專利名稱：一種M－ary擴(kuò)頻通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水聲通信領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及用于遠(yuǎn)程水聲通信中的一種M-ary擴(kuò)頻通信方法。
背景技術(shù)：
一般而言，遠(yuǎn)程水聲通信的距離在20km至200km之間。通信信號(hào)經(jīng)過遠(yuǎn)距離的傳播之后衰減嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致誤碼率提高以至無(wú)法正常通信。解決這一問題可從兩個(gè)方面入手一方面，海水的聲吸收系數(shù)隨頻率的提高迅速增加，所以遠(yuǎn)程水聲通信應(yīng)選用1KHz以下的低頻，從而減小傳播損失，提高信道穩(wěn)定性，減小多普勒頻移；另一方面，可采用擴(kuò)頻通信技術(shù)，獲得擴(kuò)頻增益，提高解調(diào)信號(hào)的信噪比，減小通信的誤碼率。
常規(guī)擴(kuò)頻通信中，發(fā)送端僅分配一個(gè)擴(kuò)頻編碼，這個(gè)擴(kuò)頻編碼的正相狀態(tài)與信息數(shù)據(jù)1相對(duì)應(yīng)，反相狀態(tài)與信息數(shù)據(jù)0相對(duì)應(yīng)，發(fā)送端使用擴(kuò)頻編碼調(diào)制載波生成發(fā)射信號(hào)發(fā)出，傳送的信息數(shù)據(jù)實(shí)際上是擴(kuò)頻編碼的相位狀態(tài)。在一個(gè)擴(kuò)頻編碼的時(shí)間長(zhǎng)度T內(nèi)，傳送兩個(gè)相位狀態(tài)中的一個(gè)，獲得1bit的信息量，通信速率為R＝1/T (1)由于遠(yuǎn)程水聲通信工作在低頻段，所以采用常規(guī)的擴(kuò)頻通信技術(shù)必然引起通信速率過低，直接影響通信系統(tǒng)的實(shí)用性。
為了提高通信速率，可以使用M-ary(M元)擴(kuò)頻通信方式，基本方法是將正交的M＝2n個(gè)擴(kuò)頻編碼組成一個(gè)編碼集合，分配給發(fā)送端，發(fā)送端把待發(fā)送的nbit信息映射到編碼集合的一個(gè)特定擴(kuò)頻編碼C，調(diào)制載波之后發(fā)出；接收端在對(duì)接收信號(hào)解調(diào)之后，對(duì)編碼集合中的M個(gè)擴(kuò)頻編碼都進(jìn)行相關(guān)解碼，由于擴(kuò)頻編碼的正交性，只有C碼能匹配出通過檢測(cè)閾的相關(guān)峰值，可從C碼譯碼恢復(fù)出nbit信息，從而完成了信息的傳輸。在這種通信方式中，盡管只發(fā)射一個(gè)擴(kuò)頻編碼，但發(fā)射信號(hào)有M個(gè)狀態(tài)可供選擇，在一個(gè)擴(kuò)頻編碼的時(shí)間長(zhǎng)度T內(nèi)，發(fā)送的信息量為log2M，通信速率為R＝log2M/T (2)
可以看出，與常規(guī)擴(kuò)頻通信相比，M-ary擴(kuò)頻通信的通信速率比常規(guī)擴(kuò)頻通信的通信速率提高log2M倍。
如果從M個(gè)擴(kuò)頻編碼中任意選取r個(gè)，分別調(diào)制載波并相疊加之后形成組合信號(hào)并行發(fā)出，這樣編碼集合擴(kuò)展至CMr元，調(diào)制之后的發(fā)射信號(hào)有CMr個(gè)狀態(tài)可供選擇，在一個(gè)擴(kuò)頻編碼的時(shí)間長(zhǎng)度T內(nèi)，發(fā)送的信息量為log2CMr，通信速率為R=log2CMr/T---(3)]]>可見，經(jīng)過信號(hào)組合的M-ary擴(kuò)頻通信比常規(guī)擴(kuò)頻通信的通信速率提高log2CMr倍，所以這是一種提高遠(yuǎn)程水聲通信速率的有效手段。
從式(3)可以看出，若要提高系統(tǒng)的通信速率，問題的關(guān)鍵在于增大M，即尋找大量正交的擴(kuò)頻編碼，組成更大的編碼集合。M-ary擴(kuò)頻通信中常規(guī)的擴(kuò)頻編碼主要有m序列、Gold序列和Kasami序列等偽隨機(jī)編碼，它們一般都具有良好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性；常規(guī)擴(kuò)頻編碼通過常規(guī)調(diào)制方式(如二進(jìn)制相移鍵控BPSK)調(diào)制載波生成常規(guī)擴(kuò)頻信號(hào)，這些擴(kuò)頻編碼和擴(kuò)頻信號(hào)有如下缺點(diǎn)①常規(guī)擴(kuò)頻編碼數(shù)量有限，這一方面使得M-ary擴(kuò)頻通信方式對(duì)通信速率的提高有限，另一方面容易被截獲，如果要應(yīng)用在保密通信中，必須采用復(fù)雜的密碼算法提高系統(tǒng)的保密性能，這又使得通信系統(tǒng)成本提高，系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性降低。
