一种基于混沌序列的码分多址接入方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及可见光通信领域，更具体地，涉及一种具有高安全性的基于混沌序列 的码分多址接入方法。
【背景技术】
[0002] 与传统的射频通信系统相比，可见光通信（Visible Light Communication，VLC) 具有高速传输、低耗、高安全性和免授权等优点。VLC系统采用发光二极管（Light Emitting Diodes，LED)作为光源，发射端采用光强调制，接收端采用光强检测器（Photodiode，PD)直 接检测（Intensity Modulation with Direct Detection，IM/DD)接收信息。
[0003] 在可见光无线局域网中所有的终端用户都共用相同的主光源，因此不同的用户信 号必须具有不同的特征，这样适配器接收时才能将不同用户信号分割开，即采用多址接入 技术识别不同用户。多址接入技术能够高效地支持多用户同时通信，并且不过度增加系统 复杂度，从而降低系统建设和维护成本。
[0004] 多址接入技术通常包括时分多址、频分多址和码分多址方式。当以传输信号的传 输时隙来识别用户时，称为时分多址方式；当以传输信号的载波频率不同来区分用户建立 多址接入时，称为频分多址方式；当以传输信号的码型不同来区分用户建立多址接入时，称 为码分多址方式。其中，码分多址方式中用户因可同时共享系统的频段和时隙资源，与其他 两种方式相比，系统容量更大。
[0005] 在基于码分多址的多用户可见光通信系统中，尽管可见光的视距传播特性为可见 光通信提供了与射频无线通信相比更好的安全性，然而，在相同光束覆盖下的多用户因光 束的广播特性，所传播的信息易于被恶意用户截获。已有的基于单极性码的光码分多址系 统尽管实现了多用户的识别，但由于采用的地址识别码易于被恶意用户获知，因此无法保 障多用户的安全接入。
[0006] 因此，提出一种可提供高安全性用户接入的多用户访问技术是有必要的。
【发明内容】
[0007] 本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种具有高安全 性的基于混沌序列的码分多址接入方法。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
[0009] -种基于混沌序列的码分多址接入方法，包括以下步骤：
[0010] Si.每个用户发送的信息比特经过载波调制，再分别与由混沌发生器产生的混沌 扩频码进行扩频；
[0011] S2.采用传输过滤器对扩频后的信号进行过滤，将过滤后的信号进行叠加；
[0012] S3.将叠加后的信号通过LED端发射到VLC信道进行传输，对传输后的信号进行分 离，再采用匹配滤波器进行滤波，最后解扩解调恢复得到每个用户的原始信息比特；
[0013] 上述步骤S3中，解扩是采用是由步骤Sl中混沌发生器产生的混沌扩频码进行解 扩。
[0014] 上述步骤SI中，用户发送的信息比特经过正交相移键控调制映射进行载波调制 后，再通过乘法器与混沌发生器产生的混沌扩频码进行扩频。本发明的关键是在进行解扩 时，必须采用由对应混沌发生器产生的混沌扩频码进行解扩，这样才能准确的实现信息的 解码。
[0015] 这是由于混沌现象是非线性确定性系统中的一种类似随机的过程，这种过程有界 但对初值十分敏感。混沌序列具有极强的自相关性和极弱的互相关性，同时对初值极度敏 感，可以用来提高系统的安全性。并且不同的映射方式可以产生大量的混沌序列满足多用 户的需求。
[0016] 利用混沌序列相关特性来区分VLC系统中的接入用户具有高安全性。由于混沌序 列的类噪声性和对初值的极度敏感性，因此只有合法的接受用户才能恢复初始发送信息， 而窃听用户不能截获发送数据。
[0017] 由于光信道采用的頂/DD的方式，光信道中传播的信号必须是非负信号，所以要 在传输信号进入VLC光信道前将映射的双极性信号转成非负的单极性信号；故所述步骤S2 中对叠加后信号还需要采用直流偏置的方法使得双极性信号全部变成非负信号。
[0018] 进一步的，通过VLC信道的信号功率P1^能表示为：
[0019] Pr= [Hlcis ⑹+Hnkls(0)]Pt ⑴
[0020] 其中Hlcis(O)和Hnlcis⑹表示光信号直射和反射的传递函数，Pt表示平均传输光信 号功率，由下式计算得到：
[0022] 式⑵中：系统中发射信号波形x(t)为LED光源的瞬时光强度值，从式⑵中知， LED瞬时发射光功率不可能为负值，因此LED端输入信号波形应为非负。
[0023] 与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明给出了一种应用于VLC 系统的基于混沌序列的码分多址接入方法，该方法用混沌序列代替传统的光正交码实现扩 频的功能，将其应用到VLC系统中，从而增强了可见光通信过程中用户接入的安全性，使 VLC系统实现了多用户的安全接入。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明基于混沌序列的CDM-VLC系统框图。
[0025] 图2是可见光通信系统反射传播链路模型示意图。
[0026] 图3是使用不同扩频码的SER性能曲线对比图。
[0027] 图4是使用混沌序列的不同用户数量的性能曲线对比图。
[0028] 图5是合法接收用户与窃听用户的接收数据误码率比较图。
【具体实施方式】
[0029] 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附 图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
[0030] 对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解 的。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0031] 本发明提出基于混沌序列的码分多址接入方法，即采用混沌序列识别可见光通信 系统中的多个用户，能够有效的增强可见光通信系统的多用户接入安全性。
[0032] 本发明提出了将混沌序列用于CDM-VLC系统来实现高效和高安全的多用户识 另IJ。图1所示是本发明方法实现的基于混沌序列的CDM-VLC系统的结构图。首先每个用 户发送的信息比特通过正交相移键控调制映射（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)， 然后乘以由混沌发生器产生的混沌扩频码进行扩频。通过传输滤波器、光滤波器、VLC信道、 光集中器、匹配滤波器，最后解扩解调恢复得到每个用户的原始信息比特，使得用户可以依 靠各自不同的混沌序列来区分识别。由于光信道采用的頂/DD的方式，光信道中传播的信 号必须是非负信号，所以要在传输信号进入光信道前将映射的双极性信号转成非负的单极 性信号，这里采用的是添加直流偏置的方法使得双极性信号全部变成非负信号。
[0033] 本方案在VLC系统中的性能分析采用通用的可见光信道模型，即包括可视距 (Line of Sight，L0S)和非可视距（Non Line of Sight，NL0S)两种类型。通过光信道后 的信号功率Pr可以表示为：
[0035] 其中Hlcis(O)和Hnlcis(O)表不光信号直射和反射的传递函数，不平均传输光信 号功率，由下式计算得到：
[0037] 式中：系统中发射信号波形x(t)为LED光源的瞬时光强度值，从式⑵中可以看 出，LED瞬时发射光功率不可能为负值，因此LED光源输入信号波形应为非负。
[0038] VLC系统在背景光影响下的噪声可以看作若干服从高斯分布的独立的噪声变量的 叠加。取其极限值并利用中心极限定理，可把信道噪声视为与信号无关的高斯噪