扩频技术论文范文
时间：2023-03-03 15:54:55
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篇1
与此同时，从直接序列扩频通信系统接收机的工作原理角度上来说，在接收机接收到来自于发射机所发出的B2带宽调频信号之后，会针对与之相对应的伪随机扩频序列进行精确相位处理，在此过程当中通过扩频解调处理能够形成B1带宽的调频信号。特别值得注意的一点在于：在同步电路与扩频序列相互作用的过程当中，直接序列扩频通信系统接收机能够产生与所接受伪随机扩频序列相位属性保持一致状态的PN代码，这一代码能够在发挥本地信号功能的基础之上将B1带宽的调频信号恢复成为A窄带信号。而在这一过程当中所产生的A窄带信号能够为原始信息数据A的估计提供必要保障，与之相对应的直接序列扩频通信系统接收机工作原理示意图基本如图2所示。以上即为整个直接序列扩频通信系统的工作原理。
可以明确一点是：建立在整个直接序列扩频通信系统之上的应用优势有如下几个方面：首先，编码信号的产生几率较大，传输可行性较高；其次，整个数据扩频通信传输过程当中仅涉及到一个固定的载波频率，对于载波发生器的运行要求较低；再次，接收机装置在整个数据的扩频通信操作过程当中能够实现相干解调，从而达到提高扩频通信质量的关键目的；最后，在扩频通信的作业过程当中，对于用户之间的同步性没有要求，适应性较强。
然而不容忽视的一点在于：直接序列扩频通信系统的应用仍然存在着一些方面的问题：首先，在扩频通信作业过程当中对于本地生成编码以及接收信号之间同步性的获取与保持难度比较大，致使扩频通信可能出现明显误差问题；其次，在扩频通信过程当中，现阶段还无法针对基站与用户距离之间的远近效应予以有效消除，导致系统可能存在误差问题，这一问题也需要引起相关人员的特别关注与重视。
篇2
一、扩频通信的工作原理
在发端输人的信息先调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱，展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩，再经信息解调，恢复成原始信息输出。可见，一般的扩频通信系统都要进行3次调制和相应的解调。一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调制为射频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。与一般通信系统比较，多了扩频调制和解扩部分。扩频通信应具备如下特征：(1)数字传输方式；(2)传输信号的带宽远大于被传信息带宽；(3)带宽的展宽，是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息的信元重新进行调制实现的；(4)接收端用相同的扩频函数进行相关解调(解扩)，求解出被传信息的数据。用扩频函数(也称伪随机码)调制和对信号相关处理是扩频通信有别于其他通信的两大特点。
二、扩频通信技术的特点
扩频信号是不可预测的、伪随机的宽带信号，其带宽远大于要传输的数据(信息)带宽，同时接收机中必须有与宽带载波同步的副本。扩频系统具有以下特点。
1．抗干扰性强
扩频信号的不可预测性，使扩频系统具有很强的抗干扰能力。干扰者很难通过观察进行干扰，干扰起不了太大作用。扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽，所以即使信噪比很低，甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下，仍能不受干扰、高质量地进行通信，扩展的频谱越宽，其抗干扰性越强。
2.低截获性
扩频信号的功率均匀分布在很宽的频带上，传输信号的功率密度很低，侦察接收机很难监测到，因此扩频通信系统截获概率很低。
3.抗多路径干扰性能好
多路径干扰是电波传播过程中因遇到各种非期望反射体(如电离层、高山、建筑物等)引起的反射或散射，在接收端的这些反射或散射信号与直达路径信号相互干涉而造成的干扰。多路径干扰会严重影响通信。扩频通信系统中增加了扩频调制和解扩过程，利用扩频码序列间的相关特性，在接收端解扩时，从多径信号中分离出最强的有用信号，或将多径信号中的相同码序列信号叠加，这样就可有效消除无线通信中因多径干扰造成的信号衰落现象，使扩频通信系统具有良好的抗多径衰落特性。
4.保密性好
在一定的发射功率下，扩频信号分布在很宽的频带内，无线信道中有用信号功率谱密度极低，这样信号可以在强噪声背景下，甚至在有用信号被噪声淹没的情况下进行可靠通信，使外界很难截获传送的信息，要想进一步检测出信号的特征参数就更难了．所以扩频系统可实现隐蔽通信。同时，对不同用户使用不同码，旁人无法窃听通信，因而扩频系统具有高保密性。
5.易于实现码分多址
在通信系统中，可充分利用在扩频调制中使用的扩频码序列之间良好的自相关特性和互相关特性，接收端利用相关检测技术进行解扩，在分配给不同用户不同码型的情况下，系统可以区分不同用户的信号，这样同一频带上许多用户可以同时通话而互不干扰。
三、扩频技术的发展与应用
在过去由于技术的限制，人们一直在走增加信号功率，减少噪声，提高信噪比的道路。即使到了70年代，伪码技术已经出现，但作为相关器的“码环”的钟频只能做到几千赫兹也无助于事．近几年，由于大规模集成电路的发展，几十兆赫兹，甚至几百兆赫兹的伪码发生器及其相关部件都已成为现实，扩频通信获得极其迅速的发展．通信的发展史又到了一个转折点，由用信噪比换带宽的年代进入了用宽带换信噪比的年代．从最佳通信系统的角度看扩频通信．最佳通信系统一最佳发射机+最佳接收机．几十年来，最佳接收理论已经很成熟，但最佳发射问题一直没有很好解决，伪码扩频是一种最佳的信号形式和调制制度，构成了最佳发射机．因此，有了最佳通信系统一伪码扩频+相关接收这种认识，人们就不难预测扩频通信的未来前景．从9O年代无线通信开始步人扩频通信和自适应通信的年代．扩频通信的热浪已经波及短波、超微波、微波通信和卫星通信，码分多址(CDMA)已开始广泛用于未来的峰窝通信、无绳通信和个人通信以及各种无线本地环路，发挥越来越大的作用．接入网是由传统的用户线、用户环路和用户接入系统，逐步发展、演变和升级而形成的．现代电信网络分为3部分：传输网、交换网和接入网．由于接入网发展较晚，往往成为电信发展的“瓶颈”，各国都很重视接入网的发展，因此各类接人技术和系统应运而生．由于ISM(IndustryScientificMedica1)频段的开放性，经营者和用户不需申请授权就可以自由地使用这些频段，而无线扩频技术所使用的频段(2．400～2．483)正是全世界通用的ISM频段，包括IEEE802.11协议架构的无线局域网也大部分选用此频段．在无线接人系统中，扩频微波与常规微波相比有着3个显著的优点：抗干扰性强、频点问题容易处理、价格比较便宜．而且，扩频微波接入技术相对有线接入技术来说，有成本低、使用灵活、建设快捷的优势，在接入网中起着不可替代的作用。扩频微波主要应用在以下几个方面．语音接入(点对点)；数据接入；视频接入；多媒体接入；因特网(Internet)接入。
四、结语
扩频通信是通信的一个重要分支和发展方向，是扩频技术与通信相结合的产物。本文主要论述了扩频通信的特点、理论可行性及典型的工作方式。扩频通信的强抗干扰性、低截获性、良好的抗多路径干扰性和安全性等特点，使它的应用迅速从军用扩展到民用通信中，它的易于实现码分多址的特点，使它能与第三代移动通信系统完美结合，发展前景极为广阔。
参考文献：
篇3
论文摘要：扩频通信是现代通信系统中新的通信方式，它具有较强的抗干扰、抗衰落和抗多径性能，频谱利用率高。本文介绍了扩频通信的工作原理、特点、及其发展应用。
一、扩频通信的工作原理
