Çok değerli nicelemeye ve performans analizine dayalı kaotik yayılma spektrum dizisi
Yu Yiding, Wang Yongchuan, Wang Changlong
(İHA Mühendisliği Bölümü, Mühimmat Mühendisliği Okulu, Shijiazhuang, Hebei 050003)
: Çok değerli nicemlemeye dayalı kaotik yayılma spektrum dizisinin performansını analiz etmek için, Chebyshev kaotik haritasını örnek alarak, olasılık yoğunluk dağılım fonksiyonunun özelliklerini birleştirerek, çok değerli nicemleme için bir yöntem verilmiştir. Simülasyon, çok değerli nicelenmiş kaotik dizilerin dengesini ve korelasyonunu analiz eder.Geleneksel ikili nicemlenmiş kaotik dizi ve çok değerli nicelleştirilmiş kaotik dizi yayılı spektrum iletişim sistemi, Gauss beyaz gürültü kanalında simüle edilir ve bit hata oranı, düşük algılama olasılığı ve düşükten simüle edilir. Çok değerli nicelenmiş kaotik dizilerin önleme performansı, iki olasılık açısından analiz edilir. Simülasyon sonuçları, çok değerli nicelleştirilmiş kaotik dizinin BER performansının daha iyi olduğunu ve önleme performansının da iyileştirildiğini göstermektedir.
: Kaotik sekans; çok değerli niceleme; önleme
: TN914 belge tanımlama kodu: ADoi: 10.19358 / j.issn.1674-7720.2017.06.018
Alıntı biçimi Yuding Yu, Yongchuan Wang, Changlong Wang. Çok değerli nicemlemeye ve performans analizine dayalı kaotik yayılı spektrum dizisi J. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2017,36 (6): 58-61.
0 Önsöz
* Fon projesi: Ekipman ön araştırma fonu projesi (9140A25031314JB34004) kaos, doğrusal olmayan dinamik sistemlerde ortaya çıkan deterministik bir rastgele süreçtir.Bu tür bir süreç, periyodik olmayan ve yakınsak olmayan başlangıç değerlerine oldukça duyarlıdır. Kaotik haritalama yoluyla, keskin otokorelasyona, yaklaşık pozitif çapraz korelasyona ve gürültü benzeri çok sayıda kaotik sekans üretilebilir [1]. M dizisi, Altın dizisi vb. Gibi geleneksel yayılı spektrum dizisi ile karşılaştırıldığında, kaotik dizi daha iyi sözde rastgelelik, daha yüksek karmaşıklık ve önleme yeteneğine sahiptir ve yayılı spektrum iletişim sistemine uygulanan bir yayılı spektrum kodu olarak daha uygundur [2 ].
Şu anda, yurtiçinde ve yurtdışında kaotik dizilerin üretilmesi ve optimizasyon yöntemlerine ilişkin çok sayıda araştırma yapılmıştır [3-5], ancak yine de bazı sorunlar vardır: kaotik haritaların ürettiği kaotik dizilerin, yaygın spektrum iletişim sistemlerinde kullanılmadan önce genellikle dijital olarak nicelendirilmesi gerekir. Şu anda, kaotik dizi genellikle ikileştirilmiştir. Yaygın olarak kullanılan yöntemler arasında eşikleme yöntemi [6], bit çıkarma niceleme yöntemi [7], medyan niceleme yöntemi [8], vb. Bulunur, ancak ikilileştirme sürecinde kaos vardır. Sıra çok fazla bilgi kaybedecek. Kaotik yayılma spektrum dizilerinin performansını iyileştirmek için, bu makale çok değerli kaotik dizileri yayılmış spektrum iletişim sistemlerine yayma kodları olarak uygular.Chebyshev kaotik haritalamayı örnek olarak ele alırsak, geleneksel ikili nicemlenmiş kaotik diziler ve çok değerli nicemlenmiş kaotik diziler uygulanır. Doğrudan sıralı yayılma spektrumu (DSSS) sistemi ve simülasyonu, simülasyon sonuçları, çok değerli nicelleştirilmiş kaotik yayılı spektrum dizisinin performansının, yaygın spektrum iletişim sisteminin gereksinimleri ile daha uyumlu, geleneksel ikili kuantize kaotik yayılı spektrum dizisinden daha iyi olduğunu göstermektedir.
