混沌直接序列扩频信号盲解调的硬件电路实现

郭静波; 徐新智; 史启航; 胡铁华

doi:10.7498/aps.62.110508

摘要

提出了基于现场可编程门阵列 (FPGA) 技术的混沌直接序列扩频信号盲解调的硬件电路实现方法. 设计了混沌直接序列扩频信号发射机与接收机. 发射机可产生10种不同的混沌直接序列扩频信号. 为方便接收机的硬件电路实现, 对无先导卡尔曼滤波混沌拟合盲解调算法进行了简化, 在简化模型的基础上设计了接收机硬件结构. 提出了一种动态调整偏移因子的新方法, 使接收机能实时适应混沌映射的变化. 通过高斯白噪声信道及多径信道条件下的盲解调实验, 验证了盲解调算法硬件实现的抗噪声与抗多径性能, 以及对10种不同的混沌直接序列扩频信号的自适应破译效果.

关键词:

Abstract

In this paper, we design a field-programmable gate array (FPGA)-based hardware implementation for blind demodulation method for chaotic direct sequence spread spectrum (CD3S) signals. Both transmitter and receiver are designed. The transmitter can produce ten chaotic maps as the spreading sequence. In the receiver, the mathematic model of unscented Kalman filter (UKF) chaotic fitting is built and simplified for hardware implementation. The hardware structure of the receiver is based on this simplified model. For real time fitting different chaotic maps, a dynamic adjustment strategy of range-differentiating factor is proposed. The additove white Gausian noise (AWGN) and multipath channel experiments verify the anti-noise and anti-multipath performance of the UKF chaotic fitting method on one hand. On the other hand, the experiments verify the method can demodulate CD3S signals spread by all ten chaotic maps effectively.

Keywords:

field-programmable gate array /
chaotic direct sequence spread spectrum signal /
blind demodulation

作者及机构信息

1.
清华大学电机系, 电力系统国家重点实验室, 北京 100084;

2.
Department of Electrical and Computer Engineering, University of Connecticut, USA;

3.
机械科学研究总院, 北京 100044

基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 51277100) 和清华大学电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室基金 (批准号: SKLD09M25) 资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key Lab, Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;

2.
Department of Electrical and Computer Engineering, University of Connecticut, USA;

3.
China Academy of Machinery Science & Technology, Beijing 100044, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51277100), and the State Key Laboratory of Control and Simulation of Power System and Generation Equipments, Tsinghua University, China (Grant No. SKLD09M25).

参考文献

[1]	Heidari-Bateni G, McGillem C D 1994 IEEE Trans. on Communications 421524
[2]	Parlits U, Ergezinger S 1994 Phys. Lett. A 188 146
[3]	Azou S, Burel G, Le Duff L, Pistre C 2003 Oceans Conf. Rec. IEEE San Diego, USA 22-26 September, 2003 p1539
[4]	Hu J F, Guo J B 2008 Acta Phys. Sin. 57 1477 (in Chinese) [胡进峰, 郭静波 2008 物理学报 57 1477]
[5]	Hu J F, Guo J B 2008 Chaos 18 013121
[6]	Bai L, Guo J B 2011 Acta Phys. Sin. 60 070504 (in Chinese) [白鹭, 郭静波 2011 物理学报 60 070504]
[7]	Xu X Z, Guo J B 2011 Acta Phys. Sin. 60 020510 (in Chinese) [徐新智, 郭静波 2011 物理学报 60 020510]
[8]	Gan L, Xiong B 2012 Acta Phys. Sin. 61 210504 (in Chinese) [甘露, 熊波 2012 物理学报 61 210504]
[9]	Zhou W J, Yu S M 2009 Acta Phys. Sin. 58 113 (in Chinese) [周武杰, 禹思敏 2009 物理学报 58 113]
[10]	Liu Q, Fang J Q, Zhao G, Li Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 130508 (in Chinese) [刘强, 方锦清, 赵耿, 李永 2012 物理学报 61 130508]
[11]	Zhang C X, Yu S M 2010 Acta Phys. Sin. 59 3017 (in Chinese) [张朝霞, 禹思敏 2010 物理学报 59 3017]
[12]	Dong G G, Zheng S, Tian L X, Du R J 2010 Chin. Phys. Lett. 27 020507
[13]	Liu X Y 2009 Chin. Phys. Lett. 26 090504
[14]	Shi Z G, Ran L X, Chen K S 2005 Chin. Phys. Lett. 22 1336
[15]	Proakis J 2005 Digital Communications (4th Edn.) (Mc Graw Hill) p766-771
[16]	Chu P P, Jones R E 1999 Proc. Military and Aerospace Applications of Programming Devices and Techniques Conf. Laurel, MD, 1999