在发端输人的信息先调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱，展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩，再经信息解调，恢复成原始信息输出。可见，一般的扩频通信系统都要进行3次调制和相应的解调。一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调制为射频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。与一般通信系统比较，多了扩频调制和解扩部分。扩频通信应具备如下特征：(1)数字传输方式；(2)传输信号的带宽远大于被传信息带宽；(3)带宽的展宽，是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息的信元重新进行调制实现的；(4)接收端用相同的扩频函数进行相关解调(解扩)，求解出被传信息的数据。用扩频函数(也称伪随机码)调制和对信号相关处理是扩频通信有别于其他通信的两大特点。
二、扩频通信技术的特点
扩频信号是不可预测的、伪随机的宽带信号，其带宽远大于要传输的数据(信息)带宽，同时接收机中必须有与宽带载波同步的副本。扩频系统具有以下特点。
1．抗干扰性强
扩频信号的不可预测性，使扩频系统具有很强的抗干扰能力。干扰者很难通过观察进行干扰，干扰起不了太大作用。扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽，所以即使信噪比很低，甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下，仍能不受干扰、高质量地进行通信，扩展的频谱越宽，其抗干扰性越强。
2.低截获性
扩频信号的功率均匀分布在很宽的频带上，传输信号的功率密度很低，侦察接收机很难监测到，因此扩频通信系统截获概率很低。
3.抗多路径干扰性能好
多路径干扰是电波传播过程中因遇到各种非期望反射体(如电离层、高山、建筑物等)引起的反射或散射，在接收端的这些反射或散射信号与直达路径信号相互干涉而造成的干扰。多路径干扰会严重影响通信。扩频通信系统中增加了扩频调制和解扩过程，利用扩频码序列间的相关特性，在接收端解扩时，从多径信号中分离出最强的有用信号，或将多径信号中的相同码序列信号叠加，这样就可有效消除无线通信中因多径干扰造成的信号衰落现象，使扩频通信系统具有良好的抗多径衰落特性。
4.保密性好
在一定的发射功率下，扩频信号分布在很宽的频带内，无线信道中有用信号功率谱密度极低，这样信号可以在强噪声背景下，甚至在有用信号被噪声淹没的情况下进行可靠通信，使外界很难截获传送的信息，要想进一步检测出信号的特征参数就更难了．所以扩频系统可实现隐蔽通信。同时，对不同用户使用不同码，旁人无法窃听通信，因而扩频系统具有高保密性。
5.易于实现码分多址
在通信系统中，可充分利用在扩频调制中使用的扩频码序列之间良好的自相关特性和互相关特性，接收端利用相关检测技术进行解扩，在分配给不同用户不同码型的情况下，系统可以区分不同用户的信号，这样同一频带上许多用户可以同时通话而互不干扰。
三、扩频技术的发展与应用
在过去由于技术的限制，人们一直在走增加信号功率，减少噪声，提高信噪比的道路。即使到了70年代，伪码技术已经出现，但作为相关器的“码环”的钟频只能做到几千赫兹也无助于事．近几年，由于大规模集成电路的发展，几十兆赫兹，甚至几百兆赫兹的伪码发生器及其相关部件都已成为现实，扩频通信获得极其迅速的发展．通信的发展史又到了一个转折点，由用信噪比换带宽的年代进入了用宽带换信噪比的年代．从最佳通信系统的角度看扩频通信．最佳通信系统一最佳发射机+最佳接收机．几十年来，最佳接收理论已经很成熟，但最佳发射问题一直没有很好解决，伪码扩频是一种最佳的信号形式和调制制度，构成了最佳发射机．因此，有了最佳通信系统一伪码扩频+相关接收这种认识，人们就不难预测扩频通信的未来前景．从9O年代无线通信开始步人扩频通信和自适应通信的年代．扩频通信的热浪已经波及短波、超微波、微波通信和卫星通信，码分多址(CDMA)已开始广泛用于未来的峰窝通信、无绳通信和个人通信以及各种无线本地环路，发挥越来越大的作用．接入网是由传统的用户线、用户环路和用户接入系统，逐步发展、演变和升级而形成的．现代电信网络分为3部分：传输网、交换网和接入网．由于接入网发展较晚，往往成为电信发展的“瓶颈”，各国都很重视接入网的发展，因此各类接人技术和系统应运而生．由于ISM(IndustryScientificMedica1)频段的开放性，经营者和用户不需申请授权就可以自由地使用这些频段，而无线扩频技术所使用的频段(2．400～2．483)正是全世界通用的ISM频段，包括IEEE802.11协议架构的无线局域网也大部分选用此频段．在无线接人系统中，扩频微波与常规微波相比有着3个显著的优点：抗干扰性强、频点问题容易处理、价格比较便宜．而且，扩频微波接入技术相对有线接入技术来说，有成本低、使用灵活、建设快捷的优势，在接入网中起着不可替代的作用．
扩频微波主要应用在以下几个方面．语音接入(点对点)；数据接入；视频接入；多媒体接入；因特网(Internet)接入。
四、结语
扩频通信是通信的一个重要分支和发展方向，是扩频技术与通信相结合的产物。本文主要论述了扩频通信的特点、理论可行性及典型的工作方式。扩频通信的强抗干扰性、低截获性、良好的抗多路径干扰性和安全性等特点，使它的应用迅速从军用扩展到民用通信中，它的易于实现码分多址的特点，使它能与第三代移动通信系统完美结合，发展前景极为广阔。
参考文献：
[1]曾兴雯等.扩展频谱通信及其多址技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.
篇4
中图分类号：TN914.43 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）11（a）-0000-00
1 对跳频通信进行数学模型建立及对系统原理进行描述
对于跳频扩频通信，它的基本理论依据主要是根据信息论中的Shannon公式来的[4]，下式为它的具体公式描述：
c Blb（1 P / N）
在上式中，对于参数c、B、P及N，它们所代表的含义分别如下。其中，N，表示为噪声功率；c，代表系统的信道容量（bits/s）；P，表示为信号的平均功率；对于B，则表示为系统的信道带宽（Hz）。通过上式可以很明确、很清晰的知道，当满足一定条件（如在一定的信道容量之条件下），可以采用增加信道带宽的办法、或者通过减少发送信号功率的办法等，来对信道的带宽进行减少、或者采取一定的方式来对信道的容量进行提高，这样就能够增加发送信号方面的功率，更进一步，使得信道的容量发生变化，并且不断的得到提高 [5]。
对于跳频系统，由于它的载波频率是在不断发生变化的，如果想要在接收机中对载波相位进行跟踪，很明显，要实现该种情况是比较困难的，所以，在一般情况之下，我们是选择可非相干解调方式作为跳频扩频通信系统的调制方式，并且，该种调制方式所具有的优势是其它调制方式不能够相比的，而频移键控FSK调制则是经常采用的方式。对于数据载波为a（t），以及数据速度Ra，对它们的取值分别为+1和-1，当进行移频键控调制（即频率偏差为Δf）后，它所输出的等效低通信号为b（t）[6]，具体的表达式如下式1-1所示：
b（t） exp（ j2πa（t ）f ） （1-1）
在跳频扩频通信系统中，我们把伪随机序列控制下的瞬时频率定义为f（t）[7]，它会随着时间的不断改变，而对应的瞬时频率f（t）的取值在频率点fi，i=1，2，3，4…，N上也会发生改变[8]。那么，对于跳频载波信号，它的等效低通信号C（t）如下式：
c（t） exp（j2f （t）） （1-2）
对于跳频扩频通信系统，它主要是以跳频载波来实现对数据调制信号的频率进行搬移的一个过程[9]，通过这样一个过程，则跳频扩频通信系统所输出的等效低频信号d（t）如下式1-3所示；
d（t） b（t）c （t）
exp（j2（a（t）f f （t））） （1-3）
在跳频扩频系统的接收端，采用同步伪随机码控制的频率、以及伪随机变化的载波和接收信号作为混频，在这样的条件下，所得到的系统输出信号为bxj，它的表达式如下式1-4所示： bsj （d（t） N（t） I（t））c （t）
