FPGA發(fā)生器混沌跳頻序列設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).doc

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1、基于FPGA發(fā)生器的混沌跳頻序列的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)凌聰，準(zhǔn)會員，IEEE和吳曉芙摘要：基于混沌的偽噪聲（PN）序列是傳播頻譜（SS）通信行列中最有前途的一種通信方式。本文涉及混亂頻率的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)跳頻（FH）的序列發(fā)生器兩方面，它們都與當(dāng)前的FH/SS技術(shù)兼容。一個(gè)簡單的發(fā)電機(jī)，采用的是非線性自回歸（AR）的過濾器結(jié)構(gòu)，這是以隨機(jī)序列模型和度量熵隨機(jī)序列的生成為基礎(chǔ)的。傳統(tǒng)的PN序列干擾發(fā)生器要符合序列履行期間和家庭規(guī)模的跳頻要求。此外，基于混沌的跳頻序列發(fā)生器原型可以應(yīng)用于可編程門陣列（FPGA）和各種執(zhí)行測試中。發(fā)生器產(chǎn)生長期的跳頻序列均勻

2、分布在可用帶寬中，它具有大型線性復(fù)雜度以及最理想的漢明等相關(guān)屬性。這些結(jié)果表明，成本效益性能良好的發(fā)電機(jī)有潛力被納入到現(xiàn)有的FH系統(tǒng)中。關(guān)鍵詞：混沌，現(xiàn)場可編程門陣列，頻率跳通信，隨機(jī)生成序列。1.引言在過去十年的研究中，我們得出了即將在混沌通信方面占主導(dǎo)地位的是數(shù)字的結(jié)論，因?yàn)榛煦绶蔷€性固有的參數(shù)在電子設(shè)備中不會出現(xiàn)再生困難的現(xiàn)象，同時(shí)也可以提供確切的偏差，唯一的數(shù)字模擬系統(tǒng)的混沌信號計(jì)劃是與現(xiàn)代通信系統(tǒng)兼容的。其中的各種數(shù)字化應(yīng)用，主要有兩個(gè)，即混沌加密的安全性和基于混沌偽噪聲（PN）序列擴(kuò)頻（SS）通信，這兩方面即將被納入現(xiàn)有的系

3、統(tǒng)中，因?yàn)樗麄儗ζ渌易兓d波通信系統(tǒng)[1]功能塊不做要求。新的世紀(jì)的開始，我們應(yīng)該看到基于混沌通信在某些環(huán)境下的系統(tǒng)是可以實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)。PN序列被廣泛的用于擴(kuò)頻碼直接序列（DS）的SS系統(tǒng)和跳頻模式跳頻（FH）系統(tǒng)[1]中?；诨煦绲脑O(shè)計(jì)提供近似非線性PN序列的一類新正交性，尤其是寶貴的異步碼分多址接入（CDMA）系統(tǒng)。對于DS序列[2]-[4]或FH[5]系統(tǒng)的積極探索和研究的結(jié)果是令人鼓舞的。當(dāng)前的SS系統(tǒng)集成了這些序列。混沌PN序列的相關(guān)特性類似，在某些情況下，甚至比他們的線性更好?；煦缧蛄械木_設(shè)計(jì)和分析在傳統(tǒng)的代數(shù)方法下一般

4、是不可能實(shí)現(xiàn)的，研究人員或多或少的依靠統(tǒng)計(jì)方法。其中許多的設(shè)計(jì)方法，例如基于隨機(jī)序列的模型，它使設(shè)計(jì)更容易處理問題，盡管它在一般情況下不是最好的。此外，許多SS文獻(xiàn)中，建立隨機(jī)序列模型的有效性的表現(xiàn)使得在異步CDMA系統(tǒng)中使用長周期序列的分析成為可能。從理論上講，統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生純粹的隨機(jī)序列混沌的系統(tǒng)精度是無限的?？麓髞喓吞厮柜R達(dá)[6]導(dǎo)出足夠的條件可以產(chǎn)生純粹的隨機(jī)二進(jìn)制序列。瓦薩里和科倫巴[7]提出了兩種方法從一個(gè)獨(dú)立的連續(xù)數(shù)字提高到另一個(gè)混沌鎖相環(huán)（PLLS）采樣。文獻(xiàn)[5]是一個(gè)更方便的方法去判斷一個(gè)混沌系統(tǒng)是否能夠生產(chǎn)純隨機(jī)

