混沌鍵控通信系統(tǒng)性能分析及實(shí)現(xiàn)研究.pdf

1、混沌信號(hào)由確定性非線性系統(tǒng)產(chǎn)生，不僅具有類似白噪聲的寬帶及信號(hào)永不重復(fù)等特性，而且具有類似隨機(jī)信號(hào)的優(yōu)良自相關(guān)函數(shù)及互相關(guān)函數(shù)。此外，一維混沌映射實(shí)現(xiàn)簡單，電路產(chǎn)生混沌信號(hào)的速度高，因此，一維混沌映射產(chǎn)生的混沌信號(hào)具備了擴(kuò)頻通信及保密通信所需的優(yōu)良特性。混沌鍵控(Chaos shift keying, CSK)通信是混沌在數(shù)字通信領(lǐng)域研究較多的基帶通信方式，其中非相干(也稱為差分)混沌鍵控(Differential chaos shif

2、t keying, DCSK)通信系統(tǒng)由于不需要混沌同步技術(shù)因而更實(shí)用化，也因此受到了廣泛的重視。
　　通常，人們采用高斯近似(Gaussian Approximation, GA)的方法研究DCSK系統(tǒng)在衰落信道下的性能。在擴(kuò)頻因子較大時(shí)，GA方法得到的理論值與仿真值符合；但是擴(kuò)頻因子較小時(shí)，GA方法給出的理論值與仿真值不再符合。本文利用精確分析方法(Exact analytical method)研究了DCSK系統(tǒng)在衰落信道下

3、的性能，得到的理論值在任意擴(kuò)頻因子時(shí)都與仿真值相符合。
　　當(dāng)考慮DCSK系統(tǒng)在帶有時(shí)延拓展的多徑衰落信道下的性能時(shí)，人們通常假定混沌的自相關(guān)旁瓣為零，然而有些混沌信號(hào)的自相關(guān)旁瓣的影響并不可忽略。本文考慮了這一影響，拓展了已有的研究結(jié)果，使DCSK系統(tǒng)在此情況下的誤碼率(Bit error rate, BER)計(jì)算公式也適合自相關(guān)旁瓣不為零的混沌映射。
　　多址(Multiple-access, MA)能力是現(xiàn)代通信系統(tǒng)所

4、必需的特性。為了滿足性能和實(shí)現(xiàn)代價(jià)之間的折中，人們提出了數(shù)量眾多的MA-DCSK通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然而以往的MA-DCSK基帶系統(tǒng)或者電路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜或者硬件開銷極大。本文提出了一種改進(jìn)的MA-DCSK通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(簡稱為BWMA-DCSK)，此系統(tǒng)利用混沌二進(jìn)制序列保持碼元能量為常值，利用正交Walsh碼區(qū)分不同的用戶；分析了此系統(tǒng)在高斯白噪聲信道中的特性，給出了誤碼率公式，并與經(jīng)典的MA-DCSK系統(tǒng)的性能作了對(duì)比。結(jié)果表明，在高斯信道下此

5、系統(tǒng)的性能比經(jīng)典的MA-DCSK性能要好；數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的代價(jià)也小很多。
　　人們?cè)敿?xì)地研究了單用戶DCSK系統(tǒng)在衰落信道及帶有時(shí)延拓展的衰落信道下的性能，在此基礎(chǔ)上本文詳細(xì)分析了幾種多用戶DCSK系統(tǒng)分別在衰落信道及帶有時(shí)延拓展的衰落信道下的性能；推導(dǎo)了誤碼率計(jì)算公式，給出了仿真結(jié)果；分別對(duì)比了這幾種MA-DCSK系統(tǒng)在衰落信道及帶有時(shí)延拓展信道下的性能，結(jié)果表明經(jīng)典的MA-DCSK系統(tǒng)具有最強(qiáng)的抗衰落性能。
　　本文利用數(shù)

6、字電路實(shí)現(xiàn)了上述BWMA-DCSK及經(jīng)典的MA-DCSK系統(tǒng)：首先，通過大量仿真得到了兩個(gè)一維離散混沌系統(tǒng)的有限精度周期分布，給出了精度與最大周期之間近似的統(tǒng)計(jì)關(guān)系；其次，通過對(duì)比這兩個(gè)混沌的數(shù)字電路性能及硬件開銷，選定了較為適合實(shí)用的混沌發(fā)生器；對(duì)比了這兩種MA-DCSK系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器的電路性能及二者的硬件開銷；最后利用Altera FPGA對(duì)這兩個(gè)MA-DCSK系統(tǒng)進(jìn)行了硬件綜合。實(shí)現(xiàn)結(jié)果表明，在相同條件下，BWMA-DCSK系統(tǒng)