1 Kaotik yayılmış spektrum iletişim sistemi
Kaotik yayılı spektrum iletişim sisteminin temel ilkesi, sözde rasgele dizinin kaotik bir dizi ile değiştirilmesinin dışında, geleneksel doğrudan dizi yayılı spektrum sistemine benzerdir.Temel ilke, kaynak veriyi yayılmış spektrum modülasyonu için kaotik bir dizi ile yaymak ve kaynak verilerin frekans spektrumunu modüle etmektir. Genişletilir ve anten vasıtasıyla kanala geçirilir ve alıcı uçta, veriyi kurtarmak için korelasyon geri yayılması için verici uç ile senkronize olan kaotik dizi kullanılır. Şekil 1, kaotik bir yayılı spektrum iletişim sisteminin bir blok diyagramıdır.
Kaotik yayılı spektrum iletişim sistemi, DSSS sisteminin güvenilirliğini ve güvenliğini artıran çok sayıda kaotik dizi, iyi sözde rastgelelik ve yüksek dizi karmaşıklığının avantajlarından tam olarak yararlanan yayılmış spektrum kodu olarak kaotik diziyi benimser.
2 Kaotik dizinin çok değerli kuantizasyonu
Kaotik diziler genellikle doğrusal olmayan kaotik haritalamanın tekrarlanan yinelemeleri ile üretilir Yaygın kaotik haritalamalar arasında Lojistik haritalama, Chebyshev haritalama, Çadır haritalama vb. Bulunur. Bu makalede, Chebyshev kaotik haritası araştırma için bir model olarak kullanılmıştır ve haritalama formülü şöyledir:
xn + 1 = f (x) = cos (arccosxn) (1)
Başlangıç değeri x0 (-1,1), , = 2n olduğunda, sistem kaotik bir durumdadır ve olasılık yoğunluk dağılımı işlevi:
Yaygın spektrum iletişim sistemlerinde kaotik dizilerin uygulanması genellikle sayısal nicelemeyi gerektirir.Geleneksel ikili nicemleme ile karşılaştırıldığında, çok değerli nicemlemeden sonra dizinin kaotik karakteristik kaybı azalır, dizi karmaşıklığı daha yüksektir ve sözde rasgelelik daha güçlüdür. , Yaygın spektrum iletişim sisteminin performansını iyileştirmeye yardımcı olur. Kaotik dizinin çok değerli nicemleme yöntemi aşağıda analiz edilmiştir.
Kaotik dizinin N değerleriyle nicemlendiğini varsayarsak, [-1,1] aralığının N + 1 bölme noktaları ile N sürekli alt aralığa bölünmesi gerekir ve bölme noktaları a0, a1, ..., aN + 1 olarak ayarlanır, burada a0 = -1, aN + 1 = 1. N değer nicemlemesinin tekdüzeliğini sağlamak için, kaotik dizinin her bir alt aralıktaki dağılım olasılığının aynı olması gerekmektedir. Denklem (2) 'den, Chebyshev kaotik haritasının [ak, ak + 1] alt aralığındaki dağılım olasılığının:
Mevcut
ak = cos (k / N), k = 0,1,2,, N (4)
Geliştirilmiş Lojistik kaotik harita, Chebyshev kaotik haritası ile aynı olasılık yoğunluk dağılım işlevine sahip olduğundan, makalede verilen çok değerli niceleme yöntemi, geliştirilmiş Lojistik kaotik haritaya da uygulanabilir.
