基于Hamilton振子的混沌四進制數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計及其仿真研究.pdf

1、混沌信號的非周期、寬頻帶、不可預(yù)測以及易于產(chǎn)生等特點使得其在通信領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。通常混沌通信系統(tǒng)的保密性要優(yōu)于常規(guī)數(shù)字通信系統(tǒng)，但是其信息傳輸速率和誤碼率相對較差，加之混沌同步技術(shù)并未取得突破性進展，使得實際構(gòu)建的混沌通信系統(tǒng)在信息傳輸效率、誤碼率等系統(tǒng)性能上無法與常規(guī)通信系統(tǒng)相匹敵，導(dǎo)致混沌通信研究一直處于理論研究階段，不能進行實際工程應(yīng)用；對現(xiàn)有混沌通信系統(tǒng)誤碼率性能評估主要依賴于混沌映射的類型，通過選擇合適的混沌映射可以有效

2、提升混沌通信系統(tǒng)的誤碼率性能；從信息傳輸效率上考慮混沌通信研究發(fā)展問題，現(xiàn)在混沌二進制通信研究較多，關(guān)于混沌多進制通信研究相對較少。
　　當(dāng)前混沌通信的研究趨勢主要分為兩個方向：第一個方向針對混沌同步技術(shù)進行研究突破以及繼續(xù)研究經(jīng)典混沌保密通信系統(tǒng)；第二方向隨著混沌理論的不斷發(fā)展，通過尋找新的混沌振子探索新的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，為混沌通信理論的研究提供新的研究領(lǐng)域和實現(xiàn)方案。本文從第二個方向出發(fā)，以提高混沌通信系統(tǒng)的信息傳輸效率和誤碼率

3、性能為目的，開展了對時空混沌Hamilton振子在四進制數(shù)字通信領(lǐng)域應(yīng)用的探索研究。本文在文獻[107]中提出的Hamilton混沌多進制調(diào)制解調(diào)方法的基礎(chǔ)上圍繞時空混沌Hamilton振子應(yīng)用于四進制數(shù)字通信中的主要技術(shù)實現(xiàn)問題展開討論，重點研究了不同噪聲下Hamilton混沌基帶解調(diào)器的設(shè)計問題以及基于無線傳輸?shù)腍amilton混沌四進制數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計問題。具體開展的工作包括以下幾個方面：
　　(1)針對現(xiàn)有Hamilton

4、混沌四進制數(shù)字通信系統(tǒng)信息傳輸效率低的問題，本文通過研究Hamilton混沌基帶信號無線傳輸?shù)念l譜節(jié)省問題，在QAM射頻調(diào)制下設(shè)計了支持以Nyquist率傳輸Hamilton混沌基帶信息的四進制通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過正交調(diào)制將雙路 Hamilton混沌調(diào)制信號合成一路進行信號傳輸，較AM調(diào)制方式節(jié)省了信道數(shù)量，提高了信息傳輸效率和頻帶利用率。在搭建Hamilton混沌QAM四進制數(shù)字通信系統(tǒng)時解決了本地載波恢復(fù)、Hamilton振子相軌跡

5、重建、區(qū)域檢測器（混沌解調(diào)器）實現(xiàn)、符號同步信號恢復(fù)等問題，并進行了仿真驗證。最后討論了Hamilton混沌QAM四進制通信系統(tǒng)的硬件可實現(xiàn)性和復(fù)雜度，利用 FPGA平臺設(shè)計實現(xiàn)了 Hamilton混沌四進制調(diào)制解調(diào)模塊，并結(jié)合現(xiàn)成射頻調(diào)制解調(diào)芯片設(shè)計實現(xiàn)了Hamilton混沌四進制通信系統(tǒng)，給出了硬件設(shè)計和測試結(jié)果。
　　(2)針對Hamilton混沌基帶解調(diào)方法易受信道噪聲影響的問題，本文研究了白噪聲以及彩色噪聲兩種信道噪聲下

6、區(qū)域分割解調(diào)器（Hamilton混沌基帶解調(diào)器）邊界設(shè)計方法，提出了基于曲線擬合和概率統(tǒng)計原理的兩種區(qū)域分割解調(diào)器邊界確定方法。以Hamilton混沌 QAM四進制通信系統(tǒng)為基礎(chǔ)，本文首先分析了加性高斯白噪聲信道對Hamilton調(diào)制信號相軌跡形狀影響規(guī)律，通過待解調(diào)混沌信號的概率密度函數(shù)分布關(guān)系給出了噪聲與Hamilton調(diào)制信號相軌跡的定量關(guān)系，然后通過大概率事件置信區(qū)間給出了區(qū)域分割解調(diào)器的邊界參考范圍。其次運用曲線擬合法直接給出

7、了信噪比與Hamilton調(diào)制信號相軌跡最大粗糙度的關(guān)系曲線，該方法的好處在于無需知道信道噪聲概率分布特性即可給出區(qū)域分割解調(diào)器邊界確定范圍，對于非高斯分布的噪聲也適用。最后給出了彩色噪聲下區(qū)域分割解調(diào)器邊界確定方法，主要設(shè)計思路為首先將彩色噪聲進行白化處理，然后運用白噪聲下的邊界設(shè)計思路去指導(dǎo)設(shè)計區(qū)域分割解調(diào)器的邊界范圍。
　　(3)針對彩色噪聲下Hamilton混沌四進制通信系統(tǒng)白化器的實現(xiàn)問題，提出了一種發(fā)射機信號預(yù)失真處理