改进的差分混沌移位键控系统设计

摘要

差分混沌移位键控(Differential Chaos Shift Keying，DCSK)是一种经典的混沌键控系统，属于非相干混沌数字调制技术。该系统利用传输—参考(Transmitted-Reference，T-R)方式发送信号，将参考信号和信息信号在两个连续的时隙内单独发送出去。由此带来两个问题，一是发送无承载信息的参考信号占据了一半的符号周期，导致 DCSK的比特传输速率普遍偏低；二是参考信号在一定程度上类似于在同一个符号周期内发送的信息信号，致使 DCSK 系统保密性不强。此外，DCSK系统的发射机和接收机均含有射频(Radio Frequency，RF)延时元器件，在高速无线通信中，系统将受到现实电路工艺集成制造的限制。因此，为提高DCSK系统的比特传输速率，改善误比特率(Bit Error Rate，BER)性能，提高系统保密性，解决延时硬件不易集成的问题，本文对改进的DCSK 方案展开深入研究。 首先，为提高系统比特传输速率，提出逆序—差分混沌移位键控(Reverse-DCSK，RE-DCSK)系统。利用时间逆序模块产生一个与原混沌载波正交的混沌逆序载波，在同一时隙中二者相加进行数据信息传输。采用高斯近似(Gaussian Approximation，GA)分析方法，分别在加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise，AWGN)信道和瑞利(Rayleigh)衰落信道(单径、两径)下，推导出RE-DCSK系统BER表达式。并利用MATLAB软件进行蒙特卡罗(Monte Carlo)仿真验证。实验结果表明，RE-DCSK较DCSK传输速率提高了一倍，同时也具有更好的BER性能和更强的保密性。 为进一步改善RE-DCSK的比特传输速率，且在一定程度上解除DCSK在集成电路制作方面的限制，去除多余RF延迟元件，简化实际电路实现。利用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术良好的网络结构扩展性、灵活的调制方式、较高的频谱利用率以及较强的抗多径干扰能力等特点，提出基于OFDM的RE-DCSK系统(OFDM-RE-DCSK)。采用GA方法分别在AWGN信道和Rayleigh衰落信道(单径、两径)下推导出OFDM-RE-DCSK系统BER表达式，并且在MATLAB中进行Monte Carlo仿真。实验结果表明，OFDM-RE-DCSK系统较相关延迟移位键控(Correlation Delay Shift Keying，CDSK)、DCSK和RE-DCSK系统的比特传输速率都有所提高。同时，随着OFDM 信号子载波数目的增大，比特传输速率扩大倍数也越大。系统的BER性能明显提高，抗多径衰落和保密性能都有所改善。

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