exp（2 ja（t）f ） （N （t）
I（t））exp（ j2f （t）） ， （1-4）
对于上式1-4，它的参数N（t）、I（t）所代表的含义如下：N（t），它表示噪声；I（t），它则表示干扰信号。通过采用同步跳变的本地恢复载波来实现对接收信号进行混频后，在这样的情况下，就能得到解跳后的宽带干扰信号、窄带信号b（t）、以及信号噪声等。
2 跳频的主要技术指标及关键技术
对于一个跳频扩频通信系统而言，它所包括的技术指标主要有：①跳频频率的数目；②跳频的带宽；③跳频码的周期；④跳频的速率；⑤跳频系统的同步时间。对于这些技术指标，它们所代表的含义分别如下：①跳频频率的数目。在一般情况下，通过对跳频信号的处理增益 ，这样就能够得到相等的跳频点数。②跳频的带宽。在通常情况之下，跳频的带宽是与抗部分频带的干扰能力存在一定关系的。③跳频码的周期。倘若跳频图案的延续时间越长，那么，这样就会使敌方破译变得更加的困难，因此，其抗截获 的能力就越强。④跳频的速率。顾名思义，就是指每秒钟频率跳变的次数，决定跳频图案延续时间的长度。⑤跳频系统的同步时间。针对该同步时间的相关定义是非常多的，但这里主要是指对于跳频图案，要使其系统收发双方的时间达到一致，即完全同步，并且，对于通信所需要的相关时间也要进行建立。
3 对系统进行仿真模型的建立
3.1 对Simulink仿真工具进行概述
在本论文的研究过程中，采用的仿真工具是基于MATLAB提供的仿真平台Simulink。另外，采用Simulink仿真平台来建模是很方便的，它所带有的软件包是能够对相关的稻萁行仿真、进行分析的，是一个动态系统。它能够支持的系统也是非常多的，如连续系统、线性系统等。
3.2 模型建立
在基于Simulink仿真软件的基础上面建立起来的跳频扩频通信系统仿真模型，通常情况之下，它能够对跳频扩频通信系统的整个工作过程进行实时监控及反映相关的问题，对于系统扩频前后的频谱，通过该仿真软件能够实时的观测。
4 对仿真结果进行分析
为了更加准确、更加合理的得到本论文研究的跳频扩频通信系统的仿真精确结果，所设定的相关仿真条件如下：对于所采用的跳频载频，它是采用伪随机整数方面的信号控制系统来进行实现的；对跳频点数设定为64个；对于跳频的频率间隔，是把它设定为50跳/秒；数据调制采用FSK，并且频率的间隔为200HZ；对于每个符号，它的采样点数为120。我们把本次系统仿真实验的时间设定为1000s。
5 结束语
本论文首先对跳频扩频通信系统的数学建模进行了简单介绍，然后对跳频通信的系统工作原理进行了概述，对跳频的主要技术指标及关键技术进行了介绍，接着，对Simulink仿真工具进行概述及对其进行相关模型的建立，最后，就是采用Simulink仿真软件对跳频扩频通信系统进行模型的建立，并进行了仿真研究。在进行仿真实验前，设定了相关的仿真条件，如跳频点数、采样点数、跳频频率间隔等相关条件，这样设定的目的是为了保证仿真的实验结果更加准确。
参考文献
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二、扩频通信技术的特点
扩频信号是不可预测的、伪随机的宽带信号，其带宽远大于要传输的数据(信息)带宽，同时接收机中必须有与宽带载波同步的副本。扩频系统具有以下特点。
1．抗干扰性强
扩频信号的不可预测性，使扩频系统具有很强的抗干扰能力。干扰者很难通过观察进行干扰，干扰起不了太大作用。扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽，所以即使信噪比很低，甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下，仍能不受干扰、高质量地进行通信，扩展的频谱越宽，其抗干扰性越强。
2.低截获性
扩频信号的功率均匀分布在很宽的频带上，传输信号的功率密度很低，侦察接收机很难监测到，因此扩频通信系统截获概率很低。
3.抗多路径干扰性能好
多路径干扰是电波传播过程中因遇到各种非期望反射体(如电离层、高山、建筑物等)引起的反射或散射，在接收端的这些反射或散射信号与直达路径信号相互干涉而造成的干扰。多路径干扰会严重影响通信。扩频通信系统中增加了扩频调制和解扩过程，利用扩频码序列间的相关特性，在接收端解扩时，从多径信号中分离出最强的有用信号，或将多径信号中的相同码序列信号叠加，这样就可有效消除无线通信中因多径干扰造成的信号衰落现象，使扩频通信系统具有良好的抗多径衰落特性。
4.保密性好
在一定的发射功率下，扩频信号分布在很宽的频带内，无线信道中有用信号功率谱密度极低，这样信号可以在强噪声背景下，甚至在有用信号被噪声淹没的情况下进行可靠通信，使外界很难截获传送的信息，要想进一步检测出信号的特征参数就更难了．所以扩频系统可实现隐蔽通信。同时，对不同用户使用不同码，旁人无法窃听通信，因而扩频系统具有高保密性。
5.易于实现码分多址
在通信系统中，可充分利用在扩频调制中使用的扩频码序列之间良好的自相关特性和互相关特性，接收端利用相关检测技术进行解扩，在分配给不同用户不同码型的情况下，系统可以区分不同用户的信号，这样同一频带上许多用户可以同时通话而互不干扰。
三、扩频技术的发展与应用
在过去由于技术的限制，人们一直在走增加信号功率，减少噪声，提高信噪比的道路。即使到了70年代，伪码技术已经出现，但作为相关器的“码环”的钟频只能做到几千赫兹也无助于事．近几年，由于大规模集成电路的发展，几十兆赫兹，甚至几百兆赫兹的伪码发生器及其相关部件都已成为现实，扩频通信获得极其迅速的发展．通信的发展史又到了一个转折点，由用信噪比换带宽的年代进入了用宽带换信噪比的年代．从最佳通信系统的角度看扩频通信．最佳通信系统一最佳发射机+最佳接收机．几十年来，最佳接收理论已经很成熟，但最佳发射问题一直没有很好解决，伪码扩频是一种最佳的信号形式和调制制度，构成了最佳发射机．因此，有了最佳通信系统一伪码扩频+相关接收这种认识，人们就不难预测扩频通信的未来前景．从9O年代无线通信开始步人扩频通信和自适应通信的年代．扩频通信的热浪已经波及短波、超微波、微波通信和卫星通信，码分多址(CDMA)已开始广泛用于未来的峰窝通信、无绳通信和个人通信以及各种无线本地环路，发挥越来越大的作用．接入网是由传统的用户线、用户环路和用户接入系统，逐步发展、演变和升级而形成的．现代电信网络分为3部分：传输网、交换网和接入网．由于接入网发展较晚，往往成为电信发展的“瓶颈”，各国都很重视接入网的发展，因此各类接人技术和系统应运而生．由于ISM(IndustryScientificMedica1)频段的开放性，经营者和用户不需申请授权就可以自由地使用这些频段，而无线扩频技术所使用的频段(2．400～2．483)正是全世界通用的ISM频段，包括IEEE802.11协议架构的无线局域网也大部分选用此频段．在无线接人系统中，扩频微波与常规微波相比有着3个显著的优点：抗干扰性强、频点问题容易处理、价格比较便宜．而且，扩频微波接入技术相对有线接入技术来说，有成本低、使用灵活、建设快捷的优势，在接入网中起着不可替代的作用．
扩频微波主要应用在以下几个方面．语音接入(点对点)；数据接入；视频接入；多媒体接入；因特网(Internet)接入。
四、结语
扩频通信是通信的一个重要分支和发展方向，是扩频技术与通信相结合的产物。本文主要论述了扩频通信的特点、理论可行性及典型的工作方式。扩频通信的强抗干扰性、低截获性、良好的抗多路径干扰性和安全性等特点，使它的应用迅速从军用扩展到民用通信中，它的易于实现码分多址的特点，使它能与第三代移动通信系统完美结合，发展前景极为广阔。
参考文献：
[1]曾兴雯等.扩展频谱通信及其多址技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.
[2]查光明,熊贤祚.扩频通信[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.