5、序列。從數(shù)字的混亂局面得到的序列發(fā)電機(jī)，必然有一個(gè)有限的時(shí)期，當(dāng)然，沒有真正隨機(jī)的，但精心設(shè)計(jì)的混沌PN序列的性質(zhì)非常接近隨機(jī)序列。這些序列在CDMA系統(tǒng)中，在多個(gè)訪問隨機(jī)的基礎(chǔ)上可以得出相同的性能序列模型。馬志尼的想法[4]是不同于文獻(xiàn)[5]-[7]的，它試圖增加基于混沌的能力DS/CDMA系統(tǒng)。導(dǎo)致序列執(zhí)行略優(yōu)于隨機(jī)序列。然而，分析[8]發(fā)現(xiàn)，混沌基礎(chǔ)蔓延的純粹最大增益的隨機(jī)序列碼14％左右能力可能僅有0.1個(gè)分貝。此外，相當(dāng)小的增益要以相關(guān)的退化來作為代價(jià)，這將影響光譜特性序列的初始收購。例如，最大歸自相關(guān)旁瓣的幅度將為0.25，

6、以實(shí)現(xiàn)完整的0.1dB的獲得。在文獻(xiàn)[9]和[10]中被報(bào)道的結(jié)果是獨(dú)立的，這表明更準(zhǔn)確的增益最多是15％分析。這種現(xiàn)象符合眾所周知的韋爾奇和司德福[1]擴(kuò)頻序列，雙胞胎的自相關(guān)和互相關(guān)是不可能取得的，觀察到了很多建設(shè)中的傳統(tǒng)擴(kuò)頻序列（例如文獻(xiàn)[11]）。由于要在不顯著的多個(gè)訪問中使所獲得的混沌序列的性能改善，不考慮相關(guān)的負(fù)面影響，純隨機(jī)序列模型似乎就更有吸引力整。圖1.阻止了小擾動的混沌跳頻序列發(fā)生器的框圖DS和FH是CDMA技術(shù)的兩個(gè)主要類型。與DS相比，F(xiàn)H的主要優(yōu)勢是，它可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)更廣泛的頻率帶寬，可以和帶寬不連續(xù)。另一個(gè)功

7、率控制的優(yōu)點(diǎn)就是要求要比一個(gè)多用戶系統(tǒng)要少得多。在DS系統(tǒng)，精確的功率控制抵抗遠(yuǎn)近效應(yīng)是至關(guān)重要的。這兩個(gè)跳頻優(yōu)勢在許多應(yīng)用中將是決定性的。在跳頻通信系統(tǒng)，它是受雇于每個(gè)用戶產(chǎn)生一個(gè)PN發(fā)生器“隨機(jī)”序列的頻率的。這樣的系統(tǒng)要求套跳頻序列，除了具有良好的海明相關(guān)的屬性，還應(yīng)該具有長期和大線性復(fù)雜度[12][13]。由于其他用戶的存在，首先要求減少干擾，并有助于系統(tǒng)自同步能力，而第二個(gè)第三個(gè)則要求在重復(fù)序列生成的通信機(jī)制中防止智能干擾。大多數(shù)的跳頻序列的構(gòu)造通過代數(shù)方法[1]，[12]-[14]。本文致力于符合上述要求的混亂基于跳頻序列。

8、基于上述正當(dāng)隨機(jī)的設(shè)計(jì)方法序列模型。文獻(xiàn)[5]報(bào)道的初步結(jié)果表明，這些序列在下界漢明相關(guān)的漸近方面是欠佳的。 基于混沌擴(kuò)頻的設(shè)計(jì)與分析，已經(jīng)奠定了混沌PN序列走向?qū)嶋H應(yīng)用。然而，據(jù)筆者所知，混沌PN序列的硬