②常規(guī)擴(kuò)頻信號(hào)的功率主要集中在有效頻帶中間的半帶寬之內(nèi)，還有帶外頻譜，所以頻譜利用率不高，若使用窄帶發(fā)射換能器還會(huì)造成發(fā)射信號(hào)波形失真。
③常規(guī)擴(kuò)頻信號(hào)的帶寬B和時(shí)間長(zhǎng)度T相互關(guān)聯(lián)，難以根據(jù)實(shí)際需要靈活地調(diào)整通信速率與誤碼率的關(guān)系。
因此，就需要有一種新的擴(kuò)頻編碼，該擴(kuò)頻編碼應(yīng)該具有比常規(guī)擴(kuò)頻編碼更多的編碼數(shù)量；還需要有一種適用于該擴(kuò)頻編碼的新的調(diào)制方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，利用混沌映射提供一種可獲得大量擴(kuò)頻編碼的M-ary擴(kuò)頻通信方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種M-ary擴(kuò)頻通信方法，包括如下步驟(1)由M個(gè)正交擴(kuò)頻編碼組成編碼集合；(2)用M個(gè)擴(kuò)頻編碼分別調(diào)制載波形成M個(gè)擴(kuò)頻信號(hào)；(3)從M個(gè)擴(kuò)頻信號(hào)中任意選取r個(gè)疊加為組合擴(kuò)頻信號(hào)，并將該組合擴(kuò)頻信號(hào)映射為一個(gè) 位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其中1≤r＜M， 為向下取整符號(hào)；
(4)在通信的發(fā)送端，根據(jù)要發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，發(fā)送相應(yīng)的組合擴(kuò)頻信號(hào)；(5)在通信的接收端，將接收到的所述組合擴(kuò)頻信號(hào)譯碼為二進(jìn)制數(shù)據(jù)；在步驟(1)中所述編碼集合中的正交擴(kuò)頻編碼由混沌序列生成，包括兩種方式。
一種方式，所述的正交擴(kuò)頻編碼為由混沌序列量化而成的二元序列。所述混沌序列的量化方法為設(shè)定一預(yù)定值，將混沌序列中小于該預(yù)定值的值量化為0，大于等于該預(yù)定值的值量化為1。在步驟(2)中所述調(diào)制載波的方法為二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制。
另一種方式，所述的正交擴(kuò)頻編碼為混沌序列。在步驟(2)中所述調(diào)制載波的方法為混沌調(diào)頻，所述混沌調(diào)頻是指將混沌序列直接作為調(diào)制信號(hào)調(diào)頻于載波之上形成調(diào)頻信號(hào)。所述調(diào)頻信號(hào)為s(t)＝Acos(ω0t+B∫c(t)dt) 0≤t≤T其中調(diào)制信號(hào)c(t)為c(t)=Σn=0N-1k(n){u[t-nT0]-u[t-(n+1)T0]}/2,0≤t≤T;]]>其中，T為s(t)的時(shí)間長(zhǎng)度，ω0為中心頻率，B為調(diào)制指數(shù)，k(n)為長(zhǎng)度為N的混沌序列，混沌序列中的每個(gè)碼元占用的調(diào)頻時(shí)間為T0＝T/N，u(t)為階躍函數(shù)；r(t)為斜坡函數(shù)，是u(t)的積分結(jié)果。
所述的混沌序列由改進(jìn)的kent映射生成，所述改進(jìn)的kent映射為 其中，0＜a＜1，-1≤k(n)≤1。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于①提高了遠(yuǎn)程水聲通信的通信速率；②提高了信號(hào)的頻譜利用率；③可以靈活地調(diào)整通信速率和誤碼率的關(guān)系；④提高了通信的保密性能，降低了截獲率。


圖1是長(zhǎng)度511的Kent序列的相關(guān)特性，其中(1)為自相關(guān)特性，(2)為互相關(guān)特性；
