专利名称：混沌直接序列扩频信号的发射与接收装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子信息技术领域，特别涉及一种混沌直接序列扩频信号的发射装置 与混沌直接序列扩频信号的接收装置。
背景技术：
混沌现象是非线性动力系统中出现的确定性的、类随机的过程，这种过程是非周 期的、不收敛、有界、且对初始条件极端敏感。混沌信号的非周期性、宽带频谱、类噪声、对初 始值极端敏感和长期不可预测的特性，使得它具有天然的隐蔽性和保密性，同时混沌系统 本身又是确定性的，由非线性系统的结构、参数和初始值完全确定，因此可以方便的复制， 易于实现。混沌信号的隐蔽性、易于实现的特性，使得它在通信领域有广泛的应用，尤其适 合于保密通信。近年来，将混沌理论应用于保密通信已经成为非线性动力学和信息科学界 的一个研究热点。混沌直接序列扩频是实现混沌通信的一种方式之一，在这种通信方式中，二进制 的信息序列直接与混沌载波相乘，实现扩频加密。然而，目前针对混沌直接序列扩频通信的 研究还主要集中在理论阶段，很少有实际的硬件平台实现或工程应用。首先传统的硬件电 路实现混沌通信系统的结构多是模拟系统，电路参数精度要求高，不易实现。其次，目前国 际上对于混沌直接序列扩频通信解调方法的研究基本上没有考虑信道的影响，而在实际应 用中，信道上的加性噪声是不可避免的。第三，目前国际上针对混沌直接序列扩频通信的研 究，通常是基于有方合作通信的条件下的，即假设在接收端已知发送的混沌系统结构，包括 混沌映射的方程和初值等参数。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。为此，本发明的目的在于提出一种可以产生十种不同混沌信号的混度直接序列扩 频信号的发射装置。本发明的另一目的在于提出一种对混沌系统结构、参数和初值完全未知的混沌信 号的盲解调的混沌直接序列扩频信号的接收装置。为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提出一种混沌直接序列扩频信号的发 射装置，包括混沌发生器组，所述混沌发生器组用于生成混沌信号；信息码产生器，所述 信息码产生器用于生成二进制信息码；和第一选通器，所述第一选通器用于根据所述混沌 信号对所述二进制信息码扩频加密以生成第一扩频信号。根据本发明实施例的混沌直接序列扩频信号的发射装置，第一选通器控制混沌发 生器组在每个时钟周期产生的不同混沌信号对相应时钟周期信息码产生器所产生的二进 制信息码进行相乘，以实现对上述信息码的扩频加密，由此得到第一混沌直接序列扩频信 号。由于本发明硬件系统基于FPGA，可操作性高，通过数字电路得到的系统稳定性高，而且 实现简单。
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在本发明的一个实施例中，所述第一选通器用于判断所述二进制信息码在当前时 钟周期的二进制位为1或者0，并在所述二进制信息码当前时钟周期的二进制位为1时，控 制所述当前时钟周期的混沌信号与所述当前时钟周期的二进制位相乘以形成第一扩频信 号，以及在所述二进制信息码当前时钟周期的二进制位为0时，控制所述当前时钟周期的 混沌信号取反以形成第一扩频信号。在本发明的一个实施例中，所述混沌直接序列扩频信号的发射装置还包括高斯噪 声产生器，所述高斯噪声产生器用于产生高斯噪声；多径衰落模块，所述多径衰落模块用于 对所述第一扩频信号进行多径传输以形成第二扩频信号；加法器，所述加法器用于控制所 述高斯噪声和所述第二扩频信号相加以得到第三扩频信号；和第二选通器，所述第二选通 器用于接收所述第一扩频信号和所述第三扩频信号并控制所述第一扩频信号和所述第三 扩频信号的输出。根据本发明一个实施例的混沌直接序列扩频信号的发射装置，通过高斯噪声产生 器产生对上述第一扩频信号增加噪声，并且根据多径衰落模块对第一扩频信号模拟多径衰 落传输，使第一扩频信号具有加性噪声且收到多径衰落的影响，因此，得到的第三扩频信号 更加仿真，具有实际应用的意义。