3 Çok değerli nicel kaotik dizinin performans analizi
3.1 Denge
Kaotik dizinin dengesi, taşıyıcı bastırma derecesi ile yakından ilişkilidir.Düşük dengeli bir kaotik dizi, DSSS'nin taşıyıcı sızıntısını artıracak ve bu da yayılmış spektrum sisteminin gizliliğini, anti-parazit ve algılama önleme yeteneklerini yok edecektir. İkili nicemleme dizisinin E dengesi:
E = | U V | / L (5)
Formülde, U ve V sırasıyla kaotik dizideki 1 ve -1 sayısını temsil eder ve L, dizi uzunluğunu temsil eder. İkili nicemleme dengesi derece formülünün çok değerli nicemleme dizilerinin dengesini ölçmek için uygun olmadığı gerçeği göz önüne alındığında, bu makale, çok değerli nicemleme dizilerinin dengesini ölçmek için E'nin yerine yeni bir indeks kullanır. Çok değerli nicelleştirilmiş bir dizi için, denge indeksini tanımlayın:
rn = | un 1 / N | (6)
Maksimum denge endeksini tanımlayın:
rmax = | umax 1 / N | maks (7)
Formülde 1 / N, çok değerli nicelenmiş kaotik dizideki her nicelleştirilmiş değerin ideal oranını temsil eder ve un, tüm yayılmış spektrum dizisindeki nicelenmiş bir değerin yüzdesini temsil eder. Maksimum denge endeksi, tüm dizinin dengesindeki maksimum farkı temsil eder Maksimum denge endeksi sıfıra ne kadar yakınsa, dizinin genel denge performansı o kadar iyidir.Aşağıda, ikili niceleme dizisinin maksimum denge endeksinin ve simülasyon yoluyla çok değerli nicemlemenin bir analizidir. Simülasyon koşulları: N = 4, kaotik dizide dört değerli nicemleme gerçekleştirilir ve niceleme değeri ± 1, ± 2'ye ayarlanır.Sekans uzunluğu arttıkça maksimum denge indeksinin eğilimini gözlemleyin.Simülasyon sonuçları Şekil 2'de gösterilmiştir. Şekilden, iki miktar belirleme yönteminin iyi bir dengeye sahip olduğu görülebilir.Sıra uzunluğu 1000'den büyük olduğunda, maksimum denge endeksinin sayısal eğrisi sabit olma eğilimindedir ve bu, bu makalede benimsenen kantifikasyon yönteminin uygulanabilir olduğunu kanıtlar. , Çok değerli nicemleme dizisinin iyi bir dengeye sahip olmasını sağlayabilir.
3.2 Korelasyon
Korelasyon, yayılmış spektrum dizilerinin performansını ölçmek için önemli bir indekstir ve yayılı spektrum iletişim sisteminin anti-parazit yeteneği ve anti-çoklu erişim yeteneği ile yakından ilgilidir. İdeal yayılmış spektrum sekansı, beyaz gürültü kadar keskin bir otokorelasyon fonksiyonuna ve her yerde sıfır olan bir çapraz korelasyon fonksiyonuna sahip olmalıdır [9]. {X} ve {y}, L periyoduna sahip iki kaotik dizi olsun, bu durumda çapraz korelasyon fonksiyonu Rxy (m) {x} ve {y} şu şekilde tanımlanır:
m, iki dizi arasındaki korelasyon aralığıdır, tanımlanan dizinin {x} otokorelasyon fonksiyonu Rx (m):
Şekil 3 ve Şekil 4, ikili nicemleme ve çok değerli nicemlemeden sonra kaotik dizinin otokorelasyon fonksiyonu eğrisini ve çapraz korelasyon fonksiyonu eğrisini gösterir. Şekilden, çok değerli nicelenmiş kaotik dizinin korelasyon özelliklerinin iyi olduğu, otokorelasyon fonksiyonunun keskin korelasyon zirvelerine sahip olduğu ve çapraz korelasyon fonksiyon değerinin çok küçük olduğu, neredeyse sıfıra yakın olduğu görülebilir. İkili nicemlenmiş kaotik dizi ile karşılaştırıldığında, çok değerli nicelenmiş kaotik dizinin çapraz korelasyon performansı çok farklı değildir.Otomatik korelasyon işlevi, ortak iletişim grubu tarafından yaygın spektrum sinyalinin ve senkronizasyon işleminde yayılma spektrumunun saptanması için yararlı olan daha büyük bir korelasyon tepe noktasına sahiptir. Sıra yakalama ve tanımlama.
