專利名稱：混沌直接序列擴頻信號的發(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頻信號的發(fā)射裝置 與混沌直接序列擴頻信號的接收裝置。
背景技術(shù)：
混沌現(xiàn)象是非線性動力系統(tǒng)中出現(xiàn)的確定性的、類隨機的過程，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?、寬帶頻譜、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， 易于實現(xiàn)。混沌信號的隱蔽性、易于實現(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)成為非線性動力學(xué)和信息科學(xué)界 的一個研究熱點?；煦缰苯有蛄袛U頻是實現(xiàn)混沌通信的一種方式之一，在這種通信方式中，二進制 的信息序列直接與混沌載波相乘，實現(xiàn)擴頻加密。然而，目前針對混沌直接序列擴頻通信的 研究還主要集中在理論階段，很少有實際的硬件平臺實現(xiàn)或工程應(yīng)用。首先傳統(tǒng)的硬件電 路實現(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，不易實現(xiàn)。其次，目前國 際上對于混沌直接序列擴頻通信解調(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 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)的混沌直接序列擴頻信號的接收裝置。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面的實施例提出一種混沌直接序列擴頻信號的發(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 信號對所述二進制信息碼擴頻加密以生成第一擴頻信號。根據(jù)本發(fā)明實施例的混沌直接序列擴頻信號的發(fā)射裝置，第一選通器控制混沌發(fā) 生器組在每個時鐘周期產(chǎn)生的不同混沌信號對相應(yīng)時鐘周期信息碼產(chǎn)生器所產(chǎn)生的二進 制信息碼進行相乘，以實現(xiàn)對上述信息碼的擴頻加密，由此得到第一混沌直接序列擴頻信 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 實現(xiàn)簡單。
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在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一選通器用于判斷所述二進制信息碼在當前時 鐘周期的二進制位為1或者0，并在所述二進制信息碼當前時鐘周期的二進制位為1時，控 制所述當前時鐘周期的混沌信號與所述當前時鐘周期的二進制位相乘以形成第一擴頻信 號，以及在所述二進制信息碼當前時鐘周期的二進制位為0時，控制所述當前時鐘周期的 混沌信號取反以形成第一擴頻信號。在本發(fā)明的一個實施例中，所述混沌直接序列擴頻信號的發(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 對所述第一擴頻信號進行多徑傳輸以形成第二擴頻信號；加法器，所述加法器用于控制所 述高斯噪聲和所述第二擴頻信號相加以得到第三擴頻信號；和第二選通器，所述第二選通 器用于接收所述第一擴頻信號和所述第三擴頻信號并控制所述第一擴頻信號和所述第三 擴頻信號的輸出。根據(jù)本發(fā)明一個實施例的混沌直接序列擴頻信號的發(fā)射裝置，通過高斯噪聲產(chǎn)生 器產(chǎn)生對上述第一擴頻信號增加噪聲，并且根據(jù)多徑衰落模塊對第一擴頻信號模擬多徑衰 落傳輸，使第一擴頻信號具有加性噪聲且收到多徑衰落的影響，因此，得到的第三擴頻信號 更加仿真，具有實際應(yīng)用的意義。在本發(fā)明的一個實施例中，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)明的一個實施例中，所述混沌直接序列擴頻信號的發(fā)射裝置還包括第一按 鍵脈沖捕捉器，當所述第一按鍵脈沖捕捉器被第一至第十次觸發(fā)時，依次選擇所述第一至 第十混沌發(fā)生器。在本發(fā)明的一個實施例中，所述混沌直接序列擴頻信號的發(fā)射裝置還包括第二按 鍵脈沖捕捉器，當所述第二按鍵脈沖捕捉器被觸發(fā)時，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)明的一個實施例中，產(chǎn)生所述信噪比為SdB或信道無噪聲。在本發(fā)明的一個實施例中，所述混沌信號為32位。在本發(fā)明的一個實施例中，所述混沌直接序列擴頻信號的發(fā)射裝置設(shè)置在 XtremeDSP開發(fā)板上。本發(fā)明第二方面的實施例提出一種混沌直接序列擴頻信號的接收裝置，包括混 沌狀態(tài)估計模塊，所述混沌狀態(tài)估計模塊用于上述第一擴頻信號或第三擴頻信號、上一時 鐘周期的信息碼和上一時鐘周期的混沌信號計算當前時鐘周期的混沌信號；信息碼估計模 塊，所述信息碼估計模塊用于根據(jù)所述第一擴頻信號或第三擴頻信號、上一時鐘周期的信 息碼和上一時鐘周期的混沌狀態(tài)估計信號計算當前時鐘周期的信息碼，并把所述當前時鐘 周期的信息碼發(fā)送給所述混沌狀態(tài)估計模塊；加法器，所述加法器用于根據(jù)所述上一時鐘 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鐘周期的混沌狀態(tài)估計信號；和延 遲模塊，所述延遲模塊用于延遲所述當前時鐘周期的混沌信號一時鐘周期，并把延遲后的 混沌信號發(fā)送給所述混沌狀態(tài)估計模塊。