圖2是長(zhǎng)度511的量化Kent序列的相關(guān)特性，其中(1)為自相關(guān)特性，(2)為互相關(guān)特性；圖3是混沌調(diào)頻信號(hào)的相關(guān)特性，其中(1)為自相關(guān)特性，(2)為互相關(guān)特性；圖4是混沌調(diào)頻信號(hào)和常規(guī)Gold碼擴(kuò)頻通信信號(hào)的頻譜，其中(1)為混沌調(diào)頻信號(hào)的頻譜，(2)為Gold碼擴(kuò)頻通信信號(hào)的頻譜；圖5是混沌調(diào)頻M-ary水聲通信系統(tǒng)組成方框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述。
在本發(fā)明中，要獲得一個(gè)編碼集合，首先要得到本發(fā)明所需要的混沌序列?；煦绗F(xiàn)象是在非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中出現(xiàn)的確定性的、類似隨機(jī)的過程，這種過程非周期，不收斂但有界，并且對(duì)初始值(種子)有極其敏感的依賴性?；煦缧蛄械念愲S機(jī)特性非常適合于通信中的偽噪聲調(diào)制；更重要的是，由于混沌系統(tǒng)對(duì)初始值的敏感依賴性，初始值稍有不同，經(jīng)過多次迭代之后就能產(chǎn)生不相關(guān)的序列，所以混沌映射可以提供數(shù)量眾多、非相關(guān)、類隨機(jī)而又確定可再生的混沌序列。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可對(duì)Kent映射加以改進(jìn)，將它迭代生成的混沌序列運(yùn)用在水聲通信中。
考察改進(jìn)型的Kent映射 改進(jìn)型的Kent映射所產(chǎn)生的混沌序列的概率密度函數(shù)為 利用Kent混沌序列的概率密度函數(shù)可以得到它的統(tǒng)計(jì)特性平均值為0；互相關(guān)函數(shù)為0；自相關(guān)函數(shù)R(m)在m＝0時(shí)為1/3，m≠0時(shí)為0，如果采用歸一化形式，則有R(m)在m＝0時(shí)為1，m≠0時(shí)為0。從統(tǒng)計(jì)特性可以看出，Kent混沌序列具有良好的正交性。
在[-1，1]之間優(yōu)選一組種子k(0)，用(4)式的差分方程迭代產(chǎn)生混沌序列，序列長(zhǎng)度511，作相關(guān)運(yùn)算，相關(guān)特性如圖1所示，其中(1)為該混沌序列的自相關(guān)特性，(2)為其互相關(guān)特性，從圖中可知該混沌序列的自相關(guān)旁瓣峰值0.120，互相關(guān)峰值0.136?？梢娀煦缧蛄邢嚓P(guān)特性優(yōu)良，并且數(shù)量眾多，正是由于混沌序列數(shù)量眾多，還可以進(jìn)一步優(yōu)選出相關(guān)特性更好的序列集合，所以混沌序列特別適于用在M-ary擴(kuò)頻通信中。
但是，混沌序列和常規(guī)擴(kuò)頻序列(例如m序列、Gold序列和Kasami序列)有一個(gè)重要的區(qū)別混沌序列不是二元序列，而通常擴(kuò)頻通信需要使用二元序列通過BPSK方式調(diào)制載波進(jìn)行頻譜擴(kuò)展。BPSK簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)就是在二元序列為1時(shí)發(fā)送0相位的載波，為0時(shí)發(fā)送π相位的載波。在前述的改進(jìn)型的Kent映射中，可將值域在[-1，1]之間的混沌序列量化成二元序列，即將原混沌序列中小于0的值量化為0，大于等于0的值量化為1，形成新的量化混沌序列。將上述的混沌序列進(jìn)行量化處理得到2個(gè)量化混沌序列，作相關(guān)運(yùn)算，相關(guān)特性如圖2所示，其中(1)為該量化混沌序列的自相關(guān)特性，(2)為其互相關(guān)特性，從圖中可知該量化混沌序列的自相關(guān)旁瓣峰值0.123，互相關(guān)峰值0.141。
在混沌序列量化為二元序列之后，即可將其作為擴(kuò)頻編碼而應(yīng)用于常規(guī)的M-ary擴(kuò)頻通信中。例如，使用該量化的混沌序列通過BPSK方式調(diào)制載波進(jìn)行頻譜擴(kuò)展。
