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基于混沌同步的海量信息传输研究

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袁佳良

【摘?要】为了实现无线通信的必威体育官网网址性，并使其信息传输量大幅提升，利用混沌通信及多址技术原理，通过将各路不同的混沌信号分别加载到一组周期归一化沃尔什正交函数上，再将此多路混合信号加载到一组时延信号上，经过码分、时分的混合混沌信号作为发送端信息在信道上传输。通过理论推导及分析，建立此数学模型并在Simulink环境下进行动态仿真，对方案的正确性和有效性进行了验证，实现了信息传输量的提升。

【关键词】混沌必威体育官网网址通信;时分多址;码分多址;时分码分混合多址传输

1??引言

混沌现象是出现在确定性系统中具有非周期性、内随机性、有界性的类随机行为。自从混沌控制与混沌同步取得重大发展突破以来，国际和国内兴起了一种新的必威体育官网网址通信技术——混沌通信技术，目前该技术已实施应用。在混沌必威体育官网网址技术中，可以利用混沌同步及混沌数字编码进行必威体育官网网址通信。因为混沌系统对初始状态极其敏感，若初始条件稍有不同就会对混沌时间序列信号产生较大波动，使得窃听者完全无法复制出混沌载波，即无法利用混沌同步时间序列窃取到所需信号，这使得混沌通信系统实现了高必威体育官网网址性。

2??基于混沌同步的必威体育官网网址通信原理

在基于混沌理论的通信系统中，所传播的混沌信号是极其不规则的，如何从毫无规则的信号中调解出所需要的信号就是混沌通信需要解决的问题。通常应用混沌同步原理来解决这个问题。混沌同步是指两个混沌系统在耦合作用下使其混沌运动达到一致的过程，实现两个系统混沌狀态的完全重构。在通信系统中即指使接收端与发送端这两个混沌系统状态达到一致。

基于数学理论的混沌同步定义如下所示。

基于混沌同步的必威体育官网网址通信系统的基本思路是把所需传输的有用信息源加载至混沌系统产生的混沌信号上，生成类噪声信号，实现信息源加密，从而保证在传输过程中信息无法被解调出来，达到必威体育官网网址的目的。当该混合混沌信号到达接收端后，再由相应的混沌系统分离得到原传输信号，从而实现解密。

确保混沌同步必威体育官网网址通信系统安全的关键是使接收端与发送端的参数值一致，其中接收端必须使用与发送端产生混沌系统相同的且物理参数一致的硬件，即接收端需要具备与发送端混沌同步的信息。由于混沌信号的复杂随机性，为确保信号在传输过程中不被破译，在实际应用中，混沌同步系统允许有参数偏差范围，且该偏差范围越小，系统的必威体育官网网址性越高。

3??多址传输技术

时分复用是通过分配给M个信号或用户不同的时隙来实现通信资源共享，其信息传输系统利用方块脉冲函数Blo（n，p，t），n=0，1，2，…，2P-1，t∈[t1，t2），TS=t2-t1作为分离信号集用于时分多路信号的正交分割。码分多址则是利用不同波形或码型作为分路信号副载波，其信息传输系统的分离信号集为一组彼此正交的波形函数，如沃尔什函数、哈尔函数等，这些函数相互正交构成正交码来实现理想正交分割。多址技术具有较强的抗干扰能力，并且有利于提升系统容量及频率利用率，因此得到了较广泛的应用。

4??混沌时分码分混合多址技术

混沌必威体育官网网址通信的基本思路是将混沌信号作为载波，把需要传输的信号隐藏在混沌载波中，在接收端利用混沌属性或同步特性解调出所传输的信息。对加载至混沌载波上的调制信号，首先将各路不同的混沌信号分别加载到一组周期归一化沃尔什正交函数上，再将经过沃尔什函数调制的多路混合信号加载到一组时延信号上，这样经过两次码分、时分的混合混沌信号作为发送端的传输信息在信道上传输，利用多址信道传输，实现信息传输量的大量提升。

4.1?信号的正交分割模型

假设在同一信道中传输N路信号，不妨记为f1（t），f2（t），…，fN（t）。取一组沃尔什函数，w1（t），w2（t），…，wN（t），t∈[t1，t2）是归一化正交函数，即满足条件：

首先在发送端，分别对N个信号f1（t），f2（t），…，fN（t）进行采样，得到采样值分别为f1，f2，…，fN，将w1（t），w2（t），…，wN（t），t∈[t1，t2）作为分路副载波信号，分别用N路信号采样值来调制副载波，即：

然后在发送端将这N个已调信号叠加起来，得到多路信号：

叠加的多路信号s（t）经过同一信道传输至接收端，在不计信道噪声、传输失真及信道归一化的情况下，输出端仍为多路信号的形式。设计信号分离器，从多路信号中分离出各路信号，在数学上用分离算子描述。假设用分离算子Dm{.}表示从多路信号s（t）中分离出第m个（m=1，2，…，N）通道的fm，则应满足：

沃尔什函数是由周期性正交方波函数组成的集合，其跳跃不连续点至多为可数无穷多个，且在正交区间内分段取常数值。沃尔什函数在定义范围内仅取+1和-1。本文使用沃尔什函数作为正交函数组是因为它是取+1、-1的特殊函数，方便运算，比在无线电应用中用