專利名稱：基于模擬退火算法的光碼分多址混沌碼字篩選方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信技術(shù)，特別是一種基于模擬退火算法的光碼分多址混沌碼字篩選方法。
背景技術(shù)：
光碼分多址(OCDMA)技術(shù)是將碼分多址通信技術(shù)和光纖通信技術(shù)相結(jié)合的一種新型通信方式，結(jié)合了兩種通信方式的技術(shù)特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。 OCDMA技術(shù)通過使用不同的地址碼序列來區(qū)分用戶，將許多接入用戶同步(或異步)地復(fù)用到相同的頻帶和時隙上，實(shí)現(xiàn)多個接入用戶共享同一光纖信道和提高系統(tǒng)的總?cè)萘?。因此?OCDMA技術(shù)是充分挖掘光纖潛在傳輸能力，擴(kuò)大接入網(wǎng)系統(tǒng)容量的一種有效技術(shù)。OCDMA技術(shù)具有以下幾個方面的特點(diǎn)(1)不需網(wǎng)際范圍的同步，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計靈活，系統(tǒng)誤碼率僅依賴于被激活的接入用戶總數(shù)，是一種軟限制；(2)可實(shí)現(xiàn)異步通信，允許用戶無延時隨機(jī)接入，可支持變比特率傳輸和突發(fā)性業(yè)務(wù)；(3)每個接入用戶充分利用了整個系統(tǒng)的時域和頻域資源，增加新用戶容易；(4)易于實(shí)現(xiàn)真正透明的全光網(wǎng)絡(luò)，信道的統(tǒng)計復(fù)用增益高；(5)較好的抗干擾和保密特性。構(gòu)造性能優(yōu)良的光地址碼是實(shí)現(xiàn)光碼分多址通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前已報道的超結(jié)構(gòu)光纖光柵(SSFBG)相位編碼OCDMA系統(tǒng)中使用的雙極性地址碼通常為m序列、Gold 序列、Kasami序列等由線性移位寄存器生成的序列?；煦缧蛄杏煞蔷€性映射生成，其對初值具有敏感依賴性，可以提供較上述碼字?jǐn)?shù)量更多的可能碼字。由于混沌序列具有良好的相關(guān)特性和類隨機(jī)特性，故其在無線CDMA編/解碼和保密通信等領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。是否可以將混沌序列用于OCDMA編/解碼是一個需要研究的問題。由于OCDMA系統(tǒng)和無線 CDMA系統(tǒng)在調(diào)制方式和編碼方法上存在差異，故兩種系統(tǒng)對碼字的需求也有所不同。例如在無線CDMA通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)信息采用BPSK等相位調(diào)制方式，信號為雙極性的(取值為1 或-1)，碼片信號同樣為雙極性的，但是在OCDMA系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)信息采用開關(guān)鍵控調(diào)制方式， 信號為單極性的(取值為0或1)，相位編碼的碼片信號可以看作是雙極性的。為了提高系統(tǒng)的性能，需要根據(jù)OCDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)對混沌序列做出優(yōu)選。為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于模擬退火算法的光碼分多址混沌碼字篩選方法

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效的支持多用戶通信方式，降低各個用戶之間的干擾，進(jìn)而降低光碼分多址通信系統(tǒng)的比特誤碼率并提高其通信質(zhì)量。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于模擬退火算法的光碼分多址混沌碼字篩選方法，其特征是所述方法包括以下順序執(zhí)行的步驟步驟1:自相關(guān)篩選；步驟2:構(gòu)造互相關(guān)矩陣；步驟3:構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)；步驟4:設(shè)定降溫策略；步驟5:迭代優(yōu)化碼字。所述步驟1的具體內(nèi)容包括碼字自篩選用窮舉法生成所有可能的碼字，根據(jù)混沌碼字的自相關(guān)特性，其自相關(guān)旁瓣數(shù)值不應(yīng)過大，設(shè)定旁瓣數(shù)值門限，對生成的碼字進(jìn)行自相關(guān)篩選；所述旁瓣數(shù)值門限，即根據(jù)光碼分多址系統(tǒng)的比特誤碼率所要求旁瓣數(shù)值的最大值。所述步驟2的具體內(nèi)容包括對步驟1中進(jìn)行自相關(guān)篩選后生成的N1個碼字，計算各個碼字序列之間的互相關(guān)方差，首先構(gòu)成方差矩陣，再依據(jù)互相關(guān)篩選門限，方差矩陣中數(shù)值小于互相關(guān)篩選門限的位置設(shè)為1，否則設(shè)為0，由此得到N1行N1列的互相關(guān)矩陣；所述互相關(guān)篩選門限根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置；所述N1為大于0的正整數(shù)。