但是，比較量化處理前后的混沌序列，發(fā)現(xiàn)量化混沌序列的自相關(guān)旁瓣峰值和互相關(guān)峰值比量化前稍有增大，這是因?yàn)榱炕^程降低了混沌序列的類隨機(jī)性，也就不能充分保持原混沌序列的良好相關(guān)性能了，在用于水聲通信時(shí)，會(huì)造成碼間干擾增強(qiáng)。
為了充分利用原混沌序列的良好相關(guān)性能，本發(fā)明提出一種優(yōu)選的調(diào)制方式--混沌調(diào)頻。在這里，混沌調(diào)頻是指將混沌序列直接作為調(diào)制信號(hào)調(diào)頻于載波之上，而不再對(duì)混沌序列進(jìn)行量化處理?；煦缯{(diào)頻詳細(xì)描述如下混沌調(diào)頻信號(hào)的表達(dá)式為s(t)＝Acos(ω0t+B∫c(t)dt) 0≤t≤T(6)混沌調(diào)頻信號(hào)瞬時(shí)頻率的表達(dá)式為ω(t)＝ω0+Bc(t)0≤t≤T(7)其中，T為s(t)的時(shí)間長(zhǎng)度，ω0為中心頻率，B為調(diào)制指數(shù)，此處為調(diào)頻信號(hào)帶寬，c(t)為調(diào)制信號(hào)。
k(n)(n＝0，…，N-1)為混沌序列，例如前述的kent混沌序列，其長(zhǎng)度為N?；煦缧蛄兄械拿總€(gè)碼元占用的調(diào)頻時(shí)間為T0＝T/N，則調(diào)制信號(hào)c(t)的表達(dá)式為c(t)=Σn=0N-1k(n){u[t-nT0]-u[t-(n+1)T0]}/2,0≤t≤T---(8)]]>
代入式(6)和(7)得s(t)=Acos{ω0t+BΣn=0N-1k(n){r[t-nT0]-r[t-(n+1)T0]}/2},0≤t≤T---(9)]]>ω(t)=ω0+BΣn=0N-1k(n){u[t-nT0]-u[t-(n+1)T0]}/2,0≤t≤T---(10)]]>其中，u(t)為階躍函數(shù)，r(t)為斜坡函數(shù)，是u(t)的積分結(jié)果。
仍采用上述優(yōu)選的種子，產(chǎn)生一組混沌調(diào)頻信號(hào)，作相關(guān)運(yùn)算，相關(guān)特性如圖3所示，其中(1)為該組混沌調(diào)頻信號(hào)的自相關(guān)特性，(2)為其互相關(guān)特性，從圖中可知該組混沌調(diào)頻信號(hào)的自相關(guān)包絡(luò)旁瓣峰值0.114，互相關(guān)峰值0.112。
由圖3可以看出，混沌調(diào)頻信號(hào)相關(guān)性能很好，可用于M-ary通信方式；進(jìn)一步研究易于發(fā)現(xiàn)，增加調(diào)制指數(shù)B(帶寬)，互相關(guān)峰值會(huì)降低，這是因?yàn)閹捲黾?，混沌調(diào)頻信號(hào)跳變的頻點(diǎn)更加分散，隨機(jī)性增強(qiáng)；增加混沌調(diào)頻信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度T，互相關(guān)峰值也會(huì)降低，這是因?yàn)橄到y(tǒng)獲得了時(shí)間增益。
下面比較一下上述混沌調(diào)頻信號(hào)和常規(guī)Gold碼擴(kuò)頻通信信號(hào)的頻譜，如圖4所示，其中(1)為混沌調(diào)頻信號(hào)的頻譜，(2)為Gold碼擴(kuò)頻通信信號(hào)的頻譜。可見混沌調(diào)頻信號(hào)的頻譜嚴(yán)格地集中于有效頻帶之內(nèi)，幾乎沒有帶外頻譜，譜線呈均勻分布，充分的利用了整個(gè)頻帶；而Gold碼擴(kuò)頻通信信號(hào)的功率主要集中在有效頻帶中間的半帶寬之內(nèi)，還有帶外頻譜，所以頻譜利用率不高；若使用窄帶發(fā)射換能器還會(huì)造成發(fā)射信號(hào)波形失真。
混沌調(diào)頻信號(hào)的另一優(yōu)良特性是調(diào)制指數(shù)B和時(shí)間長(zhǎng)度T互不影響，容易實(shí)現(xiàn)獨(dú)立、連續(xù)地調(diào)整，通過合理地控制B和T，可以方便地調(diào)整通信速率和誤碼率，在保持一定的誤碼率的前提下，能以信道容量允許的最大速率實(shí)現(xiàn)通信。而常規(guī)的Gold碼擴(kuò)頻通信信號(hào)就不同了，設(shè)Gold碼階數(shù)n，周期N＝2n-1，用BPSK方式實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展，擴(kuò)頻帶寬B，信號(hào)長(zhǎng)度T，則在工程計(jì)算上有N＝BT；顯然Gold碼的N并不是連續(xù)變化的，當(dāng)階數(shù)n增加1時(shí)，周期N增加約一倍；若保持帶寬B不變，則信號(hào)長(zhǎng)度T增加約一倍，M-ary通信方式的通信速率降低約一倍；若保持信號(hào)長(zhǎng)度T不變，則帶寬B增加約一倍，而通常遠(yuǎn)程水聲通信使用的低頻換能器帶寬資源極為有限，增加帶寬較難實(shí)現(xiàn)。
