信中的应用研究

作　者: 李家标
导　师: 曾以成
学　校: 湘潭大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 伪随机序列 Henon映射耦合映像格子扩频通信
分类号: TN914.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

伪随机序列是一种具有类似白噪声性质的序列,被广泛应用于密码学和扩频通信中。随着码分多址(CDMA)通信的的发展以及对通信安全性要求的提高,传统的伪随机序列如m序列、Gold序列等往往存在序列数目有限、线性复杂度不高等缺点,已不能满足需求。混沌系统的初始条件敏感性以及混沌序列优良的伪随机特性,使得混沌系统在生成高质量的伪随机序列方面,以及将这类序列应用于扩频通信领域都有很好的应用前景。本文主要围绕如何产生高质量的伪随机序列以及序列在扩频通信中的应用方面开展了以下工作:(1)对本论文研究所需的基础进行概述。首先是介绍了伪随机序列的性质和性能指标;其次是混沌系统的特性分析,如Lyapunov指数、吸引子、分岔、排列组合熵等;然后是扩频通信特别是直接序列扩频通信(DS-SS)特点,并且分析了传统伪随机序列用作扩频通信扩频码的不足和混沌序列用作扩频通信扩频码的优势。(2)在对常见的离散混沌系统产生混沌伪随机序列深入分析的基础上,提出对传统Henon映射进行改进的尝试。通过引入绝对值项改变Henon映射的内部结构以提高系统初值敏感性和线性复杂度。数值分析结果表明,改进型Henon映射的Lyapunov指数和排列组合熵都得到了一定的提高,基于改进后的Henon映射,能够生成质量更好的混沌伪随机序列。(3)在分析耦合映像格子模型研究时空混沌的优势后,对全局耦合映模型进行深入的研究,尝试基于全局耦合模型产生高质量的时空混沌伪随机序列。通过计算耦合系统在不同参数条件下的排列组合熵,对模型的线性复杂度进行了扫描,找到了模型的线性复杂度较高时对应的参数空间。利用普适算法对混沌序列进行均匀化的变换,得到了质量较好的伪随机序列。(4)将生成的混沌序列应用于DS-SS。计算了序列的自相关旁瓣和互相关均方根值,它们表征了扩频序列所产生的多径干扰和多址干扰大小。基于MATLAB(2007)平台,建立了DS-SS仿真模型,对生成的时空混沌序列在DS-SS中的应用进行了仿真,分析了系统的误比特率(BER)特性。本论文的研究工作在混沌系统生成高质量的伪随机序列方面,以及混沌序列在CDMA通信中的应用方面,都具有一定理论和工程应用价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章引言  9-12
  1.1 研究的背景与意义  9
  1.2 混沌序列的研究现状  9-11
  1.3 论文的主要工作和内容安排  11-12
第2章研究基础  12-26
  2.1 伪随机序列的定义与性能指标  12-13
    2.1.1 伪随机序列的数学定义  12
    2.1.2 伪随机序列的主要性能指标  12-13
  2.2 常见伪随机序列  13-17
    2.2.1 m 序列  13-14
    2.2.2 Gold 码  14-16
    2.2.3 M 序列  16-17
  2.3 混沌动力学及其定量分析  17-22
    2.3.1 混沌的定义和基本特征  17
    2.3.2 混沌的研究方法  17-22
  2.4 扩频通信与扩频码  22-24
    2.4.1 扩频通信原理  22-23
    2.4.2 扩频通信的性能指标  23
    2.4.3 扩频通信的分类  23-24
    2.4.4 扩频通信系统的特点  24
    2.4.5 扩频技术在通信中的应用  24
    2.4.6 扩频序列  24
  2.5 本章小结  24-26
第3章基于映射产生混沌伪随机序列  26-37
  3.1 一维混沌伪随机序列  26-30
    3.1.1 几种常见的一维离散混沌系统  26-27
    3.1.2 混沌序列的二化值方法  27-28
    3.1.3 一维混沌伪随机序列的随机特性  28-30
  3.2 Henon 映射与改进型Henon 映射  30-31
    3.2.1 Henon 映射  30-31
    3.2.2 改进型Henon 映射  31
  3.3 混沌特性分析与混沌序列性能分析  31-36
    3.3.1 新旧映射混沌系统特性分析  31-34
    3.3.2 混沌序列性能分析  34-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章基于耦合映射产生伪随机序列的方法  37-44
  4.1 时空混沌与耦合格子模型  37-38
  4.2 全局耦合映像模型(GCML)的排列组合熵  38-39
    4.2.1 Logistic 系统及其GCML 系统排列组合熵对比图  38-39
    4.2.2 GCML 系统排列组合熵与系统参数的关系  39
  4.3 基于全局耦合模型生成时空混沌伪随机序列  39-41
    4.3.1 将混沌序列变换成均匀伪随机序列  39-41
    4.3.2 将均匀化后的混沌序列变换成二值序列  41
  4.4 时空混沌伪随机序列性能分析  41-43
  4.5 本章小结  43-44
第5章混沌伪随机序列在扩频通信中的应用  44-51
  5.1 直接序列扩频系统(DS-SS)的主要特点及用途  44-45
    5.1.1 DS-SS 的主要特点  44-45
    5.1.2 DS-SS 的用途  45
  5.2 混沌直接序列扩频系统  45-48
    5.2.1 DS-SS 扩频通信系统的框图  45
    5.2.2 扩频信号的处理  45-46
    5.2.3 伪随机序列的自相关旁瓣和互相关均方根值  46-48
  5.3 混沌伪随机序列在扩频通信中的应用仿真  48-49
    5.3.1 蒙特卡洛方法  48
    5.3.2 仿真模型  48-49
    5.3.3 仿真结果分析  49
  5.4 本章小结  49-51
总结与展望  51-53
参考文献  53-57
致谢  57-58
个人简历  58-59
在校攻读学位期间发表的学术论文  59

混沌伪随机序列的产生及其在扩频通信中的应用研究

内容摘要

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