篇6
1．引言
在CDMA系统中，由于多个用户的随机接入，使用的扩频码集一般不完全正交，非零互相关系数会引起各用户间的多址干扰(MAI)，在异步传输信道以及多径传播环境中多址干扰将更为严重。随着同时接入系统用户数的增加，多址干扰的功率也在增加，致使误码性能下降，系统容量受限。
多址干扰的抑制，可以通过选择相关性能好的扩频码，结合功率控制、纠错编码等进行。但功率控制的方法并没有从接收信号中真正去除多址干扰，只能暂时缓解这种矛盾；另一方面，由于信号在移动通信信道中呈现瑞利衰落，功率控制系统无法补偿由快衰落引起的信号功率变化，特别是当移动台速度很快时，功率控制技术会失效。而多用户检测是将造成多址干扰的所有用户信号信息均看作有用信号信息，对单个期望信号解调，来降低多址干扰和远近效应的影响，也降低了系统对功率控制控制精度的要求，可以有效地利用上行链路频谱资源，进而提高了通信系统的容量。论文格式。
但是，多用户检测也存在一些局限性，需要使用训练序列。而训练序列的不断发送会造成频谱资源的大量浪费，因而人们转去研究不需要训练序列的盲自适应检测。盲自适应多用户检测可以不需要训练序列，在仅知道期望用户地址PN码及其定时信息条件下自适应跟踪信道中用户地址PN码的变化，更有效地抵消小区内和小区间的多址干扰，很方便地应用在上行和下行链路。论文格式。
目前已有多种盲多用户检测方案被提出。在类型上，这些算法大致可分为基于子空间的，基于统计的，基于恒模的，以及直接型的，此外还有基于高阶累积量的算法、基于最大似然比的算法、基于卡尔曼滤波的算法以及基于神经网络的算法等等。由于结构相对简单，且可以自适应实现，本文关注了盲自适应多用户检测算法。
以下将简单介绍几种常用的盲自适应多户检测算法。
2．系统模型
为了方便，我们只考虑一个具有K个用户的同步CD MA系统，信道为A WGN信道，令比特持续时间为Tb，码片持续时间为Tc ，N =Tb/Tc为扩频增益，K为用户数。接收信号经过采样后可以表示成矩阵形式：
（1）
其中rT=[r1 … rN]是一个比特时间内接收到的信号向量，S=[s1 …sk] 为用户的归一化扩频码矩阵，sk是具有单位能量的第k个用户的扩频码，A=diag（A1，…，AK）为接收信号的幅度矩阵，bT =[b1 …bk]为用户的信息向量，bk取值为｛-1，1｝，n 是E{ zzT}= 2I的高斯白噪声。假设用户1为期望用户，那么线性接收器的输出为
（2）
其中CT =[C1... CN]是延迟线的权系数。
3．几种盲自适应检测算法
3．1最小输出能量检测算法(MOE)
最小输出能量检测算法(MOE)的基本原理是在保持期望用户能量不变的情况下，使总的输出能量最小。所以，可以将求解加权向量的问题转化为如下最优化问题:
（3）
式(3)中 R=E(rrT)，其最优解为:
（4）
MOE的解与MMSE的解w= R-1s1相比，只相差一个常数，对性能无影响。但是直接计算最优解需要计算矩阵逆运算，计算量大，为O(N3)，一般都是通过自适应的方法求得w。采用标准随机梯度算法，具体迭代为:
（5）
其优点是计算量小，为O(N)，缺点是收敛速度慢，不能保证收敛，而且在扩频码不匹配的情况下性能较差。
3．2恒模算法(CMA)
CMA算法是一种被应用于信道均衡的算法，消除信道引起的ISI。CMA的代价函数可以描述为:
（6）
在Godard算法中e定义为:
（7）
这里可以取一个正数。
我们采用标准随机梯度算法，根据以上各式可以直接得出：
（8）
其中y( n-1)是滤波器n-1时刻的输出，y(n-1) =wT（n-1）r。
恒模算法利用发送信号的权幅度统计特性调整系数，使输出信号的幅度保持恒定。恒模算法的缺点是可能收敛到干扰信号上，而不是期望检测的信号。
3．3基于MMSE准则的盲自适应多用户检测算法
基于MMSE准则的多用户检测器，应满足使系统输出的均方误差(MSE)最小:
（9）
满足该式的最优解为w0=R-1·p1，其中p1= E｛b1·r｝。采用最优权矢量最陡梯度法可以表示为：
（10）
假设接收信号满足以下条件:①用户发送的信息符号满足E { bi}=0， E{ bi2}=1；②不同用户之间的信号不相关，即E { bibj }=0, ij;③用户信号与噪声不相关即E { b；n}=0。实际系统中上述假设条件都较容易满足，此时有
（11）
此时可以将（10）简化为
（12）
其中，y( n-1)是滤波器n-1时刻的输出，y(n-1) =rT（n-1）w（n-1），自相关矩阵
R=r（n）rT（n）。
该算法与LMS算法类似，因而具有LMS算法收敛速度慢的缺点。基于该算法的多用户接收机的复杂度与传统单用户接收机相同，但其抗远近效应的能力则明显增强，其性能要优于MOE盲多用户检测器。
4．仿真实验
4．1对基于CMA的多用户检测算法的性能进行了仿真。
假设用户数为6,其中用户1为期望用户，且信噪比SNR=20dB用户1的信号功率为1,即A12=1,其他用户的信号其中前4个干扰用户的功率相等，且Ai2/A12=10dB, i=2, 3, 4 5；第5个干扰用户的干扰功率为A62/ A12=20dB，权矢量初始化为w（ 0) =s1，图1中给出了不同常数值e下的算法的性能比较结果。论文格式。
由图(1)可知，e值不同，则CMA算法的性能也不一样，e=1时算法的性能优于e=0.1时的情况。
图1不同值时CMA算法的性能比较
4．2对本文提到的盲算法进行仿真比较
我们采用31位长的Gold码作为扩频序列，干扰用户数为4，信号功率分别为SNR=10dB, Ai2/A12=30dB，i=2, 3, 4 5，计算可得SIR=9.98dB，实验中我们用时间平均代替数学期望。
图2盲算法收敛性能比较
首先设e= A12，，步长=1e-5，图（2）给出了CMA算法、MOE算法、基于MMSE准则的盲自适应多用户检测算法的收敛过程。我们可以看到三种算法都收敛，其中CMA算法收敛速度最快，稳态性最好；基于MMSE准则的盲自适应多用户检测算法收敛速度跟稳态性能都次之；MOE算法的收敛速度最慢，稳态性能最差。
5．结论
CDMA系统具有容量大、低功率、软切换、抗干扰强等一系列优点。但是，在CDMA系统也存在多址干扰，远近效应等一系列问题，而多用户检测是CDMA系统中关键的抗干扰技术，能进一步提高系统容量，改善系统性能。盲检测由于不需要干扰用户的信息而得到广泛的关注。
本文重点研究了CMA算法、MOE算法、基于MMSE准则的盲自适应多用户检测算法，并且通过MATLAB仿真证明了CMA算法更为有效。
参考文献:
[1] XiaodongWang and H.Vincent Poor，'Blind Multiuser Detection: A Subspace Approach'，IEEE Transactions onInformation Theory，Vol.44，No.2，March 1998.
[2] Gilhousen K SOn the capacity of a cellular CDMA system [J].IEEE
Transom VehicularTechnology，1991,40(2):303-312.
[3] Duel-Hallen A,Holtzman J，ZvonarZ. Multiuser detection for CDMA
system[J].IEEETrans on Personal Communications 1995, 2(2)：46-58.
[4] HonigM, VerduS Blind adaptive multiuser detection [J].IEEE Trans
on InflammationTheory，1995，41(4):944-960.
[5] W .Lee，R .L .Pickholtz，Constant modulus algorithm forblind multiuser detection，IEEE 4th international symposium on Spread Spectrum Techniques and
ApplicationsProceedings，1996. Pp262-266.
[6]M .L .Honig，Orthogonally Anchored BlindInterference Suppression using the Sato Cost Criterion，Proceedings.，1995 IEEE InternationalSymposium on Information Theory .Pp31 4.
[7] 黎海涛，徐继麟.多用户检测算法及其在IMT-2000中的应用.
无线通信技术.2001年第2期.pp. 1-6.
[8] 王庆扬，张青，韦岗.CDMA移动通信系统中的多用户检测技术.
移动通信.2000年第2期.pp. 41-45.
[9] 张贤达著.现代信号处理，清华大学出版社，2003. pp 245-256
篇7
中图分类号:TP301文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)08-1963-03
DCT-Domain Image Watermarking Algorithm Based On CDMA
WANG Sheng-lei1, YANG Shi-ping1,2
(1.School of Computer Science and Information, Guizhou University, Guiyang 550025, China;2.Mingde College, Guizhou University, Guiyang 550004, China)
Abstract: Putting forward a new image watermarking algorithm which is robust many attacks,this paper applies Arnold places disorderly technique and CDMA spread spectrum technique, equilibrium Gold code is selected as spread spectrum sequence, make use ofWaston sense of vision model certains imbed strength,the imbed position is certained by the adaptting algorithm, a binary image is embedded to some DCT coefficients; taking advantage of correlation property of Gold code,watermark is extracted quickly on the precondition on which host image exists. The analysis of the algorithm and carry out process are given , the attack of Matlab experiments expressed the usefulness of algorithm. Compared with the former watermark algorithm,the safety of watermarking is greatly improved, and it is robust to standard JPEG compression, noising, filtering and cropping attacks.