在本发明的一个实施例中，所述混沌发生器组包括分别与所述第一选通器相连的 第一至第十混沌发生器，所述第一至第十混沌发生器分别对应于不同的混沌映射以产生不 同的混沌信号。在本发明的一个实施例中，所述混沌直接序列扩频信号的发射装置还包括第一按 键脉冲捕捉器，当所述第一按键脉冲捕捉器被第一至第十次触发时，依次选择所述第一至 第十混沌发生器。在本发明的一个实施例中，所述混沌直接序列扩频信号的发射装置还包括第二按 键脉冲捕捉器，当所述第二按键脉冲捕捉器被触发时，控制所述高斯噪声产生器产生不同 信噪比的高斯噪声。在本发明的一个实施例中，产生所述信噪比为SdB或信道无噪声。在本发明的一个实施例中，所述混沌信号为32位。在本发明的一个实施例中，所述混沌直接序列扩频信号的发射装置设置在 XtremeDSP开发板上。本发明第二方面的实施例提出一种混沌直接序列扩频信号的接收装置，包括混 沌状态估计模块，所述混沌状态估计模块用于上述第一扩频信号或第三扩频信号、上一时 钟周期的信息码和上一时钟周期的混沌信号计算当前时钟周期的混沌信号；信息码估计模 块，所述信息码估计模块用于根据所述第一扩频信号或第三扩频信号、上一时钟周期的信 息码和上一时钟周期的混沌状态估计信号计算当前时钟周期的信息码，并把所述当前时钟 周期的信息码发送给所述混沌状态估计模块；加法器，所述加法器用于根据所述上一时钟 周期的混沌信号与预定误差因子相加以形成所述上一时钟周期的混沌状态估计信号；和延 迟模块，所述延迟模块用于延迟所述当前时钟周期的混沌信号一时钟周期，并把延迟后的 混沌信号发送给所述混沌状态估计模块。根据本发明实施例的混沌直接序列扩频信号的接收装置，信息码估计模块通过对 上述发射装置发送的扩频信号进行计算以解调出信息码，由于信道上的加性噪声是不可避免的，上述接收装置不仅针对加性噪声信道，而且对多径衰落信道的影响能够起到抵御作 用，具有重要的工程实用意义。另外，针对混沌直接序列扩频通信的研究，通常是基于有方 合作通信的条件下的，即假设在接收端已知发送的混沌系统结构，包括混沌映射的方程和 初值等参数。而上述接收装置通过Tent混沌映射，并根据Tent与各种混沌映射的内在关系 解调出对于上述发射装置发送的混沌系统结构、参数、初值完全未知的扩频信号的信息码， 因此，能够应用于扩频信号发射装置与接收装置非合作的情况，更具有实际意义。在本发明的一个实施例中，所述混沌状态估计模块与所述信息码估计模块第一次 运行时，所述上一时钟周期的信息码、所述上一时钟周期的混沌状态估计信号和所述上一 时钟周期的混沌信号分别为预设估计值。在本发明的一个实施例中，所述信息码估计模块用于根据无先导卡尔曼滤波方程 计算所述下一时钟周期的信息码，其中，所述无先导卡尔曼滤波方程为
权利要求
1.一种混沌直接序列扩频信号的发射装置，其特征在于，包括混沌发生器组，所述混沌发生器组用于生成混沌信号；信息码产生器，所述信息码产生器用于生成二进制信息码；和第一选通器，所述第一选通器用于根据所述混沌信号对所述二进制信息码扩频加密以 生成第一扩频信号。
2.如权利要求1所述的混沌直接序列扩频信号的发射装置，其特征在于，所述第一选 通器用于判断所述二进制信息码在当前时钟周期的二进制位为1或者0，并在所述二进制 信息码当前时钟周期的二进制位为1时，控制所述当前时钟周期的混沌信号与所述当前时 钟周期的二进制位相乘以形成第一扩频信号，以及在所述二进制信息码当前时钟周期的二 进制位为0时，控制所述当前时钟周期的混沌信号取反以形成第一扩频信号。
3.如权利要求1所述的混沌直接序列扩频信号的发射装置，其特征在于，还包括高斯噪声产生器，所述高斯噪声产生器用于产生高斯噪声；多径衰落模块，所述多径衰落模块用于对所述第一扩频信号进行多径传输以形成第二 扩频信号；加法器，所述加法器用于控制所述高斯噪声和所述第二扩频信号相加以得到第三扩频 信号；和第二选通器，所述第二选通器用于接收所述第一扩频信号和所述第三扩频信号并控制 所述第一扩频信号和所述第三扩频信号的输出。
