基于DCSK的混沌数字调制研究

发布时间：2018-11-15 08:17

【摘要】：差分混沌移位键控（Differential Chaos Shift Keying，DCSK）技术使用非周期的宽带混沌信号充当载波，在完成数字调制的同时实现频谱扩展。它不但保留了传统扩频通信系统的低截获概率和减轻多径效应等特性，而且还具有保密性好、电路简单、峰均比小、无需信道估计和扩频码同步、非常适合在多用户环境中抑制用户间干扰等独特优势，，因而具有良好的应用前景。由于花费约一半的时间和功率传输不含任何数据信息的混沌载波充当参考信号，DCSK通信系统在比特传输速率、数据安全性和比特误码率（Bit Error Rate，BER）性能等方面存在一定的缺陷。为寻求上述问题的可行解决方案，本文借助高斯近似法、数值积分法、准确性能分析法和Monte Carlo仿真等工具，对基于DCSK的混沌数字调制技术展开深入研究。本文主要工作和贡献包括以下几个方面：（1）为提高DCSK系统的比特传输速率，提出双倍速差分混沌移位键控（Double Bit RateDifferential Chaos Shift Keying，DBR-DCSK）通信方案。将用来分析多址相干正反极性混沌移位键控通信系统BER性能的准确性能分析法应用于DBR-DCSK系统BER性能分析，采用高斯近似法、数值积分法和准确性能分析法分别在加性高斯白噪声（Additive White GaussianNoise，AWGN）信道和Rayleigh平衰落信道条件下推导出新系统的理论BER公式。借助MonteCarlo仿真验证理论分析结果，分析混沌序列长度对系统BER性能的影响，并完成与其他系统抗噪声性能的比较。分析与仿真结果表明：与DCSK相比，DBR-DCSK具有更好的数据保密性和更高的比特传输速率，在一定信噪比条件下还可以获得约1dB的BER性能提升。（2）研究相关策略减弱、消除判决变量中信号内干扰分量对DBR-DCSK系统BER性能的不利影响。首先，设计一种简单的算法减小判决变量中的信号内干扰并构建相应接收机。新提出的算法利用接收到的参考信号估计/重构判决变量中的信号内干扰分量，从判决变量中去除该干扰分量后再完成最终的门限判决。使用准确性能分析法研究新接收机在AWGN信道中的BER性能并完成相关Monte Carlo仿真。结果表明：新接收机在一定信噪比条件下可以提高DBR-DCSK系统的BER性能；加入噪声抑制环节后，新接收机可以在任意信噪比条件下大幅改善DBR-DCSK系统的BER性能；上述BER性能的改善会随信噪比的增大而增大。其次，提出一种无信号内干扰的DBR-DCSK调制方案，通过改变混沌载波的构造方式，使信息时隙内同时传输的两路已调混沌信号严格正交，彻底去除DBR-DCSK系统判决变量中的信号内干扰。利用数值积分法和Monte Carlo仿真研究新系统在AWGN信道条件下的BER性能。理论分析与仿真结果表明：无信号内干扰的DBR-DCSK通信系统在保留DBR-DCSK系统原有优势的基础上，在任何条件下都比DBR-DCSK系统具有更好的BER性能，而且这种BER性能的改善会随信噪比的增大或混沌序列长度的减小而愈发明显。（3）提出参考信号调制差分混沌移位键控（Reference-Modulated Differential Chaos ShiftKeying，RM-DCSK）通信方案，简化DBR-DCSK系统的收发设备结构。采用高斯近似法、准确性能分析法和Monte Carlo仿真相结合的策略，研究新系统在AWGN信道和Rayleigh平衰落信道条件下的抗噪声性能，分析混沌序列长度对系统BER性能的影响。结果表明：RM-DCSK系统具有与DBR-DCSK系统相同的保密性、相同的比特传输速率和几乎相同的BER性能。（4）为提高码移差分混沌移位键控（Code-Shifted Differential Chaos Shift Keying，CS-DCSK）通信系统的比特传输速率，提出正交差分混沌移位键控（Orthogonal Differential ChaosShift Keying，ODCSK）通信方案。借助高斯近似法、数值积分法和Monte Carlo仿真研究新系统在AWGN信道条件下的BER性能，分析扩频因子、Walsh序列长度和混沌序列长度对系统BER性能的影响，并与CS-DCSK系统的抗噪声性能进行比较。结果表明：新提出的系统不但具有更高的比特传输速率，而且在一定的信噪比和扩频因子条件下还可以改善CS-DCSK的BER性能。
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【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN911.3

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