專利名稱：混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射與接收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子信息技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射裝置 與混沌直接序列擴(kuò)頻信號的接收裝置。
背景技術(shù)：
混沌現(xiàn)象是非線性動(dòng)力系統(tǒng)中出現(xiàn)的確定性的、類隨機(jī)的過程，這種過程是非周 期的、不收斂、有界、且對初始條件極端敏感?；煦缧盘柕姆侵芷谛浴拵ьl譜、類噪聲、對初 始值極端敏感和長期不可預(yù)測的特性，使得它具有天然的隱蔽性和保密性，同時(shí)混沌系統(tǒng) 本身又是確定性的，由非線性系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)和初始值完全確定，因此可以方便的復(fù)制， 易于實(shí)現(xiàn)?；煦缧盘柕碾[蔽性、易于實(shí)現(xiàn)的特性，使得它在通信領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，尤其適 合于保密通信。近年來，將混沌理論應(yīng)用于保密通信已經(jīng)成為非線性動(dòng)力學(xué)和信息科學(xué)界 的一個(gè)研究熱點(diǎn)?；煦缰苯有蛄袛U(kuò)頻是實(shí)現(xiàn)混沌通信的一種方式之一，在這種通信方式中，二進(jìn)制 的信息序列直接與混沌載波相乘，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻加密。然而，目前針對混沌直接序列擴(kuò)頻通信的 研究還主要集中在理論階段，很少有實(shí)際的硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)或工程應(yīng)用。首先傳統(tǒng)的硬件電 路實(shí)現(xiàn)混沌通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)多是模擬系統(tǒng)，電路參數(shù)精度要求高，不易實(shí)現(xiàn)。其次，目前國 際上對于混沌直接序列擴(kuò)頻通信解調(diào)方法的研究基本上沒有考慮信道的影響，而在實(shí)際應(yīng) 用中，信道上的加性噪聲是不可避免的。第三，目前國際上針對混沌直接序列擴(kuò)頻通信的研 究，通常是基于有方合作通信的條件下的，即假設(shè)在接收端已知發(fā)送的混沌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括 混沌映射的方程和初值等參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種可以產(chǎn)生十種不同混沌信號的混度直接序列擴(kuò) 頻信號的發(fā)射裝置。本發(fā)明的另一目的在于提出一種對混沌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和初值完全未知的混沌信 號的盲解調(diào)的混沌直接序列擴(kuò)頻信號的接收裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面的實(shí)施例提出一種混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā) 射裝置，包括混沌發(fā)生器組，所述混沌發(fā)生器組用于生成混沌信號；信息碼產(chǎn)生器，所述 信息碼產(chǎn)生器用于生成二進(jìn)制信息碼；和第一選通器，所述第一選通器用于根據(jù)所述混沌 信號對所述二進(jìn)制信息碼擴(kuò)頻加密以生成第一擴(kuò)頻信號。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射裝置，第一選通器控制混沌發(fā) 生器組在每個(gè)時(shí)鐘周期產(chǎn)生的不同混沌信號對相應(yīng)時(shí)鐘周期信息碼產(chǎn)生器所產(chǎn)生的二進(jìn) 制信息碼進(jìn)行相乘，以實(shí)現(xiàn)對上述信息碼的擴(kuò)頻加密，由此得到第一混沌直接序列擴(kuò)頻信 號。由于本發(fā)明硬件系統(tǒng)基于FPGA，可操作性高，通過數(shù)字電路得到的系統(tǒng)穩(wěn)定性高，而且 實(shí)現(xiàn)簡單。
4
