[论文解读] Discrete Chaotic Sequence based on Logistic Map in Digital Communications

Vijay H. Mankar, Tirtha Shankar Das+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2012

Chaos-based Image/Signal Encryption参考文献 2被引用 5

一句话总结

本文提出一种通过量化逻辑斯蒂映射迭代生成的离散混沌序列，用于扩频（SS）通信和数字水印技术。通过利用对初值的敏感依赖性，该方法生成具有优良统计特性的伪随机噪声（PN）序列，实现鲁棒、安全且灵活的基于扩频的传输与数据嵌入，同时硬件复杂度极低。

ABSTRACT

The chaotic systems have been found applications in diverse fields such as pseudo random number generator, coding, cryptography, spread spectrum (SS) communications etc. The inherent capability of generating a large space of PN sequences due to sensitive dependence on initial conditions has been the main reason for exploiting chaos in spread spectrum communication systems. This behaviour suggests that it is straightforward to generate a variety of initial condition induced PN sequences with nice statistical properties by quantising the output of an iterated chaotic map. In the present paper the study has been carried out for the feasibility and usefulness of chaotic sequence in SS based applications like communication and watermarking.

研究动机与目标

• 研究基于逻辑斯蒂映射生成的离散混沌序列在数字通信系统中应用的可行性。
• 评估量化混沌序列的统计特性，以应用于扩频（SS）通信。
• 评估混沌序列在数字水印应用中的适用性。
• 证明初值诱导生成的序列可提供大量多样化且具备良好随机特性的PN序列。
• 为基于扩频的系统提供一种低复杂度、硬件友好的PN序列生成方法。

提出的方法

• 通过数值迭代生成连续混沌信号。
• 将逻辑斯蒂映射的输出进行量化，生成适用于数字实现的离散混沌序列。
• 通过改变初值生成多个具有不同统计行为的独立PN序列。
• 分析自相关与互相关等统计特性，以验证序列质量。
• 通过标准指标的仿真评估序列在扩频通信与水印技术中的应用性能。
• 通过仿真与序列分布、随机性及相关性特性的分析验证该方法。

实验结果

研究问题

• RQ1 从逻辑斯蒂映射生成的量化离散混沌序列能否在扩频通信中有效充当PN序列？
• RQ2 由不同初值生成的混沌序列是否表现出理想的统计特性，如低互相关性与高自相关主瓣峰值比？
• RQ3 对初值的敏感性如何增强数字通信系统中PN序列的多样性与安全性？
• RQ4 混沌序列在数字水印应用中能多大程度上实现可靠应用？
• RQ5 在硬件资源受限的系统中，序列随机性与实现复杂度之间存在何种权衡？

主要发现

• 量化逻辑斯蒂映射可生成具备强统计特性的离散混沌序列，适用于PN序列生成。
• 不同的初值可产生大量具有低互相关性与高自相关主瓣峰值比的独立PN序列。
• 序列表现出良好的随机性与分布特性，适用于安全通信与水印技术。
• 该方法支持简单、低复杂度的数字实现，适用于嵌入式系统与实时应用。
• 该方法在模拟的扩频通信与水印场景中展现出可行性与鲁棒性。
• 其对初值的固有敏感性确保了高序列多样性，从而在密码学与扩频应用中显著提升安全性。