所述步驟3的具體內(nèi)容包括在篩選出的N1個碼字中進(jìn)一步查找出隊個碼字，根據(jù)該N2個碼字設(shè)定目標(biāo)函數(shù)的計算方法，定義目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)；所述隊個碼字即所需的碼字?jǐn)?shù)目；所述N2為大于0小于N1的正整數(shù)。所述步驟4的具體內(nèi)容包括設(shè)定降溫策略，給定初始溫度值，降溫后的溫度為原溫度的倍數(shù)k，每次降溫進(jìn)行 g次以下迭代優(yōu)化操作，溫度值用于在迭代優(yōu)化中控制以一定概率接收使目標(biāo)函數(shù)惡化的值的概率；所述k為大于0小于1的小數(shù)；所述g為正整數(shù)；所述使目標(biāo)函數(shù)惡化表示目標(biāo)函數(shù)值下降；所述概率與溫度值相關(guān)，且隨著溫度值的下降而減小。所述步驟5的內(nèi)容包括新舊替換、計算目標(biāo)函數(shù)差值和判斷是否接受；其中，新舊替換將隨機(jī)生成互相關(guān)矩陣的一個行號，得到一個碼字，再在步驟1中生成的碼字中隨機(jī)選取一個新的碼字，用后者替換前者；計算替換后的目標(biāo)函數(shù)值，與替換前的目標(biāo)函數(shù)值對比，然后計算替換后與替換前的目標(biāo)函數(shù)差值；判斷是否接受新的碼字，如果目標(biāo)函數(shù)差值大于0，則接受；如果目標(biāo)函數(shù)差值小于0，則以一定概率接受；所述一定概率與溫度值相關(guān)，且隨著溫度值的下降而減??；目標(biāo)函數(shù)值為1時迭代過程終止。本發(fā)明采用基于模擬退火算法進(jìn)行光碼分多址混沌碼字篩選方法，具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)1)本發(fā)明可以有效的降低系統(tǒng)的比特誤碼率，提高OCDMA系統(tǒng)的誤碼特性。2)本發(fā)明能夠?qū)⒋a字選擇最優(yōu)化，降低OCDMA系統(tǒng)中各個用戶之間的互相干擾， 更好的支持多用戶通信。3)本發(fā)明有望于用于二維光地址碼的構(gòu)造以及多速率系統(tǒng)。
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4)本發(fā)明采用結(jié)構(gòu)較簡單的算法，復(fù)雜度不高，實(shí)用性比較強(qiáng)。


為了更清楚的說明本發(fā)明所提出的技術(shù)，下面將對本發(fā)明實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見，下面描述的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是基于模擬退火算法的光碼分多址混沌碼字篩選方法原理流程圖；圖2是互相關(guān)矩陣表示圖；圖3是光碼分多址原理示意圖；圖4是光碼分多址系統(tǒng)誤碼率曲線圖；圖5是本發(fā)明采用的模擬退火算法原理流程圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對本發(fā)明基于模擬退火算法的光碼分多址混沌碼字篩選方法進(jìn)行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實(shí)例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖1示出了基于模擬退火算法的光碼分多址混沌碼字篩選方法原理流程圖，所述方法可由自相關(guān)篩選101、構(gòu)造互相關(guān)矩陣102、構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)103、設(shè)定降溫策略104，新舊替換105、計算目標(biāo)函數(shù)差值106和判斷是否接受107執(zhí)行的7個步驟組成。步驟1 自相關(guān)篩選101?；煦缧蛄写a長越長，自相關(guān)特性越好，但是其自相關(guān)的峰值最接近的一個(對)旁瓣很大。當(dāng)碼長N = 511時，自相關(guān)旁瓣一般均大于120。在無線CDMA系統(tǒng)中，由于存在著多徑效應(yīng)，自相關(guān)旁瓣數(shù)值越大，將會產(chǎn)生更大的多用戶干擾。但是在OCDMA系統(tǒng)中，不存在著多徑效應(yīng)，對自相關(guān)的篩選條件也可以適度放寬。以篩選20個碼長N = 511的碼字為例。首先產(chǎn)生1000個各不相同的初值，由每個初值經(jīng)混沌映射公式迭代生成一個碼長為2000的序列，取每個序列的最后的511位數(shù)值作為原始序列，可以取150 160之間的數(shù)作為旁瓣數(shù)值門限，經(jīng)自相關(guān)篩選后序列個數(shù)大約降為原來的30%，篩選后的序列數(shù)為K。步驟2 構(gòu)造互相關(guān)矩陣102。在光碼分多址系統(tǒng)中，碼字之間的互相關(guān)特性對系統(tǒng)的誤碼率特性影響較大?；ハ嚓P(guān)方差描述的是用戶之間干擾的平均程度，其數(shù)值越小，用戶之間的干擾越小，互相關(guān)的方差為σ； = Im2) - μ；= X[C'A20 (/ - AO十 Q20 (/ +1 - TV) + Ct o (/ 一 N)Cifi (/ +1 - #)]
