基于网格编码的混沌移相键控通信研究

摘要

混沌数字移相键控CSK(Chaos-shift-keying)是一种简单易行的混沌扩频通信方式，其信号具有天生的非周期性和宽带特性，使这种调制方案有出色的抗频率选择性衰落性能，非常适合应用于多径信道环境中的通信，如移动通信、无线局域网等。近年来几种典型混沌数字移相键控解决方案如DCSK(Differential Chaos-shift-keying)、FM～DCSK(Frequency-modulated differential Chaos-shift-keying)、QCSK(Quadrature Chaos-shift-keying)以及各种改进措施相继提出，为了进一步提高其整体系统性能，人们还讨论了它们与编织卷积码、低密度奇偶校验码等纠错编码的适配性问题。本文旨在以现有研究成果为基础，寻求更高效的可行方案，并加以分析。主要作了下面的工作。 对DCSK、FM-DCSK、QCSK、FM-QCSK进行了调制建模和差错性能仿真，经过对比分析，提出了一种针对QCSK和FM-QCSK的采用分组组帧形式的改进型方案，以及相应的正交均值降噪算法。分组组帧使同一个混沌参考信号在一帧中多次发送，提高了能量效率；正交均值降噪算法则利用了信号码元间的相关性，使信噪比得到了增强。 将网格编码调制(Trellis-coded Modulation)引入混沌移相键控，基于已有QCSK提出了TCM的初步应用方案：TCM-QCSK和TCM-FM-QCSK。与传统纠错编码相比，TCM的优势在于提升系统性能的同时，不会增加系统带宽或降低信息传输速率。本文选用一个典型的(2，1，3)卷积码和维特比软判决译码实现该方案，利用卷积码性能界理论分析了系统的性能上界，并进行了仿真验证。 为了进一步利用TCM，把QCSK信号集扩展一倍得到8DCSK，提出了TCM-8DCSK以及相应的TCM-FM-8DCSK通信方案。本文先应用概率论推导了8DCSK理论抗噪声性能，再通过计算四状态(3，2，3)卷积码的欧式自由距，分析了所提出系统的性能增益，并做了仿真验证。 理论和实验证明，TCM能够为混沌移相键控带来显著的性能增益，对信道的适应能力较强，同时保证了带宽利用率和信息传输率，是一种高效的混沌通信解决方案。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1混沌的基本概念

1.1.1混沌的定义

1.1.2混沌的特征

1.1.3典型混沌系统分析

1.2混沌在通信中的研究和应用现状

1.3论文的选题背景及研究意义

1.4论文的主要内容及章节安排

第2章 混沌数字键控通信

2.1基本混沌移相键控

2.1.1 CSK

2.1.2 COOK

2.2 DCSK与FM-DCSK

2.2.1调制原理

2.2.2系统建模

2.2.3抗噪声性能

2.3 QCSK与FM-QCSK

2.3.1调制原理

2.3.2系统建模

2.3.3抗噪声性能

2.4一种改进QCSK和FM-QCSK的设计方案

2.4.1分组组帧QCSK

2.4.2正交均值降噪算法

2.5小结

第3章基于TCM的四相混沌键控通信方案

3.1引言

3.2网格编码调制原理

3.2.1TCM编码

3.2.2TCM译码

3.3TCM-QCSK及其性能界

3.3.1系统设计

3.3.2性能界

3.4 TCM-QCSK仿真

3.5小结

第4章 基于TCM的八相混沌键控通信方案

4.1引言

4.2 8DCSK及其理论误码率性能

4.2.1信号集扩展

4.2.2 8DCSK调制

4.2.3差错性能分析

4.3 TCM-8DCSK及其性能增益

4.3.1系统设计

4.3.2性能增益

4.4 TCM-8DCSK仿真

4.5小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文及参与的科研项目