4.如权利要求1所述的混沌直接序列扩频信号的发射装置，其特征在于，所述混沌发 生器组包括分别与所述第一选通器相连的第一至第十混沌发生器，所述第一至第十混沌发 生器分别对应于不同的混沌映射以产生不同的混沌信号。
5.如权利要求4所述的混沌直接序列扩频信号的发射装置，其特征在于，还包括第一按键脉冲捕捉器，当所述第一按键脉冲捕捉器被第一至第十次触发时，依次选择 所述第一至第十混沌发生器。
6.如权利要求3所述的混沌直接序列扩频信号的发射装置，其特征在于，还包括第二按键脉冲捕捉器，当所述第二按键脉冲捕捉器被触发时，控制所述高斯噪声产生 器产生不同信噪比的高斯噪声。
7.如权利要求6所述的混沌直接序列扩频信号的发射装置，其特征在于，产生所述信 噪比为SdB或信道无噪声。
8.如权利要求1所述的混沌直接序列扩频信号的发射装置，其特征在于，所述混沌信 号为32位。
9.如权利要求1-8任一项所述的混沌直接序列扩频信号的发射装置，其特征在于，所 述混沌直接序列扩频信号的发射装置设置在XtremeDSP开发板上。
10.一种混沌直接序列扩频信号的接收装置，其特征在于，包括混沌状态估计模块，所述混沌状态估计模块用于根据如权利要求3所述第一扩频信号 或第三扩频信号、上一时钟周期的信息码和上一时钟周期的混沌信号计算当前时钟周期的 混沌信号；信息码估计模块，所述信息码估计模块用于根据所述第一扩频信号或第三扩频信号、 上一时钟周期的信息码和上一时钟周期的混沌状态估计信号计算当前时钟周期的信息码，并把所述当前时钟周期的信息码发送给所述混沌状态估计模块；加法器，所述加法器用于根据所述上一时钟周期的混沌信号与预定误差因子相加以形 成所述上一时钟周期的混沌状态估计信号；和延迟模块，所述延迟模块用于延迟所述当前时钟周期的混沌信号一时钟周期，并把延 迟后的混沌信号发送给所述混沌状态估计模块。
11.如权利要求10所述的混沌直接序列扩频信号的接收装置，其特征在于，所述混沌 状态估计模块与所述信息码估计模块第一次运行时，所述上一时钟周期的信息码、所述上 一时钟周期的混沌状态估计信号和所述上一时钟周期的混沌信号分别为预设估计值。
12.如权利要求10所述的混沌直接序列扩频信号的接收装置，其特征在于，所述信息 码估计模块用于根据无先导卡尔曼滤波方程计算所述下一时钟周期的信息码，其中，所述 无先导卡尔曼滤波方程为
13.如权利要求10所述的混沌直接序列扩频信号的接收装置，其特征在于，所述混沌 状态估计模块根据另一无先导卡尔曼滤波方程计算所述下一时钟周期的混沌信号，其中， 所述另一无先导卡尔曼滤波方程为
14.如权利要求11所述的混沌直接序列扩频信号的接收装置，其特征在于，所述混沌 信号的预设估计值由混沌映射收敛得到，其中，所述混沌映射表达式为)(n+1 = A-B |Χη|，其中，当η为0时，A、B和\为预设值。
15.如权利要求12所述的混沌直接序列扩频信号的接收装置，其特征在于，当所述噪 声存在时，所述信息码估计模块用于计算当前时钟周期的信息码的无先导卡尔曼滤波方程 为
16.如权利要10-15任一项所述的混沌直接序列扩频信号的接收装置设置在 XtremeDSP开发板上。
全文摘要
本发明提出一种混沌直接序列扩频信号的发射与接收装置，该发射装置包括混沌发生器组，用于生成混沌信号；信息码产生器，用于生成二进制信息码；和第一选通器，用于根据所述混沌信号对所述二进制信息码扩频加密以生成第一扩频信号。该接收装置包括混沌信号估计模块，用于计算当前时钟周期的混沌信号；和信息码估计模块，用于计算当前时钟周期的信息码。应用本发明的混沌直接序列扩频信号接收装置通过引入跟踪误差因子，能够对发射装置发送的混有噪声并且经过多径衰落的扩频信号有效的解调出信息码。
文档编号H04B1/7075GK102082582SQ20111003988
公开日2011年6月1日 申请日期2011年2月17日 优先权日2011年2月17日
发明者徐新智, 白鹭, 郭静波 申请人:清华大学