研究表明，采用混沌調(diào)頻信號(hào)的突出優(yōu)點(diǎn)在于混沌序列的非二元性，這種非二元模擬實(shí)值序列有無(wú)窮多個(gè)狀態(tài)，相當(dāng)于密鑰量無(wú)窮大，理論上從有限長(zhǎng)度的混沌調(diào)頻信號(hào)無(wú)法推導(dǎo)出系統(tǒng)的初始條件和參數(shù)，也就不可能破譯出通信用的混沌模擬實(shí)值序列，從而實(shí)現(xiàn)了保密通信；但是，由于混沌模擬實(shí)值序列在傳輸過程中有無(wú)窮多個(gè)狀態(tài)，通常的通信方式難以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)，而混沌調(diào)頻M-ary通信方式卻能輕易地實(shí)現(xiàn)這一突出優(yōu)點(diǎn)，從而降低了通信的被截獲率(LPI)。另外，混沌調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生不需要復(fù)雜的設(shè)備，只需一個(gè)混沌映射模型和初始條件就可以確定產(chǎn)生，因此混沌保密通信系統(tǒng)成本較低，可靠性高。
另外，混沌調(diào)頻M-ary通信方式繼承了常規(guī)擴(kuò)頻通信的一些優(yōu)點(diǎn)抗干擾能力和抗多途能力強(qiáng)，隱蔽性好，可以實(shí)現(xiàn)碼分多址(CDMA)通信。
圖5示出了依照本發(fā)明的M-ary水聲通信系統(tǒng)組成方框圖。該系統(tǒng)中的信號(hào)處理部分一般來(lái)說(shuō)可用軟件控制DSP芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面參見圖5，按照擴(kuò)頻通信的信號(hào)走向分步驟來(lái)進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。
①在發(fā)射端，由混沌序列K1～KM控制載波預(yù)先生成M個(gè)混沌調(diào)頻信號(hào)，組成信號(hào)集合。具體方法是首先根據(jù)式(4)生成混沌序列，其中參數(shù)常規(guī)取值為a＝0.65，給定第一個(gè)種子k(0)＝10-6，生成一個(gè)混沌序列；在此基礎(chǔ)上，再根據(jù)式(9)的混沌調(diào)頻方式生成一個(gè)混沌調(diào)頻信號(hào)，其中參數(shù)T、ω0、B和N可根據(jù)實(shí)際通信速率、誤碼率和通信距離靈活調(diào)整，常規(guī)取值為信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)度T在2.0s～10.0s之間，中心頻率ω0小于1000Hz，信號(hào)帶寬B在50Hz～300Hz之間，混沌序列長(zhǎng)度N在63～4095之間。
在第一個(gè)種子的基礎(chǔ)上，以Δ＝10-6為步長(zhǎng)，產(chǎn)生一系列種子，從而生成一系列混沌調(diào)頻信號(hào)；求取混沌調(diào)頻信號(hào)的互相關(guān)，優(yōu)選出兩兩互相關(guān)值小于0.15的M個(gè)混沌調(diào)頻信號(hào)，即組成了信號(hào)集合。
M常規(guī)取值為512～4096，由于采用信號(hào)組合并行發(fā)送方式，需要確定組合信號(hào)的個(gè)數(shù)r，r的常規(guī)取值為1～10。
在這里為了更清楚的描述本發(fā)明，以M＝8、r＝2為例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的方法，應(yīng)當(dāng)理解，這里M的取值只是為了有助于理解本發(fā)明，而并不代表本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的實(shí)際取值，事實(shí)上如前所述，M的常規(guī)取值應(yīng)為512～4096。將信號(hào)集合中的信號(hào)編號(hào)為Ci(i＝1～8)。因此，一次發(fā)射的信息量理論上為log2C82=4.8bit,]]>通過向下取整實(shí)際取值4bit，于是可以得到一種二進(jìn)制數(shù)據(jù)流與組合信號(hào)的映射關(guān)系，如表1所示。