Key words: digital watermarking; arnold places disorderly technique; waston sense of vision model; gold sequence; code division multiple acces(CDMA); discrete cosine transform(DCT)
数字水印技术是信息隐藏技术的一个分支,其基本思想是在数字媒体中嵌入版权保护信息,以防止对宿主媒体信息进行篡改和未经授权的拷贝和分发[1-2]。从本质上讲,数字水印处理可以看作一种通信过程[3],即在满足不可见性的前提下在水印的嵌入者与接收者之间传递一条信息。因此许多数字通信的理论和方法都可以应用到数字水印系统中[4]。
CDMA无线通信系统具有抗干扰性强、保密性好、截获率低等优点,因此把CDMA技术应用到数字水印系统中是一种安全有效的方法。Ruanaidh[5]等于1998年首先提出采用DS-CDMA技术实现CDMA扩频水印,首先将分组后的水印信息以字符序列的形式扩频到m序列上,然后进行CDMA扩频编码,最后对原始载体图像进行128×128分块DCT变换,将编码以后的水印信息嵌入到DCT系数上。但由于受到m序列地址个数的限制,作者只在DCT域上嵌入了19个字符,嵌入容量较小且安全性低。
由于数字图像的JPEG压缩标准建立在DCT变换的基础上,所以基于JPEG压缩标准模型的水印嵌入算法可以更好地抵抗JPEG压缩处理,本文的水印算法便基于DCT域。本文针对文献[5]中嵌入容量和安全性受限的不足并结合DCT域嵌入水印的优点,提出了一种采用CDMA技术在图像DCT域的中低频分量嵌入水印信息的改进算法。
1 算法
算法分为水印生成、水印嵌入和水印提取三个步骤。
1.1 水印的生成
为增强水印的安全性和抗攻击能力,原始水印在被嵌入之前需经过Arnold置乱和CDMA扩频两个步骤,其生成框图如图1所示。
1)原始二值水印生成
本文所使用的水印图像为40×40的gzu.bmp,为增强水印的抗剪切能力,先利用Arnold置乱算法对原始水印图像进行最佳置乱(置乱次数为3),置乱后的水印图像见图4。然后将原始水印图像信息转换成二进制流,为使其能被9整除在二进制码流后加上2位变为m,长度为N(N=1602)即:
m={mi | mi={0,1},0≤i≤1601}
将m序列以9比特为一组(作为一个字符),共生成178个字符,其产生的字符串可表示为:
s={si | 0≤si≤511,0≤i≤177}
2)生成Gold序列集
采用Gold序列作为扩频序列。通过对两组m序列优选对移项相加得到Gold序列集。选用的两组m序列的生成多项式为1021和1131(八进制)。一共生成了29+1=513个长度为29-1=511的Gold序列集:
pi={pij | pij∈{1,-1},0≤j≤510,0≤i≤512}
3)CDMA编码
为每一个字符si从Gold序列集中找到下标为si的伪随机序列:
ri=psi,0≤i≤177
最后把所有的选出的伪随机序列串联起来就可构成最终的扩频序列:
1.2 水印嵌入
水印嵌入分为利用自适应位置算法确定嵌入位置、利用自适应强度算法确定嵌入强度和DCT域嵌入水印三个步骤。
1)位置自适应算法
本论文为实现嵌入位置的自适应性,提出了以下位置自适应算法:分块DCT变换中低频系数的首位置M1是随着块的均值不同而改变的,对于各8×8块,其计算方法为:先计算该快64个像素和,然后取余16,得到余数加6,即
该算法的安全性和鲁棒性比较高,但是水印提取时需要原始水印的参与,即不可实现盲提取。
本算法采用的载体水印图像为一608×608的Lena.bmp灰度图像。根据每一个图像块的平均亮度大小,利用上式确定第i(1≤i≤5776)块DCT中低频系数的起始位置Mi,所有的起始位置组合起来便形成了起始位置序列{P(k),1≤k≤5776}。
2)强度自适应算法
本论文利用Waston视觉模型对不同的块进行分类,从而可以实现对水印嵌入强度进行自适应调节,在确保水印不可见的同时有效地增强水印的强度。
本文根据Watson模型,综合考虑频率掩蔽、亮度掩蔽和对比度掩蔽3种效应,得出DCT频率分量的最佳嵌入强度序列{Tc(k,i,j),1≤k≤5776,1≤i,j≤8},其中Tc(k,i,j)表示第k块第i行第j列的频率分量最佳嵌入强度。
3)DCT域嵌入算法
本为算法是对图I进行分块DCT操作的,首先对原始图像I分成K个不重叠的8×8子块,即:
其中,M和N分别为原始图像的长和宽;然后分块进行DCT变换,即:
把每一块DCT变换系数按“之“字形进行排序,将其转化为一维描述(,0≤u≤64),将每一块的嵌入强度系数三维矩阵(Tc(k,i,j),1≤k≤5776,0≤i,j
嵌入完成后进行反“之”字形排列,再进行IDCT变换:
所有子快都进行上述操作,就能得到嵌入水印后的图像。水印嵌入框图如图2所示。
1.3 水印的提取
首先根据原始载体图像利用位置与强度确定算法确定每一块图像的嵌入强度和嵌入位置,然后将原始图像和水印化图像分别进行分块(8×8)DCT变换,分别对各块”之”字排列,按照嵌入位置和嵌入强度取其差值,提取出置乱后水印信息的扩频序列:
利用密钥生成正交Gold序列集:
按每组长度为511把生成的扩频水印序列w'进行分组:
把扩频序列的一个分组r'i与正交Gold序列集中的每一个Gold序列分别做相关运算:
取其中互相关系数最大的那个Gold序列的下标记为si,将生成的所有下标串联起来即可生成一个字符串:
把生成的字符串序列转化为二进制,则可得提取到的水印序列:
把水印序列的最后2位去掉,再转化为40×40的矩阵即得到置乱后的水印图像的数据矩阵,最后利用图像置乱算法(置乱次数为27)即可得到提取的水印图像。水印提取框图如图3所示。
1.4 试验结果
仿真实验中,原始图像为320×320的Lena灰度测试图像,二值水印图像为gzu.bmp。图4给出原始图像、水印图像和水印化的载体图像以及未受攻击提取的水印图像。由图像可以看出,单纯从视觉很难判断水印化图像与原始图像的区别,本文算法的未受攻击测试的水印化载体图像与原始图像的PSNR=36.3646,因此,不可见性良好,且从视觉上也可判断其具有良好的不可见性。
主要实验内容包括:JPEG压缩攻击,压缩率最低到15%;不同程度的剪切攻击;分别加入高斯噪声、椒盐噪声和乘积噪声,即噪声攻击,中值滤波攻击,图像直方图化,图像变亮或变暗,增加或降低对比度等攻击。
(a)原始cdma_lena.bmp图像 (b)原始水印图像
(c)置乱后的水印图像 (d)水印化cdma_lena,bmp图像
(e)未受攻击提取的水印图像
图4原始图像
1.5 试验结果分析
从实验给出的测试图像和测试数据可以看出,本文算法对基本的图像处理具有很强的鲁棒性,从实验数据看出,处理后的图像与水印化图像的峰值信噪比有明显的降低,但是提取出的水印质量还是较好,尤其是对直方图均匀化、亮度和对比度的变化以及乘积噪声等攻击具有较强的抗干扰性。由于本文在嵌入水印之前把水印进行了置乱,所以使本论文对剪切处理具有较强的鲁棒性,对于横切处理,虽然提取的水印不是很清晰,但足以证明水印的存在性;零星剪切处理后,已经把人类感兴趣的部分切掉,由于剪切面积不是很大,所以,还能提起出水印,用视觉可以判断出水印的存在;对于中间纵切和中间剪切的图像处理,从攻击图像可以看出,人类感兴趣的重要部分基本完全切掉,只剩下背景部分,这样的图像已经没有应用价值,因此是否能提取出水印已经不是那么重要了,但是,根据本文算法,仍然提取了水印图像,只不过与原始水印
图像相比,PSNR值较小,但用肉眼也能勉强分辨出水印图像的内容。实验证明无论从所给出的图像质量评价指标来看,还是用视觉判断,都成功的实现了水印的提取。与文献[5]相比其鲁棒性有显著提高,特别是针对JPEG压缩和剪切攻击;同时由于本文利用到了自适应算法,使水印系统安全性与文献[5]相比有所提高。
本文算法也有不足之处,就是对图像的旋转测试不鲁棒,因为嵌入位置是固定的,待测图像旋转一定角度后,所有的图像数据都移位了,在检测时应用本文算法找不到所嵌入的起始位置,导致不能正确提取水印。但是利用Hough变换法进行直线提取其边缘,然后矫正其图像的旋转角度,矫正之后就可以提取水印了。
2 总结
本文针对二值(图像)水印,提出了一种在水印结构设计方面使用Gold码的扩频水印方法。为提高水印系统的鲁棒性,对原始水印图像在嵌入前进行了Arnold置乱处理;为增强水印系统的安全性,水印嵌入时使用了自适应嵌入,在得不到原始载体图像的情况下绝对得不到任何水印信息。与使用m序列或正交序列对作为扩频序列的方法相比,本文所提方法的优点在于,利用了Gold码地址数多、抗干扰力强的特点,使得水印系统在抵抗各种噪声、滤波和压缩等攻击方面具有更好的鲁棒性。
当然,对于水印信息的检测和恢复,本文所提方法需要原始载体图像参与,这可能会给实际应用带来不便,但可以通过进一步改进算法来实现盲提取。另外,本文提出的方案仍有其他需要研究之处,比如水印结构设计方面的扩频码长度、原始水印图像在嵌入前的置乱次数、扩频码分组策略等。
参考文献:
[1] 黄继武,谭铁牛.图像隐形水印综述[J].自动化学报,2000,26(5):645-655.
