码复用差分混沌键控性能分析与同步算法研究

摘要

混沌通信是以混沌信号为载波的一种通信技术，是近些年发展起来并受到较多关注的一种通信技术。由于混沌信号具有宽频带、伪噪声和良好的自相关与互相关等特性，因此，被广泛应用于扩频通信和保密通信等领域。码复用差分混沌键控(Code-Shifted Differential Chaos Shift Keying，CS-DCSK)是一种在码域实现参考信号和信息承载信号正交的非相干混沌调制技术，该调制技术消除了传统差分混沌键控(Differential Chaos Shift Keying，DCSK)接收机中的延时电路，简化了接收机，降低了系统复杂度，且在多径衰落信道下，表现出良好的鲁棒性和优越的比特差错概率(Bit Error Rate，BER)。准确的符号同步是保证通信系统性能的前提，本文针对CS-DCSK通信系统的同步，开展了如下研究:
　　(1)采用高斯近似法(Gaussian Approximation，GA)分析了高斯信道和Nakagami-m衰落信道下，符号同步误差对CS-DCSK误码性能的影响，仿真结果表明，在高斯信道和Nakagami-m衰落信道下，仿真结果与理论分析基本一致，且随着同步误差的增大，系统的误码性能恶化，除此之外，和传统的DCSK系统相比，CS-DCSK系统对同步误差更敏感。
　　(2)提出了一种两步骤的符号同步算法，该算法通过发送训练序列，首先完成帧间的粗同步，在粗同步的基础上，利用滑动窗口完成帧内的细同步。仿真结果表明，通过比较提出的符号同步算法与理想同步情况下的误码率性能，发现该符号同步算法与理想同步系统存在2dB左右的性能损失。
　　(3)最后，论文研究了基于码复用差分混沌键控超宽带(CS-DCSK UWB)系统的同步问题。首先，分析了晚定时(Later Timing，LT)和早定时(Early Timing，ET)同步误差对CS-DCSK UWB系统误码性能的影响。然后，在基带CS-DCSK同步算法的基础上，提出了一种CS-DCSK UWB系统的同步算法，该算法主要是在基带CS-DCSK帧间粗同步算法基础上引入了“比较-取舍”法，通过能量比较，快速缩小同步估计的搜索范围。仿真结果表明，改进后的符号同步算法与改进前的符号同步算法具有类似的误码性能，但由于改进后的符号同步算法缩小了同步估计时间的搜索范围，减少了计算时间，能够相对较快地实现CS-DCSKUWB系统的符号同步。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 研究现状

1．2．1 混沌同步研究现状

1．2．2 超宽带同步研究现状

1．3 论文的研究目的与意义

1．4 本文的内容安排

第二章 混沌信号与混沌通信

2．1 混沌信号

2．2 混沌通信

2．2．1 混沌键控(CSK)

2．2．2 混沌键控开关(COOK)

2．2．3 差分混沌键控(DCSK)

2．2．4 频率调制差分混沌移位键控(FM-DCSK)

2．3 高斯近似分析法

2．4 本章小节

第三章 码复用差分混沌键控(CS-DCSK)原理与性能分析

3．1 码复用差分混沌键控(CS-DCSK)系统

3．2 CS-DCSK系统在AWGN信道下的误码率分析

3．3 CS-DCSK系统在Nakagami-m衰落信道下的误码率分析

3．4 仿真结果

3．5 本章小结

第四章 CS-DCSK系统同步误差理论分析与同步算法

4．1 引言

4．2 CS-DCSK系统同步误差理论分析

4．2．1 AWGN信道同步误差理论分析

4．2．2 Nakagami-m衰落信道同步误差理论分析

4．2．3 仿真结果

4．3 CS-DCSK系统同步算法

4．3．1 帧间粗同步

4．3．2 帧内细同步

4．3．3 仿真结果

4．4 本章小结

第五章 CS-DCSK UWB系统同步算法分析及仿真

5．1 码复用差分混沌键控超宽带(CS-DCSK UWB)系统

5．2 UWB信号与UWB信道

5．2．1 CS-DCSK UWB信号

5．2．2 IEEE 802．15．4a信道

5．3 CS-DCSK UWB系统同步误差的影响

5．4 CS-DCSK UWB同步算法

5．4．1 帧间粗同步

5．4．2 帧内细同步

5．4．3 仿真结果

5．5 CS-DCSK UWB改进同步算法

5．5．1 帧间粗同步

5．5．2 帧内细同步

5．5．3 仿真结果

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士期间完成的论文和科研工作

致谢