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一選通器用于判斷所述二進(jìn)制信息碼在當(dāng)前時(shí) 鐘周期的二進(jìn)制位為1或者0，并在所述二進(jìn)制信息碼當(dāng)前時(shí)鐘周期的二進(jìn)制位為1時(shí)，控 制所述當(dāng)前時(shí)鐘周期的混沌信號與所述當(dāng)前時(shí)鐘周期的二進(jìn)制位相乘以形成第一擴(kuò)頻信 號，以及在所述二進(jìn)制信息碼當(dāng)前時(shí)鐘周期的二進(jìn)制位為0時(shí)，控制所述當(dāng)前時(shí)鐘周期的 混沌信號取反以形成第一擴(kuò)頻信號。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射裝置還包括高斯噪 聲產(chǎn)生器，所述高斯噪聲產(chǎn)生器用于產(chǎn)生高斯噪聲；多徑衰落模塊，所述多徑衰落模塊用于 對所述第一擴(kuò)頻信號進(jìn)行多徑傳輸以形成第二擴(kuò)頻信號；加法器，所述加法器用于控制所 述高斯噪聲和所述第二擴(kuò)頻信號相加以得到第三擴(kuò)頻信號；和第二選通器，所述第二選通 器用于接收所述第一擴(kuò)頻信號和所述第三擴(kuò)頻信號并控制所述第一擴(kuò)頻信號和所述第三 擴(kuò)頻信號的輸出。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射裝置，通過高斯噪聲產(chǎn)生 器產(chǎn)生對上述第一擴(kuò)頻信號增加噪聲，并且根據(jù)多徑衰落模塊對第一擴(kuò)頻信號模擬多徑衰 落傳輸，使第一擴(kuò)頻信號具有加性噪聲且收到多徑衰落的影響，因此，得到的第三擴(kuò)頻信號 更加仿真，具有實(shí)際應(yīng)用的意義。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述混沌發(fā)生器組包括分別與所述第一選通器相連的 第一至第十混沌發(fā)生器，所述第一至第十混沌發(fā)生器分別對應(yīng)于不同的混沌映射以產(chǎn)生不 同的混沌信號。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射裝置還包括第一按 鍵脈沖捕捉器，當(dāng)所述第一按鍵脈沖捕捉器被第一至第十次觸發(fā)時(shí)，依次選擇所述第一至 第十混沌發(fā)生器。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射裝置還包括第二按 鍵脈沖捕捉器，當(dāng)所述第二按鍵脈沖捕捉器被觸發(fā)時(shí)，控制所述高斯噪聲產(chǎn)生器產(chǎn)生不同 信噪比的高斯噪聲。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，產(chǎn)生所述信噪比為SdB或信道無噪聲。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述混沌信號為32位。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射裝置設(shè)置在 XtremeDSP開發(fā)板上。本發(fā)明第二方面的實(shí)施例提出一種混沌直接序列擴(kuò)頻信號的接收裝置，包括混 沌狀態(tài)估計(jì)模塊，所述混沌狀態(tài)估計(jì)模塊用于上述第一擴(kuò)頻信號或第三擴(kuò)頻信號、上一時(shí) 鐘周期的信息碼和上一時(shí)鐘周期的混沌信號計(jì)算當(dāng)前時(shí)鐘周期的混沌信號；信息碼估計(jì)模 塊，所述信息碼估計(jì)模塊用于根據(jù)所述第一擴(kuò)頻信號或第三擴(kuò)頻信號、上一時(shí)鐘周期的信 息碼和上一時(shí)鐘周期的混沌狀態(tài)估計(jì)信號計(jì)算當(dāng)前時(shí)鐘周期的信息碼，并把所述當(dāng)前時(shí)鐘 周期的信息碼發(fā)送給所述混沌狀態(tài)估計(jì)模塊；加法器，所述加法器用于根據(jù)所述上一時(shí)鐘 周期的混沌信號與預(yù)定誤差因子相加以形成所述上一時(shí)鐘周期的混沌狀態(tài)估計(jì)信號；和延 遲模塊，所述延遲模塊用于延遲所述當(dāng)前時(shí)鐘周期的混沌信號一時(shí)鐘周期，并把延遲后的 混沌信號發(fā)送給所述混沌狀態(tài)估計(jì)模塊。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的混沌直接序列擴(kuò)頻信號的接收裝置，信息碼估計(jì)模塊通過對 上述發(fā)射裝置發(fā)送的擴(kuò)頻信號進(jìn)行計(jì)算以解調(diào)出信息碼，由于信道上的加性噪聲是不可避免的，上述接收裝置不僅針對加性噪聲信道，而且對多徑衰落信道的影響能夠起到抵御作 用，具有重要的工程實(shí)用意義。