[2] Huang Jiwu,Shi Yun Q.An adaptive image watermarking scheme based on visu-al masking[J].IEEE Electronics Letters,1998,34(8):748-750.
篇8
二十世纪六十年代，人们发现了混沌理论。混沌理论即一个给出混乱、随机的分周期性结果的模型，却是由确定的非线性微分方程构成。混沌是一种形式非常复杂的运动，看似杂乱无章的随机运动轨迹，却是由一个确定方程模型得出。混沌对初始条件的敏感度非常高。密码技术是一种研究使用密码进行加密的技术，而随着信息技术的发展，窃取加密密码的方法越来越多，并且随着传统密码技术的不断使用和技术公开，传统密码技术的保密性已经降低，所以一些新的密码技术开始出现，其中包括混沌加密、量子密码以及零知识证明等。本文首先介绍混沌加密密码技术，然后介绍光学通信，最后重点探讨混沌加密在光学通信中的应用。
1.混沌加密
我们首先对混沌加密的相关内容做一下简单介绍，主要包括：混沌的特征、混沌加密的定义以及混沌加密的常用方法。混沌的特征主要有：混沌运动轨迹符合分数维理论，混沌轨迹是有序与无序的结合、并且是有界的伪随机轨迹，混沌运动具有遍历性，所有的混沌系统都具有几个相同的常数、并且符合利亚普诺夫指数特性，混沌运动的功率谱为连续谱线以及混沌系统具有正K熵等。混沌加密是一种新的密码技术，是将混沌技术与加密方法相结合的一种密码加密技术。混沌加密的方法有很多种，根据不同的通信模式，可以选择不同的加密方式与混沌技术结合，以实现信息的加密传输。混沌加密的常用方法主要包括：数字流混沌加密、数字信号混沌加密以及连续流混沌加密等。
2.光学通信
之所以将混沌加密应用在光学通信中，是因为光学中存在混沌现象，这种混沌现象既包括时间混沌现象也包括空间混沌现象。光学通信是一种利用光波载波进行通信的方式，其优点是信息容量大、适应性好、施工方便灵活、、保密性好、中继距离长以及原材料来源广等，光纤通信是光学通信中最重要的一种通信方式，已成为现代通信的重要支柱和发展趋势。光纤通信系统的组成主要包括：数据信号源、光数据传输端、光学通道以及光数据接收端等。数据信号源包括所有的数据信号，具体体现为图像、文字、语音以及其他数据等经过编码后所形成的的信号。光数据传输端主要包括调制解调器以及计算机等数据发送设备。光学通道主要包括光纤和中继放大器等。光数据接收端主要包括计算机等数据接收设备以及信号转换器等。
3.探讨混沌加密在光学通信中的应用
在光学通信中，应用混沌加密技术对明文进行加密处理，以保证明文传递过程中的安全性和保密性。本文重点对混沌加密在光学通信中的应用进行了探讨。其内容主要包括：混沌加密常用方法、光学通信中混沌加密通信常用方案以及光学通信中两级加密的混沌加密通信方案。其中混沌加密常用方法主要包括：数字流混沌加密、数字信号混沌加密以及连续流混沌加密等。光学通信中混沌加密通信常用方案主要包括：混沌掩盖加密方案、混沌键控加密方案、混沌参数加密方案以及混沌扩频加密方案等。
3.1混沌加密常用方法
连续流混沌加密方法：连续流混沌加密利用的加密处理方式是利用混沌信号来掩盖明文，即使用混沌信号对明文进行加密处理。连续流混沌加密方法常应用在混沌掩盖加密方案以及混沌参数加密方案中。其加密后的通信模式是模到模的形式。
数字流混沌加密方法：其加密后的通信模式是模到数再到模的形式。
数字信号混沌加密方法：其加密后的通信方式是数到数的形式。主要包括混沌时间序列调频加密技术以及混沌时间编码加密技术。主要是利用混沌数据信号对明文进行加密。
3.2光学通信中混沌加密通信常用方案
在光学通信中，利用混沌加密技术进行通信方案的步骤主要包括：先利用混沌加密方法对明文进行加密（可以使用加密系统进行这一过程），然后通过光钎进行传输，接收端接收后，按照一定解密步骤进行解密，恢复明文内容。
混沌掩盖加密方案：其掩盖的方式主要有三种：一种是明文乘以密钥，一种是明文加密钥，一种是明文与密钥进行加法与乘法的结合。
混沌键控加密方案：其利用的加密方法主要为FM-DCSK数字信号加密方法。该方案具有良好的抗噪音能力，并且能够不受系统参数不匹配的影响。
混沌参数加密方案：就是将明文与混沌系统参数进行混合传送的一种方案。这种方案增加了通信对参数的敏感程度。
混沌扩频加密方案：该方案中，扩频序列号一般是使用混沌时间序列，其加密方法是利用数字信号，该方案的抗噪音能力特别好。
3.3光学通信中两级加密的混沌加密通信方案
为了进一步保证传输信息的安全保密性，需要对明文进行二次加密。其步骤是：首先先对明文进行第一次加密（主要利用双反馈混沌驱动系统产生密钥1，然后将明文与密钥1组合起来形成密文1），第二步是通过加密超混沌系统产生的密钥2对密文1进行二次加密，形成密文2，第三步将密文2通过光纤进行传递，同时将加密超混沌系统一起传递到接收端。第四步，接收端接收到密文2以及加密超混沌系统后，对密文2进行解密，形成密文1，然后将密文1传送到双反馈混沌驱动系统产生密钥1，然后将密文1进行解密，通过滤波器破译出明文。此外，还可以对二级加密通信进行优化，即使用EDFA（双环掺饵光纤激光器）产生密钥进行加密。
4.结论
本文首先对混沌加密的相关内容做一下简单介绍，主要包括：混沌的特征、混沌加密的定义以及混沌加密的常用方法。然后我们简单介绍了一下光学通信以及光纤通信，并且介绍了光纤通信的组成结构。并且由于光学中存在混沌现象，所以我们在光学通信中应用混沌加密技术进行保密工作。最后本文重点探讨了混沌加密在光学通信中的应用，其内容主要包括：混沌加密常用方法、光学通信中混沌加密通信常用方案以及光学通信中两级加密的混沌加密通信方案。其中混沌加密常用方法主要包括：数字流混沌加密、数字信号混沌加密以及连续流混沌加密等。光学通信中混沌加密通信常用方案主要包括：混沌掩盖加密方案、混沌键控加密方案、混沌参数加密方案以及混沌扩频加密方案等。
【参考文献】
[1]马瑞敏，陈继红，朱燕琼.一种基于混沌加密的关系数据库水印算法[J].南通大学学报（自然科学版），2012，11（1）：13-27.