施引文献

[1]	Heidari-Bateni G, McGillem C D 1994 IEEE Trans. on Communications 421524
[2]	Parlits U, Ergezinger S 1994 Phys. Lett. A 188 146
[3]	Azou S, Burel G, Le Duff L, Pistre C 2003 Oceans Conf. Rec. IEEE San Diego, USA 22-26 September, 2003 p1539
[4]	Hu J F, Guo J B 2008 Acta Phys. Sin. 57 1477 (in Chinese) [胡进峰, 郭静波 2008 物理学报 57 1477]
[5]	Hu J F, Guo J B 2008 Chaos 18 013121
[6]	Bai L, Guo J B 2011 Acta Phys. Sin. 60 070504 (in Chinese) [白鹭, 郭静波 2011 物理学报 60 070504]
[7]	Xu X Z, Guo J B 2011 Acta Phys. Sin. 60 020510 (in Chinese) [徐新智, 郭静波 2011 物理学报 60 020510]
[8]	Gan L, Xiong B 2012 Acta Phys. Sin. 61 210504 (in Chinese) [甘露, 熊波 2012 物理学报 61 210504]
[9]	Zhou W J, Yu S M 2009 Acta Phys. Sin. 58 113 (in Chinese) [周武杰, 禹思敏 2009 物理学报 58 113]
[10]	Liu Q, Fang J Q, Zhao G, Li Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 130508 (in Chinese) [刘强, 方锦清, 赵耿, 李永 2012 物理学报 61 130508]
[11]	Zhang C X, Yu S M 2010 Acta Phys. Sin. 59 3017 (in Chinese) [张朝霞, 禹思敏 2010 物理学报 59 3017]
[12]	Dong G G, Zheng S, Tian L X, Du R J 2010 Chin. Phys. Lett. 27 020507
[13]	Liu X Y 2009 Chin. Phys. Lett. 26 090504
[14]	Shi Z G, Ran L X, Chen K S 2005 Chin. Phys. Lett. 22 1336
[15]	Proakis J 2005 Digital Communications (4th Edn.) (Mc Graw Hill) p766-771
[16]	Chu P P, Jones R E 1999 Proc. Military and Aerospace Applications of Programming Devices and Techniques Conf. Laurel, MD, 1999

[1]	全旭, 邱达, 孙智鹏, 张贵重, 刘嵩. 一个具有共存吸引子的四阶混沌系统动力学分析及FPGA实现. 物理学报, 2023, 72(19): 190502. doi: 10.7498/aps.72.20230795
[2]	张贵重, 全旭, 刘嵩. 一个具有超级多稳定性的忆阻混沌系统的分析与FPGA实现. 物理学报, 2022, 71(24): 240502. doi: 10.7498/aps.71.20221423
[3]	李广明, 胡志辉. 基于人工蜂群算法的混沌信号盲提取. 物理学报, 2016, 65(23): 230501. doi: 10.7498/aps.65.230501
[4]	李熙涵. 量子直接通信. 物理学报, 2015, 64(16): 160307. doi: 10.7498/aps.64.160307
[5]	陈越, 吕善翔, 王梦蛟, 冯久超. 一种基于人工蜂群算法的混沌信号盲分离方法. 物理学报, 2015, 64(9): 090501. doi: 10.7498/aps.64.090501
[6]	黄锦旺, 冯久超, 吕善翔. 混沌信号在无线传感器网络中的盲分离. 物理学报, 2014, 63(5): 050502. doi: 10.7498/aps.63.050502
[7]	于舒娟, 宦如松, 张昀, 冯迪. 基于混沌神经网络的盲检测改进新算法. 物理学报, 2014, 63(6): 060701. doi: 10.7498/aps.63.060701
[8]	于洋, 周锋, 乔钢. 正交码元移位键控扩频水声通信. 物理学报, 2013, 62(6): 064302. doi: 10.7498/aps.62.064302
[9]	王世元, 冯久超. 一种新的参数估计方法及其在混沌信号盲分离中的应用. 物理学报, 2012, 61(17): 170508. doi: 10.7498/aps.61.170508
[10]	宫蕴瑞, 何迪, 何晨. 混沌超宽带系统的广义负熵盲检测机理研究. 物理学报, 2012, 61(12): 120502. doi: 10.7498/aps.61.120502
[11]	甘露, 熊波. DM-UKF混沌拟合破译混沌直接序列扩频通信. 物理学报, 2012, 61(21): 210504. doi: 10.7498/aps.61.210504
[12]	刘强, 方锦清, 赵耿, 李永. 基于FPGA技术的混沌加密系统研究. 物理学报, 2012, 61(13): 130508. doi: 10.7498/aps.61.130508
[13]	徐新智, 郭静波. 基于状态估计的混沌直扩信号联合均衡与解调. 物理学报, 2011, 60(2): 020510. doi: 10.7498/aps.60.020510
[14]	萧宝瑾, 仝海丽, 张建忠, 张朝霞, 王云才. 硬件加密的扩频通信方案. 物理学报, 2011, 60(8): 080506. doi: 10.7498/aps.60.080506
[15]	何成兵, 黄建国, 韩晶, 张群飞. 循环移位扩频水声通信. 物理学报, 2009, 58(12): 8379-8385. doi: 10.7498/aps.58.8379
[16]	余振标, 冯久超. 一种混沌扩频序列的产生方法及其优选算法. 物理学报, 2008, 57(3): 1409-1415. doi: 10.7498/aps.57.1409
[17]	胡进峰, 郭静波. 一种破译混沌直接序列扩频保密通信的方法. 物理学报, 2008, 57(3): 1477-1484. doi: 10.7498/aps.57.1477
[18]	殷敬伟, 惠俊英, 王逸林, 惠娟. M元混沌扩频多通道Pattern时延差编码水声通信. 物理学报, 2007, 56(10): 5915-5921. doi: 10.7498/aps.56.5915
[19]	李雪霞, 冯久超. 一种混沌信号的盲分离方法. 物理学报, 2007, 56(2): 701-706. doi: 10.7498/aps.56.701
[20]	汪芙平, 王赞基, 郭静波. 混沌背景下信号的盲分离. 物理学报, 2002, 51(3): 474-481. doi: 10.7498/aps.51.474

计量

文章访问数: 7111
PDF下载量: 929
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板