另外，針對混沌直接序列擴(kuò)頻通信的研究，通常是基于有方 合作通信的條件下的，即假設(shè)在接收端已知發(fā)送的混沌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括混沌映射的方程和 初值等參數(shù)。而上述接收裝置通過Tent混沌映射，并根據(jù)Tent與各種混沌映射的內(nèi)在關(guān)系 解調(diào)出對于上述發(fā)射裝置發(fā)送的混沌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)、初值完全未知的擴(kuò)頻信號的信息碼， 因此，能夠應(yīng)用于擴(kuò)頻信號發(fā)射裝置與接收裝置非合作的情況，更具有實(shí)際意義。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述混沌狀態(tài)估計(jì)模塊與所述信息碼估計(jì)模塊第一次 運(yùn)行時(shí)，所述上一時(shí)鐘周期的信息碼、所述上一時(shí)鐘周期的混沌狀態(tài)估計(jì)信號和所述上一 時(shí)鐘周期的混沌信號分別為預(yù)設(shè)估計(jì)值。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述信息碼估計(jì)模塊用于根據(jù)無先導(dǎo)卡爾曼濾波方程 計(jì)算所述下一時(shí)鐘周期的信息碼，其中，所述無先導(dǎo)卡爾曼濾波方程為
權(quán)利要求
1.一種混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射裝置，其特征在于，包括混沌發(fā)生器組，所述混沌發(fā)生器組用于生成混沌信號；信息碼產(chǎn)生器，所述信息碼產(chǎn)生器用于生成二進(jìn)制信息碼；和第一選通器，所述第一選通器用于根據(jù)所述混沌信號對所述二進(jìn)制信息碼擴(kuò)頻加密以 生成第一擴(kuò)頻信號。
2.如權(quán)利要求1所述的混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射裝置，其特征在于，所述第一選 通器用于判斷所述二進(jìn)制信息碼在當(dāng)前時(shí)鐘周期的二進(jìn)制位為1或者0，并在所述二進(jìn)制 信息碼當(dāng)前時(shí)鐘周期的二進(jìn)制位為1時(shí)，控制所述當(dāng)前時(shí)鐘周期的混沌信號與所述當(dāng)前時(shí) 鐘周期的二進(jìn)制位相乘以形成第一擴(kuò)頻信號，以及在所述二進(jìn)制信息碼當(dāng)前時(shí)鐘周期的二 進(jìn)制位為0時(shí)，控制所述當(dāng)前時(shí)鐘周期的混沌信號取反以形成第一擴(kuò)頻信號。
3.如權(quán)利要求1所述的混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射裝置，其特征在于，還包括高斯噪聲產(chǎn)生器，所述高斯噪聲產(chǎn)生器用于產(chǎn)生高斯噪聲；多徑衰落模塊，所述多徑衰落模塊用于對所述第一擴(kuò)頻信號進(jìn)行多徑傳輸以形成第二 擴(kuò)頻信號；加法器，所述加法器用于控制所述高斯噪聲和所述第二擴(kuò)頻信號相加以得到第三擴(kuò)頻 信號；和第二選通器，所述第二選通器用于接收所述第一擴(kuò)頻信號和所述第三擴(kuò)頻信號并控制 所述第一擴(kuò)頻信號和所述第三擴(kuò)頻信號的輸出。
4.如權(quán)利要求1所述的混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射裝置，其特征在于，所述混沌發(fā) 生器組包括分別與所述第一選通器相連的第一至第十混沌發(fā)生器，所述第一至第十混沌發(fā) 生器分別對應(yīng)于不同的混沌映射以產(chǎn)生不同的混沌信號。
5.如權(quán)利要求4所述的混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射裝置，其特征在于，還包括第一按鍵脈沖捕捉器，當(dāng)所述第一按鍵脈沖捕捉器被第一至第十次觸發(fā)時(shí)，依次選擇 所述第一至第十混沌發(fā)生器。
6.如權(quán)利要求3所述的混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射裝置，其特征在于，還包括第二按鍵脈沖捕捉器，當(dāng)所述第二按鍵脈沖捕捉器被觸發(fā)時(shí)，控制所述高斯噪聲產(chǎn)生 器產(chǎn)生不同信噪比的高斯噪聲。
7.如權(quán)利要求6所述的混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射裝置，其特征在于，產(chǎn)生所述信 噪比為SdB或信道無噪聲。