篇9
新的移动通信实验教学体系，将先修课学习、工业实习、理论课学习、实验课开展、毕业论文等多个教学环节进行整合，形成从基础理论仿真到专业实验操作、工程技术实训、创新实验等一个开放的实验教学体系通过通信类先修课程的学习，使学生准备好相关的基础知识，同时也对移动通信在课程体系中的地位有明确的定位[14，15]。相应编程语言类课程的学习更为实验仿真提供了良好的基础。
移动通信理论课程的讲授为实验课程的开设提供了直接的理论平台。工业实习安排在移动通信实验课开设前一学期开展，实习内容是到各通信运营商公司和设备厂家进行跟岗实习，涉及到的内容有：移动通信系统基站的建设与维护；交换与传输系统管理和维护；光纤传输设施维护；移动终端制造与维修；3G应用等多个方面。通过工业实习使学生对当前移动通信所涉及到具体问题有了充分的感性认识，这对之后实验教学的开展，特别是移动网络方面实训的进行有很好的促进作用。移动通信实验教学的开展涵盖以下几个方面：基础理论仿真、专业实验操作、工程技术实训、创新实验、毕业设计。基础理论仿真是利用MATLAB软件实现：QPSK调制及解调；MSK、GMSK调制及相干解调；QAM调制及解调；OFDM调制解调；m序列产生及特性分析；Gold序列产生及特性分析；数字锁相环载波恢复；Rake接收机仿真实验。例如，OFDM调制解调实验，按照图2OFDM仿真结构图，利用MATLAB程序实现图2中不同测试点处的信号波形。专业实验操作则是在南京润众RZ6001实验平台基础之上，利用TMS320和GSM模块实现：直接序列扩频编解码；跳频通信；DS/CDMA码分多址；利用AT命令实现GSM/GPRS移动台短信收发、语音呼叫；CDMA数据传输实验。例如，直接序列扩频实验，利用DSP编程实现图3结构功能，并用示波器测量比较各测试点的信号波形。
篇10
前言
目前，我国大型石化企业在厂内的通讯方式，一般仍然采用传统的有线传输方式，即依靠有线通讯电缆来传输信号，配合以传统的程控交换机和防爆电话，防爆扬声器等等设备终端来实现在防爆区与非防爆区之间的通讯。这样的通讯系统庞大，线缆众多不易于人员维护，加之厂区内部腐蚀性气体，工作环境，自然环境等经年累月极容易造成设备的线缆损坏，影响通讯，由于是有线电缆连接在事故发生时更加容易遭受破坏。一旦通讯中断，对企业的事故救援，员工的人身安全，都造成巨大的损失。所以要大力发展无线通讯网络在企业的应用。 1、无线通讯技术的重要作用
石化工厂厂区面积大，人员分布散，防爆区内移动作业人员和零散作业人员众多。无线通讯系统对满足人员通讯需要，加强防爆区内分布人员的动态管理，优化厂区网路结构，实现企业安全生产，调度指挥的有线，无线互联互通，相互结合的信息传递，保证企业安全高效的生产具有十分重大的现实意义。
2、常用的无线通讯技术分析
目前广泛应用的无线通讯技术主要有GPRS/CDMA、数传电台、扩频微波、无线网桥及卫星通信、短波通信技术等。 2.1 数字电台用于点对点或点对多点的工作环境，能够提供标准RS-232接口，可直接与计算机、RTU、PLC等数据终端连接，实现透明传输。数传电台的传输速率从1200～19.2Kbit，传输距离20～50公里。具有抗干扰能力强、接收灵敏度高等特点。数传电台技术比较成熟，标准统一。但随着GPRS/CDMA技术的日渐成熟，相应的设备价格的降低，使得在很多应用场合中数传电台被GPRS/CDMA所取代。但同时，数传电台的相关技术也在不断发展，智能化、网络化、高带宽的数传电台也不断涌现。
2.2 扩频微波和无线网桥技术是近几年兴起的一门数据传输技术。扩频微波最大优点在于较强的抗干扰能力，以及保密、多址、组网、抗多径等，同时具有传输距离远、覆盖面广等特点，特别适合野外联网应用。而无线网桥是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产物。无线网桥是为使用无线（微波）进行远距离数据传输的点对点网间互联而设计。它是一种在链路层实现LAN互联的存储转发设备，可用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离（可达50km）、高速（可达百Mbps）无线组网。这两项技术都可以用来传输对带宽要求相当高的视频监控等大数据量信号传输业务。
3、短距离无线通讯技术简介
“蓝牙（Bluetooth）”是一个开放性的、短距离无线通讯技术标准，也是目前国际上最新的一种公开的无线通讯技术规范。它可以在较小的范围内，通过无线连接的方式安全、低成本、低功耗的网络互联，使得近距离内各种通讯设备能够实现无缝资源共享，也可以实现在各种数字设备之间的语音和数据通讯。由于蓝牙技术可以方便地嵌入到单一的CMOS芯片中，因此特别适用于小型的移动通讯设备，使设备去掉了连接电缆的不便，通过无线建立通讯。 蓝牙技术以低成本的近距离无线连接为基础，采用高速跳频(Frequency Hopping)和时分多址(Time Division Multi-access—TDMA)等先进技术，为固定与移动设备通讯环境建立一个特别连接。作为一个新兴技术，蓝牙技术的应用还存在许多问题和不足之处，如成本过高、有效距离短及速度和安全性能也不令人满意等。但毫无疑问，蓝牙技术已成为近年应用最快的无线通讯技术，它必将在不久的将来渗透到生活的各个方面。
4、超宽带(UWB)技术研究
超宽带(Ultra-wideband—UWB)技术起源于20世纪50年代末，此前主要作为军事技术在雷达等通讯设备中使用。随着无线通讯的飞速发展，人们对高速无线通讯提出了更高的要求，超宽带技术又被重新提出，并倍受关注。UWB是指信号带宽大于500MHz或者是信号带宽与中心频率之比大于25%的无线通讯方案。与常见的使用连续载波通讯方式不同，UWB采用极短的脉冲信号来传送信息，通常每个脉冲持续的时间只有几十皮秒到几纳秒的时间。因此脉冲所占用的带宽甚至高达几GHz，因此最大数据传输速率可以达到几百分之一。在高速通讯的同时，UWB设备的发射功率却很小，仅仅是现有设备的几百分之一，对于普通的非UWB接收机来说近似于噪声，因此从理论上讲，UWB可以与现有无线电设备共享带宽。UWB是一种高速而又低功耗的数据通讯方式，它有望在无线通讯领域得到广泛的应用。UWB的特点如下：
4.1 抗干扰性能强：UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。 4.2 传输速率高：UWB的数据速率可以达到几十Mbit/s到几百Mbit/s，有望高于蓝牙100倍。 4.3 带宽极宽：UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。超宽带系统容量大，并且可以和目前的窄带通讯系统同时工作而互不干扰。 4.4 消耗电能少：通常情况下，无线通讯系统在通讯时需要连续发射载波，因此要消耗一定电能。而UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按0和1发送出去，并且在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能少。 4.5 保密性好：UWB保密性表现在两方面：一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据；另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。 4.6 发送功率非常小：UWB系统发射功率非常小，通讯设备可以用小于1mW的发射功率就能实现通讯。低发射功率大大延长了系统电源工作时间。 4.7 成本低，适合于便携型使用：由于UWB技术使用基带传输，无需进行射频调制和解调，所以不需要混频器、过滤器、RF/TF转换器及本地振荡器等复杂元件，系统结构简化，成本大大降低，同时更容易集成到CMOS电路中。
5、结束语
总之，无线通讯方式由于其建立物理链路简单易行，成本低，可以根据现场需求及时调整项目方案，灵活性好，系统的功能扩展方便，因此特别适合石化行业对通信链路的要求。
参考文献
[1]方旭明，何蓉.短距离无线与移动通讯网络[M].北京：人民邮电出版社，2004.
篇11
（Guangxi， Guilin， Guilin University of Electronic Technology）
Abstract： As the theoretical foundation of the most popular communication systems， Direct Spreading Spectrum System （DSSS） is one of the most important courses in Telecommunication. In this paper， we explore the novel ideas and the useful strategies for teaching based on the features of the DSSS. The development from traditional education to education through inspiration can be achieved thereupon.