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權(quán)利要求
1.一種基于模擬退火算法的光碼分多址混沌碼字篩選方法，其特征是所述方法包括以下順序執(zhí)行的步驟步驟1:自相關(guān)篩選；步驟2 構(gòu)造互相關(guān)矩陣；步驟3:構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)；步驟4:設(shè)定降溫策略；步驟5 迭代優(yōu)化碼字。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模擬退火算法的光碼分多址混沌碼字篩選方法，其特征是所述步驟1的具體內(nèi)容包括碼字自相關(guān)篩選用窮舉法生成所有可能的碼字，根據(jù)混沌碼字的自相關(guān)特性，其自相關(guān)旁瓣數(shù)值不應(yīng)過大，設(shè)定旁瓣數(shù)值門限，對生成的碼字進(jìn)行自相關(guān)篩選；所述旁瓣數(shù)值門限，即根據(jù)光碼分多址系統(tǒng)的比特誤碼率所要求旁瓣數(shù)值的最大值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模擬退火算法的光碼分多址混沌碼字篩選方法，其特征是所述步驟2的具體內(nèi)容包括對步驟1中進(jìn)行自相關(guān)篩選后生成的N1個碼字，計算各個碼字序列之間的互相關(guān)方差，首先構(gòu)成方差矩陣，再依據(jù)互相關(guān)篩選門限，方差矩陣中數(shù)值小于互相關(guān)篩選門限的位置設(shè)為1，否則設(shè)為0，由此得到N1行N1列的互相關(guān)矩陣；所述互相關(guān)篩選門限根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置；所述N1為大于0的正整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模擬退火算法的光碼分多址混沌碼字篩選方法，其特征是所述步驟3的具體內(nèi)容包括在篩選出的N1個碼字中進(jìn)一步查找出隊個碼字，根據(jù)該隊個碼字設(shè)定目標(biāo)函數(shù)的計算方法，定義目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)；所述隊個碼字即所需的碼字?jǐn)?shù)目；所述N2 為大于0小于N1的正整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模擬退火算法的光碼分多址混沌碼字篩選方法，其特征是所述步驟4的具體內(nèi)容包括設(shè)定降溫策略，給定初始溫度值，降溫后的溫度為原溫度的倍數(shù)k，每次降溫進(jìn)行g(shù)次以下迭代優(yōu)化操作，溫度值用于在迭代優(yōu)化中控制以一定概率接收使目標(biāo)函數(shù)惡化的值的概率；所述k為大于0小于1的小數(shù)；所述g為正整數(shù)；所述使目標(biāo)函數(shù)惡化表示目標(biāo)函數(shù)值下降；所述概率與溫度值相關(guān)，且隨著溫度值的下降而減小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模擬退火算法的光碼分多址混沌碼字篩選方法，其特征是所述步驟5的具體內(nèi)容包括新舊替換、計算目標(biāo)函數(shù)差值和判斷是否接受；其中，新舊替換將隨機(jī)生成互相關(guān)矩陣的一個行號，得到一個碼字，再在步驟1中生成的碼字中隨機(jī)選取一個新的碼字，用后者替換前者；計算替換后的目標(biāo)函數(shù)值，與替換前的目標(biāo)函數(shù)值對比，然后計算替換后與替換前的目標(biāo)函數(shù)差值；判斷是否接受新的碼字，如果目標(biāo)函數(shù)差值大于0，則接受；如果目標(biāo)函數(shù)差值小于0， 則以一定概率接受；所述一定概率與溫度值相關(guān)，且隨著溫度值的下降而減?。荒繕?biāo)函數(shù)值為1時迭代過程終止。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于模擬退火算法的光碼分多址混沌碼字篩選方法，該方法包括自相關(guān)篩選、構(gòu)造互相關(guān)矩陣、構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)、設(shè)定降溫策略和迭代優(yōu)化碼字五個步驟。本發(fā)明可以有效的降低光碼分多址(OCDMA)系統(tǒng)的比特誤碼率，提高OCDMA系統(tǒng)的誤碼特性，將碼字選擇最優(yōu)化，降低OCDMA系統(tǒng)中各個用戶之間的互相干擾，更好的支持多用戶通信。
文檔編號H04J14/00GK102427395SQ20111025428
公開日2012年4月25日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者原全新, 尹霄麗, 戴宇航, 涂涇倫, 陳雨露 申請人:北京郵電大學(xué)