表1

②信源數(shù)據(jù)先經(jīng)過常規(guī)信源編碼(如哈夫曼編碼)去除冗余信息，再經(jīng)過常規(guī)信道編碼(如卷積碼)減小系統(tǒng)的誤碼率，然后得到編碼數(shù)據(jù)流。本例使用的編碼數(shù)據(jù)流為1010。
③將編碼數(shù)據(jù)流輸入編碼選擇器。按照M-ary擴(kuò)頻通信方式，根據(jù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)流與組合信號(hào)的映射關(guān)系，編碼數(shù)據(jù)流1010映射到混沌調(diào)頻信號(hào)集合中的r(＝2)個(gè)信號(hào)C2與C6的組合，編碼選擇器從信號(hào)集合中取出這2個(gè)混沌調(diào)頻信號(hào)，與同步混沌調(diào)頻信號(hào)疊加在一起，通過功率放大后由換能器發(fā)出。
④在接收端，將水聽器陣接收到的多路模擬信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、采集之后得到多路數(shù)字信號(hào)。
⑤波束形成器接收多路數(shù)字信號(hào)，完成對(duì)發(fā)射端進(jìn)行的搜索、測(cè)向、跟蹤，并對(duì)多路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)發(fā)射方向的信號(hào)合成，取得系統(tǒng)的空間增益，得到合成數(shù)字信號(hào)。
⑥信道均衡器接收合成數(shù)字信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行信道均衡處理，減小或去除水聲信道時(shí)變、空變和多途效應(yīng)的影響，然后輸出預(yù)處理信號(hào)。
⑦同步器接收預(yù)處理信號(hào)，同步結(jié)果送波束形成器以形成閉合反饋環(huán)路，如果系統(tǒng)沒有取得同步，波束形成器能夠進(jìn)行新的搜索；如果取得同步，則將預(yù)處理信號(hào)送至相關(guān)解調(diào)器，與M(＝8)個(gè)原始混沌調(diào)頻拷貝信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解調(diào)。由于混沌調(diào)頻信號(hào)兩兩正交，所以解調(diào)結(jié)果中只有與C2，C6的相關(guān)結(jié)果出現(xiàn)尖峰信號(hào)，與其它混沌調(diào)頻拷貝信號(hào)的相關(guān)結(jié)果呈現(xiàn)噪聲狀態(tài)。
⑧解調(diào)結(jié)果輸出到最大相關(guān)值判決器，檢測(cè)閾值取值范圍10dB～20dB，可以判決出r(＝2)個(gè)最大可能的混沌調(diào)頻信號(hào)C2，C6。
⑨依照M-ary解碼方式，根據(jù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)流與組合信號(hào)的映射關(guān)系，從r(＝2)個(gè)判決結(jié)果C2，C6可以恢復(fù)出解碼數(shù)據(jù)流，即1010，可見，在無(wú)誤碼時(shí)它等同于發(fā)射端的編碼數(shù)據(jù)流。
⑩解碼數(shù)據(jù)流經(jīng)常規(guī)信道譯碼(如Viterbi算法)、信源譯碼之后得到最終的通信信息。信宿接收最終的通信信息，通過視聽設(shè)備送給使用人員，或通過輸出信號(hào)鏈路傳送給其它設(shè)備進(jìn)行處理。
權(quán)利要求
1.一種M-ary擴(kuò)頻通信方法，包括如下步驟(1)由M個(gè)正交擴(kuò)頻編碼組成編碼集合；(2)用M個(gè)擴(kuò)頻編碼分別調(diào)制載波形成M個(gè)擴(kuò)頻信號(hào)；(3)從M個(gè)擴(kuò)頻信號(hào)中任意選取r個(gè)疊加為組合擴(kuò)頻信號(hào)，并將該組合擴(kuò)頻信號(hào)映射為一個(gè) 位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其中1≤r＜M， 