Keywords： DSSS， Teaching Practice， Experiment Teaching
引言
扩频通信在军事和民用通信领域中占有重要地位，相关应用越来越广泛。作为通信原理的后续课程，通信与实际联系紧密，深入认识扩频通信的相关知识能为今后的工作打下坚实的基础，使学生更好的与社会接轨，提供其就业竞争力。作为一门多学科、专业交叉渗透的综合性课程，如何有效开展相关理论与实验教学，让学生更深入、更形象地理解所讲授的内容，提升学生的学习热情，最大化课堂教育效果是探讨的热点与难点。经过多年教学，作者总结了扩频通信的教学难点，提出了相关教学方式方法。
一、主要问题
扩频通信[1]的教学涵盖了通信工程教学中的大部分知识。通过长期的教学，笔者发现这门课的教学难点主要表现在以下方面：
1.1涉及其他课程知识较多
作为当代通信系统设计的重要理论，扩频通信系统的设计涉及了全部通信工程专业的主要课程。其中通信原理被应用于扩频通信的误码率分析中、信号与系统被应用于扩频信号的频谱分析中、编码与信息论被应用于扩频码的设计中。这种现状为教学工作带来了较大难度。
一般而言，扩频通信被安排在通信系统本科专业教学后段，学生已经完成了大多数课程学习。但是由于遗忘和僵化教学等原因，很难要求学生随时灵活运用各种知识。教师在课堂上常常要为学生复习各种课程的相关理论。但由于涉及面广、知识量大，复习的效果并不如人意。甚至会好心办坏事，将学生本就混乱的知识体系搅乱。
1.2实验设计的创新难度大
扩频通信系统实验一般在Matlab仿真平台上完成。由于系统理论已经成熟，现有实例程序较多，很难对其进行创新。曾有人探索用system view或simulink进行扩频通信系统仿真[2，3]，但受限于时间与设备等因素，如何跳出现有的框架，从新的角度更有效地教授学生仍没有一个完美的答案。
由于实验设计的老旧，很难调动学生的积极性。即使将程序设计作为考核内容，学生们也常常从网络或其他途径找到相关程序应付了事。这种现状更加大了教学的难度。
1.3扩频码设计教学难度高
扩频编码属于编码理论的一个分支。作为通信理论中的最抽象部分，编码理论的教学是整个通信工程专业教学中的“硬骨头”。虽然有信息理论与编码理论的基础，但由于大多数的学生并不能理解编码设计的原理，扩频编码的设计教学难度仍然很大。大多数的教师只能停留在教授学生几个移位寄存器的设计方法，更深层的编码理论无法引入教学过程中。清华大学的扩频通信教材试图将编码的基础知识（有限域）引入扩频码的教学中，但只是隔靴搔痒，并不能解决根本问题。
二、改进措施
多年来，我们不断探索扩频通信的教学方法，总结出一套行之有效的教学方案。实践证明这些方法能够提高学生的学习兴趣，改善教学效果。
2.1打好基础
针对扩频通信涉及知识面广的学科特点，我们采取先复习，后讲课的方式进行教学。在课程开始的前三次课依次为学生复习通信原理中误码率分析、信号与系统中频率分析、信息论中信息量计算等内容。重点是向学生介绍有限域的基础概念[4]，并将现有的编码设计方法向学生进行简单说明。虽然花费了教学时间，但这种教学方法能够在教学初期为学生复习所学知识，为之后的学习打下坚实基础。
由于涉及的相关知识较多，学生之间的基础也存在差异，我们不可能也没有必要在课程上复习所有相关知识。为此，我们总结了扩频通信涉及的知识框架（如图1所示）。借助于该框架，可以让学生清楚的认识到相关知识之间的联系，让学生较容易明白相关知识复习的必要性，认识扩频通信系统设计的重要性。同时，也能帮助学生进行自我对照，找出薄弱环节有针对的学习，以弥补教师在课程复习中的不足。并且能够为学生建立较好的学科体系。经过多年总结，我们总结出以下扩频通信相关的知识结构框图应用于教学中：
2.2实验教学
在扩频通信的授课过程中，完成相关的基础实验内容。这种将实验引入教学的方法已经被广泛应用于工科院校的各种课程中，其效果是显著而且良好的。学生的积极性被调动起来，抽象的理论被具象化。在我们的应用中主要强化以下两点：一是将课堂上的实验与课后的作业相结合。比如，我们将常见的简单扩频通信系统设计放在课堂上介绍，在课后作业中要求学生解释由教师提供的程序的物理意义。这种方法能够较好的训练和检测学生对所学内容的了解。二是将扩频通信的原理与实际的系统结合，考核学生设计满足某种条件的扩频系统能力。常见的CDMA系统设计就是基于扩频通信系统的，我们为学生指定某种国际标准下的信道模型，设定合理的通信系统参数，指导学生设计满足各项要求的扩频通信系统。这种教学和考核方法能够加强理论课程的实践性，并且将老旧的程序设计具体化、特殊化，培养学生的实际动手能力，满足工业界对通信专业毕业生的需要。
2.3寓教于乐
兴趣是最好的老师，所以如何在将教学变得有趣是教师的重大课题。扩频通信作为一门理论专业课，内容比较抽象枯燥，寓教于乐的难度较大。我们希望用下面的方法来达到这样的效果。
首先，在教学中引入课程的背景知识。作为二战时期发展出来的通信理论，扩频通信的发展历史具有一定传奇色彩，对这段历史的介绍能够激发学生对学科的兴趣。特别是扩频通信的发明人，海蒂・拉玛女士，作为好莱坞知名演员和通信专家，其人生经历就能够编成一部优秀的电影。无独有偶，编码理论的奠基人，伽罗华的人生经历更具特色，这些历史的引入很好地丰富了学科背景，调剂了紧张的教学过程，并将具体的人物投射在抽象的理论中，能够很有效的提高学生的学习兴趣。
其次，鼓励学生学习相关学科最先进的科研成果，为学生梳理理论发展的脉络。扩频通信的研究发展一直没有停止。虽然相关基础通信理论已有较好发展，但更优的编解码方法和扩频抗干扰的研究从来没有停止过。我们希望在教学中引入一两篇最新的扩频通信方面论文，指导学生阅读。加强课程与当下科研发展的联系。
总之，我们希望能将教学从课本的知识延伸开去，追溯学科历史，展望发展前景。这种谈古论今式的教学方法常出现在文科类的教学中，工科教学中使用较少。相信会给学生带来新鲜感。事实上，国外相关领域的授课常常采用这种方式，比如，数学课教授常常从数学史的发展入手，用时间线连起看似无关的各种学科知识，进而介绍本课程的内容，这样的教学能够较好的将知识趣味化，也能避免只见树叶不见树的教学盲区，为学生打开兴趣之门。
2.4编码教学
编码教学是扩频通信教学过程中的重点难点，为了将这一个部分与其他通信知识融会贯通，这里的教学重点应该放在扩频码的使用与效果上。但是这并不意味着编码设计不需要考虑。相反，编码设计才是能够引起学生兴趣和学习热情的部分。现有教材上的编码设计方法着重在查表法，常常有学生提出疑问：我们所用的编码表从何而来？为了解决学生的问题，我们在课上点出编码设计的几种方法，如，搜索法，椭圆曲线相关理论。由于这些知识本身的复杂性，这部分介绍的重点放在知识背景和理论框架的建立，目的在于为学生指出方向，是其未来能够通过学习按图索骥，如果有兴趣，也能继续在这个方面进行探索。
三、结语
以上的教学方法已经被初步应用于我们的教学过程中，教学成果有明显改善。学生对扩频通信的兴趣大大提高，课堂气氛更为轻松活泼，实践经验增加较多，这样的教学成果能够较好地服务于学生未来的工作。如何进一步改善教学手段，提高教学效率是我们未来的工作重点。
参考文献
[1]朱近康.扩展频谱通信及其应用[M].北京：中国科学技术大学出版社， 1993.
篇12
1 引言
随着无线通信系统与用户的迅猛增加，对系统通信容量的要求大大提高，人们更希望能够享受到图像、数据等宽频带多媒体服务。在这种情况下，世界各国均竞相研究第三代移动通信系统（简称3G），其中采用直接扩频技术的WCDMA体制是最具竞争力的系统方案，得到了人们的广泛关注。
WCDMA系统射频的工作频带范围是1920-2170MHz，频宽达250MHz，相对带宽达到13%，因此对于WCDMA移动终端的天线设计要求有大带宽、小尺寸且在整个方位平面上提供均匀覆盖、增益0dBi以上。目前商用的移动终端设备大多采用鞭状天线，存在尺寸不易缩小，人体邻近效应造成辐射方向不均匀等问题。而微带天线以其体积小、重量轻、能与载体共形等优点被广泛地应用在移动通信终端上。本文结合多种微带天线小型化，宽频带的方法，设计了一种适用于WCDMA系统的小型宽频带的微带天线，该天线采用短路针加载等边三角形贴片实现小型化，采用在贴片上开缝实现宽频带。
2 天线的结构与仿真
本文设计的天线的结构选择短路针加载等边三角形贴片来实现天线小型化，采用空气介质并在贴片上开两条窄缝，来展宽天线的带宽。天线结构如图1所示，微带天线贴片为等边三角形，边长L，一对窄缝位于中心线两侧，缝长与宽分别记为d和w，缝距底边距离记为c，两条窄缝之间距离记为S。馈电采用50Ω同轴馈电，馈电位置位于中心线上距底边距离记为dp，短路针距底边距离记为ds，馈电探针与短路针半径分别记为Rp与Rs。采用空气介质，贴片距接地板高度记为h。
图1 微带天线结构
经过HFSS9.2大量的仿真优化，最终得到的天线参数值如表5.1所示。