[论文解读] Improvement of SNR with Chaotic Spreading Sequences for CDMA

Ken Umeno, Ken-ichi Kitayama|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 1999

Wireless Communication Networks Research被引用 4

一句话总结

本文提出在CDMA系统中使用由遍历切比雪夫正交多项式映射生成的混沌扩频序列，以提高信噪比（SNR）。通过利用这些混沌序列的优良相关特性，作者通过集合平均证明，它们在多用户干扰抑制和整体系统性能方面优于传统的Gold序列，后者是最佳二元序列的基准。

ABSTRACT

We show that chaotic spreading sequences generated by ergodic mappings of Chebyshev orthogonal polynomials have better correlation properties for CDMA(code division multiple access) than the optimal binary sequences (Gold sequences) in the sense of ensemble average.

研究动机与目标

• 研究由遍历映射生成的混沌序列是否能够使CDMA系统性能超越传统二元序列。
• 评估混沌扩频序列的相关特性，并与Gold序列等最优二元序列进行比较。
• 证明在集合平均下，混沌序列在CDMA系统中可实现更高的平均SNR性能。
• 探索混沌动力学在生成具有优良自相关与互相关特性的扩频序列方面的潜力，以适用于多址通信。
• 验证基于切比雪夫的混沌序列在实际CDMA系统设计中的理论优势。

提出的方法

• 作者利用基于切比雪夫第一类正交多项式的遍历映射生成混沌扩频序列。
• 通过迭代应用第一类切比雪夫多项式构建序列，确保在区间[-1, 1]上具有遍历性和均匀分布特性。
• 在CDMA系统的背景下，分析序列的自相关与互相关特性。
• 通过随机用户配置的集合平均评估性能，以衡量平均系统SNR。
• 将结果与Gold序列的性能进行对比，后者是最佳二元扩频序列的标准基准。
• 理论框架依赖于已知的切比雪夫映射的遍历性和混合性，以确保序列具有良好的随机性与去相关性。

实验结果

研究问题

• RQ1 由切比雪夫多项式映射生成的混沌序列在CDMA系统中是否能实现比Gold序列更优的相关特性？
• RQ2 在集合平均下，使用遍历混沌序列是否能提升CDMA系统的平均SNR？
• RQ3 基于切比雪夫的混沌序列的自相关与互相关特性与最优二元序列相比如何？
• RQ4 在多用户CDMA环境中，混沌扩频序列相较于传统序列的性能增益是多少？
• RQ5 混沌动力学能否被有效利用，以设计出具有更优多址干扰抑制能力的扩频序列？

主要发现

• 由遍历切比雪夫多项式映射生成的混沌扩频序列在CDMA系统中表现出优于Gold序列的相关特性。
• 混沌序列的集合平均SNR性能超过Gold序列，表明其对多址干扰具有更强的抵抗能力。
• 优良的相关行为源于底层切比雪夫映射的遍历性和混合性，这些特性产生具有低互相关旁瓣的序列。
• 本研究证实，混沌序列可作为传统二元序列的可行且潜在更优的替代方案。
• 结果在集合平均下保持一致，表明在典型多用户场景中具有稳健的性能增益。
• 性能增益归因于混沌序列固有的随机性与均匀分布特性，这些特性可降低多址环境中的干扰。