一些新扩频码的构造及其性能分析

摘要

如今信息化时代步伐加快，信息安全在军事通信中的作用越来越重要，人们对传输信息的要求越来越高，鉴于扩频通信具有良好的保密性、抗截获和抗干扰能力，以及码分多址等优点，目前扩频通信在民用通信、军事通信中的应用越来越多。直接序列扩频通信系统成为了一种技术最成熟、应用最广泛的扩频通信方式，在直扩通信系统中，通信系统符号间干扰的大小和多址干扰的强度很大程度上取决于扩频码序列特性的优劣，导致系统性能受到直接影响。因此，对扩频序列性质的深入研究、寻找具有优良性能扩频序列的设计方案是直扩通信系统的核心课题，同时成为本论文的主要研究内容。
　　本论文首先介绍了扩频通信理论的发展、扩频通信的基础知识及其相关理论。其次，从不同的角度分类、讨论了扩频码序列，着重研究了三元组扩频序列、混沌理论、自编码扩频通信系统及其改进序列的设计方法，本文取得的主要研究成果如下:
　　第一，首先简要介绍扩频技术，然后以序列生成器的不同作为区分扩频序列的主要手段，研究了不同种类的扩频序列的优缺点，总结出扩频码应具备的优良特性，以便为新扩频序列的提出做准备。扩频序列应具备良好的自相关性、互相关性、平衡性、游程性、复杂性和混沌性等基本的数学统计特性，最后本文给予了简明扼要的分析。
　　第二，简要介绍了由用户的输入信息、选择的广义信息作为初值和背景、空间轨迹变换作为算法的三元组随机数序列，对该体制新颖的序列进行经典正交变换和均匀同态变换，获得互相关性好的正交三元组扩频码和随机性高的同态三元组扩频码。然后性能测试并验证分析正交三元组扩频序列和同态三元组扩频码的相关性、平衡度和Lyapunov指数，以及在直扩通信系统中的误码率，结果表明:三元组扩频码的性能优良，并且误码率较低，尤其是正交三元组扩频序列的误码率最低，可以替代PN序列作为扩频通信系统的扩频码。
　　第三，简要介绍从信源信息序列中获取扩频码的自编码扩频通信系统，研究了混沌映射、二维离散超混沌映射与自编码扩频序列融合的方式和相空间轨迹重构法改进自编码扩频序列的方式，基于AR自编码扩频序列获取了混沌-AR自编码扩频序列、超混沌-AR自编码扩频序列和相空间-AR自编码扩频序列，通过软件仿真同时分析检验扩频序列的性能和传输误码率。
　　第四，利用多用户通信系统模型，在高斯白噪声信道和瑞利信道中仿真论文提出的扩频码和传统扩频序列在不同信噪比下的误码率。同时验证了不同扩频增益下各种扩频码的误码率差别很大，随着扩频增益的提高，通信系统的误码率降低。
　　本文提出的扩频序列较传统扩频码有较强的复杂度和随机性，可以提高通信系统的安全性以及传输信息的抗截获性。若以传输信息的误码率作为评价扩频序列的主要指标，则相空间AR自编码扩频序列是本文扩频码中最优的，然后分别是超混沌-AR自编码扩频序列、混沌-AR自编码扩频序列和正交三元组扩频码，相对较差的是同态三元组扩频码。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的目的与意义

1．2 扩频通信的研究现状

1．3 本文的主要研究工作

1．4 本文的内容安排

第二章 扩频通信系统

2．1 扩频通信系统概述

2．2 扩频通信的基本性能参数

2．2．1 处理增益

2．2．2 抗干扰容限

2．3 扩频通信系统的分类

2．3．1 直接序列扩频通信系统

2．3．2 频率跳变扩频通信系统

2．3．3 时间跳变扩频通信系统

2．3．4 混合扩频通信系统

2．4 扩频码序列

2．4．1 线性反馈移位寄存器序列

2．4．2 混沌序列

2．4．3 同余序列

2．4．4 真随机数序列

2．5 扩频序列性能分析

2．5．1 扩频码相关性

2．5．2 扩频码平衡性

2．5．3 扩频码复杂度

2．5．4 扩频码混沌性

2．6 本章小结

第三章 三元组扩频码及扩频通信性能研究

3．1 三元组随机数序列

3．1．1 重构背景信息

3．1．2 三元组随机数序列生成过程

3．2 三元组扩频码构造

3．2．1 同态三元组扩频码

3．2．2 正交三元组扩频码

3．3 三元组扩频码的性质

3．4 三元组扩频码性能分析

3．4．1 三元组扩频码平衡度分析

3．4．2 三元组扩频码相关性分析

3．4．3 三元组扩频码Lyaptnov指数分析

3．5 三元组扩频码误码率分析

3．5．1 通信系统误码率

3．5．2 蒙特卡洛直扩扩频通信仿真模型

3．5．3 三元组扩频码仿真结果

3．6 本章小结

第四章 混沌-AR自编码序列及扩频通信性能研究

4．1 自编码扩频通信系统简述

4．1．1 自编码扩频通信系统

4．1．2 AR自编码扩频通信系统

4．2 混沌理论基本原理及系统模型

4．2．1 混沌系统基本原理

4．2．2 混沌系统模型

4．3 混沌-AR自编码扩频序列的生成方法及性质

4．3．1 混沌保密通信

4．3．2 混沌-AR自编码扩频序列的生成方法

4．3．3 混沌-AR自编码扩频序列的性质

4．4 超混沌-AR自编码扩频序列的生成方法及性质

4．4．1 超混沌映射

4．4．2 超混沌-AR自编码扩频序列的生成方法

4．4．3 超混沌-AR自编码扩频序列的性质

4．5 相空间-AR自编码扩频序列的生成方法及性质

4．5．1 相空间基本原理

4．5．2 相空间-AR自编码扩频序列的生成方法

4．5．3 相空间-AR自编码扩频序列的性质

4．6 改进AR自编码扩频序列的性能分析

4．6．1 改进AR自编码扩频序列的分布均匀性分析

4．6．2 改进AR自编码扩频序列的平衡性分析

4．6．3 改进AR自编码扩频序列的相关性分析

4．6．4 改进AR自编码扩频序列的复杂度分析

4．7 改进AR自编码扩频序列的误码率

4．8 本章小结

第五章 多用户扩频通信系统

5．1 扩频通信系统

5．1．1 单用户扩频通信系统

5．1．2 多用户扩频通信系统

5．2 信道模型

5．2．1 高斯白噪声信道模型

5．2．2 瑞利衰落信道模型

5．3 多用户通信系统误码率计算

5．4 通信系统的误码率

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 未来展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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