基于正交混沌多用户混沌通信及其误码率

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1、基于正交混沌多用户混沌通信及其误码率摘要：为了解决多用户混沌通信系统中由于通信用户数目的增多以及混沌序列间的准正交性所引起的信道干扰问题，对不同混沌信号采用施密特（Schmidt）正交化方法产生其对应的正交混沌序列作为扩频码在加性高斯白噪声（AWGN）和瑞利（Rayleigh）衰落信道下研究多用户混沌通信系统中的误码率（BER）。首先将其统计自相关和互相关特性作为刻画正交混沌扩频码序列性能的重要指标，测试并分析各正交混沌序列的统计相关特性，同时也对其互相关特性曲线的均值和方差进行了测试与分析；然后通过两种信道仿真实验获取各正交混沌扩频码的BER，并将其与对应统计相关特性作对比揭

2、示其内在关联性；最后比较分析两种不同信道下多用户混沌通信系统的BER，并揭示信道对其的影响。仿真实验表明，两种信道下相空间混沌信号中的空时正交混沌序列都能获得较低BER，尤其是在Rayleigh衰落信道下的空时正交混沌序列能够获得更低的BER，说明所提方法能更有效地降低多用户通信中信道间的干扰，更有利于多用户通信需要。关键词：多用户混沌通信；扩频码；误码率；正交混沌序列；施密特正交化0引言8随着计算机技术、信息技术和通信技术的快速发展，信息的保密性越来越受到人们的重视与关注。1990年，Pecora等[1]对混沌同步的研究使混沌理论应用于通信系统成为可能[2]。混沌作为一种非线

3、性动力系统所特有的现象，近年来已成为各学科领域关注的一个研究热点问题，被应用在信息安全中。由于混沌信号对初值非常敏感，具有随机行为，良好的相关特性以及非周期、连续宽带频谱、类噪声等特性[3]，使得它可以代替传统的载波应用于保密通信系统中对信号进行扩频传输[4]。为了有效地利用通带带宽和混沌信号的频谱，已有学者提出了多用户混沌通信系统，设计出了基于差分混沌键控（DifferentialChaosShiftKeying，DCSK）的多址通信[5-6]等。但在实际的多用户混沌通信系统中，由于混沌扩频序列的准正交性，会产生同信道干扰问题，而且同一信道内存在很多通信用户，随着通信用户数目

4、的增多不同用户信号间的相互干扰也会加强，同时限制了用户传递信息的数量。为了解决以上问题，文献[7]利用沃尔什（Walsh）正交函数作载波应用于非相干多用户通信系统中以便消除用户间的相互干扰；文献[8]根据施密特（Schmidt）正交化产生混沌载波的思想提出混沌正交调制通信系统，并以Logistic映射为例验证该系统的误码率（BitErrorRate，BER）性能优于混沌键控（ChaosShiftKeying，CSK）和正交混沌键控（QuadratureChaosShift8Keying，QCSK）混沌通信系统。但是上述方法只限于传统的特殊函数和经典的混沌映射信号，且都以曲线图的

5、方式来直观进行比较，并没有对系统的BER作定量分析，不能完全满足多用户混沌通信系统中数据传输的可靠性要求。为了进一步解决以上多用户混沌通信中存在的问题，以BER作为刻画多用户混沌通信系统性能的重要指标，寻找适合多用户混沌通信需要的正交混沌载波信号，本文提出了将不同混沌信号利用Schmidt正交化原理产生其对应的正交混沌载波，并将其应用于多用户混沌通信系统中传播信息比特。1混沌通信系统1.1混沌扩频通信系统混沌不仅具有高度的伪随机性，而且还具有确定性、冲激式的自相关特性以及对其初始值高度的敏感性[9-10]。为了提高扩频通信质量，本文将不同混沌信号引入扩频通信系统，所得到的混沌扩

6、频通信系统如图1所示。1.2多用户混沌通信系统8在多用户混沌扩频通信系统中，每个用户都使用与之相对应的异于其他用户的扩频码对自己所发送的信息进行扩频，其扩频码不同于扩频通信系统中的m序列、gold序列等，它采用不同的混沌信号作为扩频码。经过扩频后的数据通过脉冲成形滤波器后通过衰落信道同时到达接收端，在接收端利用其相应的扩频码分别对不同的用户信息数据进行相关解扩，恢复各个用户的原始信息。其原理如图2所示。其中：用户n是第n个信道的发送端所发的原始数据信号，与其下面的扩频码一一对应，扩频码保持混沌序列的非周期性，并从其中依次截取固定位数（如N）的码段分配给每个信息比特。至于单用户混

7、沌扩频通信系统，就是将多用户混沌扩频通信系统中的多个用户及其对应扩频码都变为一个用户及其扩频码，将用户信息数据作为信源，其具体扩频过程如图1所示，本文不再赘述。由上述不同正交混沌序列的相关性测试曲线可以看出，与单用户混沌序列相关性测试曲线明显不同，尤其是自相关性曲线，有多个冲激脉冲。其原因在于本文所应用于多用户混沌通信系统的正交混沌序列，其内部是由多个两两相互正交的部分（行或列）正交混沌序列组成，而每一个部分正交混沌序列相当于一个单用户通信的完整的混沌序列。因此，本文的正交混沌序列相关性曲线