3.3 Bit Hata Oranının Performans Analizi
Çok değerli nicelleştirilmiş kaotik yayılma spektrum dizisinin performansını daha da doğrulamak için, bunu bir yayılı spektrum kodu olarak doğrudan sıralı yayılı spektrum sistemine uygulayın ve simülasyon yapın.Sonuçların doğruluğunu ve güvenilirliğini sağlamak için, simülasyon için Monte Carlo yöntemi kullanılır. Denge gereksinimini karşılamak için, simülasyon sürecinde kaotik yayılma spektrum dizisinin uzunluğu 1000'e ayarlanmıştır, varsayılan sembol oranı 1'dir, modülasyon yöntemi BPSK'dır, sistem kanalı Gauss beyaz gürültü kanalı (AWGN) ve sinyal-gürültü oranı değer aralığı [ -20 dB, 10 dB], çok değerli nicemlemenin sistem bit hata oranı üzerindeki etkisini daha fazla doğrulamak için, karşılaştırma ve analiz için simülasyon sürecine sekiz değerli bir nicemleme kaotik yayılma spektrum dizisi eklenmiştir.Simülasyon sonuçları Şekil 5'te gösterilmiştir.
Şekil 5'ten AWGN kanalındaki çok değerli nicemlenmiş dizinin bit hata oranı performansının ikili nicemlenmiş kaotik diziden daha iyi olduğu ve sekiz değerli nicemlenmiş dizinin bit hata oranı performansının dört değerli nicemlenmiş dizininkinden daha iyi olduğu görülebilmektedir. Bir dereceye kadar, yayılmış spektrum dizisinin kaotik özelliklerinin kaybı telafi edilir ve dizinin rastgeleliği ve karmaşıklığı iyileştirilir. Simülasyon sonuçları, çok değerli nicelleştirilmiş kaotik yayılı spektrum dizisinin, yayılı spektrum sisteminin güvenilirliğini etkili bir şekilde geliştirebileceğini, sinyal iletiminin bit hata oranını azaltabileceğini ve yayılı spektrum iletişim sistemleri için daha uygun olduğunu göstermektedir.
3.4 Önleme performans analizi
Önleme performansı, iletişim sistemlerinin güvenilirliğini ve güvenliğini ölçmek için önemli bir göstergedir. Bu makale, düşük algılama olasılığı (LPD) ve düşük kullanım olasılığı (LPE) perspektiflerinden çok değerli nicelleştirilmiş kaotik yayılma spektrum dizilerinin önleme performansını analiz etmektedir.
DS iletişiminin LPD performansı, işbirliği yapmayan taraflarca yakalanan ve alıcı tarafından keşfedilen DS sinyallerinin performansını ifade eder. Bir dizi yayılma sırası (xn) tanımı için:
Formülde , yakalanan alıcının alıcı ucundaki yayılmış spektrum sinyalinin sinyal-gürültü oranıdır, L, bir anda yakalanan alıcının gözlemlediği kesim sayısıdır ve PFA, yanlış alarm olasılığıdır. Simülasyon parametreleri PFA = 0.01 ve L = 1000 olarak ayarlanmıştır. Çok değerli nicemleme dizisinin algılama olasılığı PD'nin ile değişimi Şekil 6'da gösterilmektedir.
Şekil 7 Anti-Kesişme Hata Oranı Karşılaştırması Şekil 6'dan, sekiz değerli nicelleştirilmiş yayılı spektrum sinyalinin en düşük algılama olasılığına sahip olduğu, ardından dört değerli nicelemenin ve ikili nicelenmiş yayılı spektrum sinyalinin en yüksek algılama olasılığına sahip olduğu görülebilir. Simülasyon sonuçları, çok değerli nicelleştirilmiş kaotik dizinin, yayılma spektrum sinyallerinin algılama olasılığını azaltabileceğini ve sistemin LPD performansını iyileştirebileceğini göstermektedir.
DS iletişiminin LPE performansı, düşman alıcı tarafından yakalandıktan sonra DS sinyalinin taşıdığı bilgi ve istihbaratı geri yükleme ve elde etme yeteneğini ifade eder. İkili nicemlenmiş kaotik dizi ile karşılaştırıldığında, çok değerli nicelenmiş kaotik dizinin sistem dinamikleri daha karmaşıktır ve sistem daha fazla parametre değişkenine sahiptir.Düşman alıcı bizim yayılmış spektrum sinyalimizi tespit etse bile, yayılmış spektrum dizisinin kod uzunluğunu bile analiz eder. Sembol hızı gibi sistem parametreleri, sinyalin taşıdığı bilgi ve zekayı, kaotik yayılma spektrum dizisi çok değerli nicemleme kurallarımızı bilmeden geri yüklemek zordur. Doğrudan yayılma sinyalimizi geleneksel ikili korelasyon yayma yoluyla tespit ettikten sonra düşman tarafından elde edilen bit hata oranının simülasyon eğrisi Şekil 7'de gösterilmektedir.