為向下取整符號(hào)；(4)在通信的發(fā)送端，根據(jù)要發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，發(fā)送相應(yīng)的組合擴(kuò)頻信號(hào)；(5)在通信的接收端，將接收到的所述組合擴(kuò)頻信號(hào)譯碼為二進(jìn)制數(shù)據(jù)；其特征在于，在步驟(1)中所述編碼集合中的正交擴(kuò)頻編碼由混沌序列生成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的M-ary擴(kuò)頻通信方法，其特征在于，所述的正交擴(kuò)頻編碼為混沌序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的M-ary擴(kuò)頻通信方法，其特征在于，在步驟(2)中所述調(diào)制載波的方法為混沌調(diào)頻，所述混沌調(diào)頻是指將混沌序列直接作為調(diào)制信號(hào)調(diào)頻于載波之上形成調(diào)頻信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的M-ary擴(kuò)頻通信方法，其特征在于，所述調(diào)頻信號(hào)為s(t)＝Acos(ω0t+B∫c(t)dt) 0≤t≤7其中調(diào)制信號(hào)c(t)為c(t)=Σn=0N-1k(n){u[t-nT0]-u[t-(n+1)T0]}/2---0≤t≤T;]]>其中，T為s(t)的時(shí)間長(zhǎng)度，ω0為中心頻率，B為調(diào)制指數(shù)，k(n)為長(zhǎng)度為N的混沌序列，混沌序列中的每個(gè)碼元占用的調(diào)頻時(shí)間為T0＝T/N，u(t)為階躍函數(shù)；r(t)為斜坡函數(shù)，是u(t)的積分結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的M-ary擴(kuò)頻通信方法，其特征在于，所述的正交擴(kuò)頻編碼為由混沌序列量化而成的二元序列。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的M-ary擴(kuò)頻通信方法，其特征在于，在步驟(2)中所述調(diào)制載波的方法為二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的M-ary擴(kuò)頻通信方法，其特征在于，所述混沌序列的量化方法為設(shè)定一預(yù)定值，將混沌序列中小于該預(yù)定值的值量化為0，大于等于該預(yù)定值的值量化為1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的M-ary擴(kuò)頻通信方法，其特征在于，所述的混沌序列由改進(jìn)的kent映射生成，所述改進(jìn)的kent映射為 其中，0＜a＜1，-1≤k(n)≤1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種M－ary擴(kuò)頻通信方法，包括(1)由M個(gè)正交擴(kuò)頻編碼組成編碼集合；(2)M個(gè)擴(kuò)頻編碼分別調(diào)制載波形成M個(gè)擴(kuò)頻信號(hào)；(3)從M個(gè)擴(kuò)頻信號(hào)中選取r個(gè)疊加為組合擴(kuò)頻信號(hào)，并將該組合擴(kuò)頻信號(hào)映射為二進(jìn)制數(shù)據(jù)；(4)在通信的發(fā)送端，根據(jù)要發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，發(fā)送相應(yīng)的組合擴(kuò)頻信號(hào)；(5)在通信的接收端，將接收到的組合擴(kuò)頻信號(hào)譯碼為二進(jìn)制數(shù)據(jù)。在本發(fā)明中，步驟(1)中編碼集合中的正交擴(kuò)頻編碼由混沌序列生成，并提供了一種優(yōu)選的調(diào)制方式——混沌調(diào)頻。本發(fā)明可應(yīng)用于遠(yuǎn)程水聲通信中，并且可以提高遠(yuǎn)程水聲通信的通信速率；提高信號(hào)的頻譜利用率；靈活地調(diào)整通信速率和誤碼率的關(guān)系；提高通信的保密性能，降低截獲率。
文檔編號(hào)H04B13/00GK1592161SQ0315610
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月29日
發(fā)明者王海斌, 吳立新, 張仁和 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所