根據(jù)本發(fā)明實施例的混沌直接序列擴頻信號的接收裝置，信息碼估計模塊通過對 上述發(fā)射裝置發(fā)送的擴頻信號進行計算以解調(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，具有重要的工程實用意義。另外，針對混沌直接序列擴頻通信的研究，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)、初值完全未知的擴頻信號的信息碼， 因此，能夠應(yīng)用于擴頻信號發(fā)射裝置與接收裝置非合作的情況，更具有實際意義。在本發(fā)明的一個實施例中，所述混沌狀態(tài)估計模塊與所述信息碼估計模塊第一次 運行時，所述上一時鐘周期的信息碼、所述上一時鐘周期的混沌狀態(tài)估計信號和所述上一 時鐘周期的混沌信號分別為預(yù)設(shè)估計值。在本發(fā)明的一個實施例中，所述信息碼估計模塊用于根據(jù)無先導(dǎo)卡爾曼濾波方程 計算所述下一時鐘周期的信息碼，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制信息碼擴頻加密以 生成第一擴頻信號。
2.如權(quán)利要求1所述的混沌直接序列擴頻信號的發(fā)射裝置，其特征在于，所述第一選 通器用于判斷所述二進制信息碼在當前時鐘周期的二進制位為1或者0，并在所述二進制 信息碼當前時鐘周期的二進制位為1時，控制所述當前時鐘周期的混沌信號與所述當前時 鐘周期的二進制位相乘以形成第一擴頻信號，以及在所述二進制信息碼當前時鐘周期的二 進制位為0時，控制所述當前時鐘周期的混沌信號取反以形成第一擴頻信號。
3.如權(quán)利要求1所述的混沌直接序列擴頻信號的發(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頻信號進行多徑傳輸以形成第二 擴頻信號；加法器，所述加法器用于控制所述高斯噪聲和所述第二擴頻信號相加以得到第三擴頻 信號；和第二選通器，所述第二選通器用于接收所述第一擴頻信號和所述第三擴頻信號并控制 所述第一擴頻信號和所述第三擴頻信號的輸出。
4.如權(quán)利要求1所述的混沌直接序列擴頻信號的發(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，當所述第一按鍵脈沖捕捉器被第一至第十次觸發(fā)時，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，當所述第二按鍵脈沖捕捉器被觸發(fā)時，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任一項所述的混沌直接序列擴頻信號的發(fā)射裝置，其特征在于，所 述混沌直接序列擴頻信號的發(fā)射裝置設(shè)置在XtremeDSP開發(fā)板上。
10.一種混沌直接序列擴頻信號的接收裝置，其特征在于，包括混沌狀態(tài)估計模塊，所述混沌狀態(tài)估計模塊用于根據(jù)如權(quán)利要求3所述第一擴頻信號 或第三擴頻信號、上一時鐘周期的信息碼和上一時鐘周期的混沌信號計算當前時鐘周期的 混沌信號；信息碼估計模塊，所述信息碼估計模塊用于根據(jù)所述第一擴頻信號或第三擴頻信號、 上一時鐘周期的信息碼和上一時鐘周期的混沌狀態(tài)估計信號計算當前時鐘周期的信息碼，并把所述當前時鐘周期的信息碼發(fā)送給所述混沌狀態(tài)估計模塊；加法器，所述加法器用于根據(jù)所述上一時鐘周期的混沌信號與預(yù)定誤差因子相加以形 成所述上一時鐘周期的混沌狀態(tài)估計信號；和延遲模塊，所述延遲模塊用于延遲所述當前時鐘周期的混沌信號一時鐘周期，并把延 遲后的混沌信號發(fā)送給所述混沌狀態(tài)估計模塊。
11.如權(quán)利要求10所述的混沌直接序列擴頻信號的接收裝置，其特征在于，所述混沌 狀態(tài)估計模塊與所述信息碼估計模塊第一次運行時，所述上一時鐘周期的信息碼、所述上 一時鐘周期的混沌狀態(tài)估計信號和所述上一時鐘周期的混沌信號分別為預(yù)設(shè)估計值。
12.如權(quán)利要求10所述的混沌直接序列擴頻信號的接收裝置，其特征在于，所述信息 碼估計模塊用于根據(jù)無先導(dǎo)卡爾曼濾波方程計算所述下一時鐘周期的信息碼，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頻信號的接收裝置，其特征在于，所述混沌 狀態(tài)估計模塊根據(jù)另一無先導(dǎo)卡爾曼濾波方程計算所述下一時鐘周期的混沌信號，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)估計值由混沌映射收斂得到，其中，所述混沌映射表達式為)(n+1 = A-B |Χη|，其中，當η為0時，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頻信號的接收裝置，其特征在于，當所述噪 聲存在時，所述信息碼估計模塊用于計算當前時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任一項所述的混沌直接序列擴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制信息碼擴頻加密以生成第一擴頻信號。該接收裝置包括混沌信號估計模塊，用于計算當前時鐘周期的混沌信號；和信息碼估計模塊，用于計算當前時鐘周期的信息碼。應(yīng)用本發(fā)明的混沌直接序列擴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)