Şekil 7'den, dört değerli nicelleştirilmiş kaotik yayılı spektrum dizisi tarafından modüle edilen sinyalin bit hata oranının şiddetli olduğu ve sekiz değerli nicelleştirilmiş kaotik yayılı spektrum dizisi tarafından modüle edilen sinyalin neredeyse tamamen bozulmuş olduğu görülebilir. Simülasyon sonuçları, çok değerli nicemlemeden sonra kaotik yayılma spektrum dizisinin LPE performansının daha iyi olduğunu göstermektedir, bu da iletişim sisteminin güvenilirliğini ve güvenliğini geliştirmek için faydalıdır.
4. Sonuç
Bu makale, kaotik dizilerin çok değerli nicemleme yöntemini inceler, çok değerli nicelleştirilmiş kaotik yayılı spektrum dizilerinin dengesini ve korelasyonunu analiz eder ve bunları simülasyon için doğrudan dizi yayılı spektrum iletişim sistemlerine yayma kodları olarak uygular. Simülasyon sonuçları, çok değerli nicelenmiş yayılma dizisinin iyi bir denge ve korelasyona sahip olduğunu göstermektedir Çok değerli nicelenmiş dizi tarafından modüle edilen sinyal, AWGN kanalında daha iyi bit hata oranı performansı elde edebilir ve ayrıca anti-kesişme performansı da iyileştirilmiştir. Değer nicelleştirilmiş kaotik yayılı spektrum dizisi, yayılı spektrum iletişim sistemi için daha uygundur.
Referanslar
[1] Liu Jiaxing, He Shibiao Kaotik ölçüm ve kontrol kavramı, özellikleri ve gerçekleştirilmesi J. Uçak Ölçüm ve Kontrol Dergisi, 2011, 30 (1): 1-5.
2 Yu Bin, Jia Yaqiong Yeni bir kaotik yayılma spektrum dizisi ve performans analizi J Elektronik Teknolojinin Uygulanması, 2014,39 (1): 136-137.
3 Du Xiuli, Zhen Xuliang, Chen Bo. Kaotik kompozit diziye dayalı doğrudan yayılma sistemi ve performans analizi J. Bilgisayar Simülasyonu, 2013,30 (11): 173-176.
[4] Huang Zhan, Chen Xiaoping, Zhao Weidong Kesik kaotik yayılmış spektrum dizisinin optimizasyonu ve performans analizi J. Telecommunications Technology, 2011,51 (2): 11-15.
5 VOLOS C, KYPRIANIDIS I M, STOUBOLOS I N. Kaotik gerçek rastgele bit üreteci kullanarak robotların hareket kontrolü J. Journal of Engineering Science and Technology Review, 2012,5 (2): 6-11.
6 Zhang Xiaorong, Wu Chengmao Kaosun Korelasyon Füzyonu ve Otomatik Kodlamaya Dayalı Yayılmış Spektrum Kodunun Oluşturulması J. Telekomünikasyon Teknolojisi, 2014,54 (6): 769-773.
7 Lian Chen, Da Xinyu, Zhang Yapu. Yeni bir tür kaotik yayılı spektrum uydu örtülü iletişim algoritması J. Computer Science, 2014, 41 (11): 158-161.
[8] Yi Xinbing, Yang Kai.Kompozit kaotik kodlu DS-SS sistemlerinin optimizasyonu ve anti-parazit performansı üzerine araştırma J Bilgisayar Mühendisliği ve Tasarımı, 2012,33 (10): 3716-3719.
9 Yu Zhenbiao, Feng Jiuchao. Kaotik yayılma spektrum dizisi oluşturmak için bir yöntem ve optimizasyon algoritması J. Açta Physica Sinica, 2008,57 (03): 1409-1415.
10 Yu Jin, Yao Yudong Kaotik yayılan LPI dalga formlarının algılama performansı J. IEEE Transaction on Wireless Communications, 2005,4 (2): 390-396.