8.如權(quán)利要求1所述的混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射裝置，其特征在于，所述混沌信 號為32位。
9.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射裝置，其特征在于，所 述混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射裝置設(shè)置在XtremeDSP開發(fā)板上。
10.一種混沌直接序列擴(kuò)頻信號的接收裝置，其特征在于，包括混沌狀態(tài)估計(jì)模塊，所述混沌狀態(tài)估計(jì)模塊用于根據(jù)如權(quán)利要求3所述第一擴(kuò)頻信號 或第三擴(kuò)頻信號、上一時(shí)鐘周期的信息碼和上一時(shí)鐘周期的混沌信號計(jì)算當(dāng)前時(shí)鐘周期的 混沌信號；信息碼估計(jì)模塊，所述信息碼估計(jì)模塊用于根據(jù)所述第一擴(kuò)頻信號或第三擴(kuò)頻信號、 上一時(shí)鐘周期的信息碼和上一時(shí)鐘周期的混沌狀態(tài)估計(jì)信號計(jì)算當(dāng)前時(shí)鐘周期的信息碼，并把所述當(dāng)前時(shí)鐘周期的信息碼發(fā)送給所述混沌狀態(tài)估計(jì)模塊；加法器，所述加法器用于根據(jù)所述上一時(shí)鐘周期的混沌信號與預(yù)定誤差因子相加以形 成所述上一時(shí)鐘周期的混沌狀態(tài)估計(jì)信號；和延遲模塊，所述延遲模塊用于延遲所述當(dāng)前時(shí)鐘周期的混沌信號一時(shí)鐘周期，并把延 遲后的混沌信號發(fā)送給所述混沌狀態(tài)估計(jì)模塊。
11.如權(quán)利要求10所述的混沌直接序列擴(kuò)頻信號的接收裝置，其特征在于，所述混沌 狀態(tài)估計(jì)模塊與所述信息碼估計(jì)模塊第一次運(yùn)行時(shí)，所述上一時(shí)鐘周期的信息碼、所述上 一時(shí)鐘周期的混沌狀態(tài)估計(jì)信號和所述上一時(shí)鐘周期的混沌信號分別為預(yù)設(shè)估計(jì)值。
12.如權(quán)利要求10所述的混沌直接序列擴(kuò)頻信號的接收裝置，其特征在于，所述信息 碼估計(jì)模塊用于根據(jù)無先導(dǎo)卡爾曼濾波方程計(jì)算所述下一時(shí)鐘周期的信息碼，其中，所述 無先導(dǎo)卡爾曼濾波方程為
13.如權(quán)利要求10所述的混沌直接序列擴(kuò)頻信號的接收裝置，其特征在于，所述混沌 狀態(tài)估計(jì)模塊根據(jù)另一無先導(dǎo)卡爾曼濾波方程計(jì)算所述下一時(shí)鐘周期的混沌信號，其中， 所述另一無先導(dǎo)卡爾曼濾波方程為
14.如權(quán)利要求11所述的混沌直接序列擴(kuò)頻信號的接收裝置，其特征在于，所述混沌 信號的預(yù)設(shè)估計(jì)值由混沌映射收斂得到，其中，所述混沌映射表達(dá)式為)(n+1 = A-B |Χη|，其中，當(dāng)η為0時(shí)，A、B和\為預(yù)設(shè)值。
15.如權(quán)利要求12所述的混沌直接序列擴(kuò)頻信號的接收裝置，其特征在于，當(dāng)所述噪 聲存在時(shí)，所述信息碼估計(jì)模塊用于計(jì)算當(dāng)前時(shí)鐘周期的信息碼的無先導(dǎo)卡爾曼濾波方程 為
16.如權(quán)利要10-15任一項(xiàng)所述的混沌直接序列擴(kuò)頻信號的接收裝置設(shè)置在 XtremeDSP開發(fā)板上。
全文摘要
本發(fā)明提出一種混沌直接序列擴(kuò)頻信號的發(fā)射與接收裝置，該發(fā)射裝置包括混沌發(fā)生器組，用于生成混沌信號；信息碼產(chǎn)生器，用于生成二進(jìn)制信息碼；和第一選通器，用于根據(jù)所述混沌信號對所述二進(jìn)制信息碼擴(kuò)頻加密以生成第一擴(kuò)頻信號。該接收裝置包括混沌信號估計(jì)模塊，用于計(jì)算當(dāng)前時(shí)鐘周期的混沌信號；和信息碼估計(jì)模塊，用于計(jì)算當(dāng)前時(shí)鐘周期的信息碼。應(yīng)用本發(fā)明的混沌直接序列擴(kuò)頻信號接收裝置通過引入跟蹤誤差因子，能夠?qū)Πl(fā)射裝置發(fā)送的混有噪聲并且經(jīng)過多徑衰落的擴(kuò)頻信號有效的解調(diào)出信息碼。
文檔編號H04B1/7075GK102082582SQ20111003988
公開日2011年6月1日 申請日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月17日
發(fā)明者徐新智, 白鷺, 郭靜波 申請人:清華大學(xué)