CN108365945B - 基于两路索引调制的差分混沌移位键控调制解调器及方法 - Google Patents
基于两路索引调制的差分混沌移位键控调制解调器及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于两路索引调制的差分混沌移位键控调制解调器及方法，涉及混沌通信技术领域。本发明利用两路索引调制的方法来传输相互正交的混沌参考信号和希尔伯特参考信号，并利用索引映射规则和反索引映射规则对信号进行调制和解调。本发明避免了在发射端和接收端中使用延时单元，与现有的载波索引差分混沌移位键控(Carrier‑Index Differential Chaos Shift Keying,CI‑DCSK)技术相比，在占用相同频带的前提下，本发明同时传输2路信息信号，使得系统的比特传输速率提升了两倍，此外，本发明不但具有更高的频谱利用率和更好的数据安全性，而且本发明的方法降低了比特误码率(BER)，表现出了更好的比特误码性能，这种BER性能的优势会随着比特信噪比的增大而愈发明显。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于两路索引调制的差分混沌移位键控调制解调器及方法，属于混沌通信技术领域。
背景技术
混沌信号具有良好的自相关性和互相关性，这种特性满足扩频通信对扩频码的要求。同时，利用混沌信号对初值的敏感性，通过改变其初值可以得到大量近似正交的混沌信号，这种特性适合于多用户环境中区分不同用户，满足了多用户通信对用户识别码的需求。混沌数字调制不仅具有与其它扩频调制方案相似的优点，包括抗干扰、减小衰落的影响等，而且还在许多其他方面表现出了独特的优势，包括：降低系统的硬件成本；提升通信安全性等。因此，混沌数字调制技术已成为非线性科学与信息科学界关注和研究的热点问题之一。
由于目前尚未解决由相干方式引起的鲁棒混沌同步问题，现有的混沌数字调制解调方法大多基于传输参考方法，即把参考信号和携带信息的信号都发送给接收端。其中，差分混沌移位键控(Differential Chaos Shift Keying，DCSK)调制解调方法无需完成信道估计，能够获得较好的误码性能，在许多实际应用场合下(即：包括无线个人局域网、无线传感器网络等)都表现出了很强的竞争力。但是，由于DCSK采用了时分多址的方式分隔参考信号和信息信号，因此在收发设备中都不可避免地使用了宽带射频(Radio Frequency，RF)延时线。使用互补金属氧化物半导体技术实现RF延时线非常困难且不易集成，这就导致上述系统不能满足一些高速通信系统，如超宽带通信的要求。
针对上述问题，载波索引差分混沌移位键控(Carrier-Index DifferentialChaos Shift Keying，CI-DCSK)调制解调方法使用多个子载波来同时传输参考信号和信息信号，通过不同的子载波来区分参考信号和信息信号。在所有的子载波中，选择1个子载波分配给参考信号，根据数据比特流从余下的子载波中选择1个子载波用于传输信息信号。虽然CI-DCSK消除了收发设备中的延时单元，传输速率和误码率较DCSK也有了一定的提升，但CI-DCSK仍然存在以下不足：首先，CI-DCSK的传输速率和频谱利用率仍然相对偏低，不能满足现代通信的需求；其次，CI-DCSK较低的能量效率影响其误码性能的提升；此外，CI-DCSK以牺牲频谱资源来换取传输速率的提高，多传输1个比特需要额外占用1倍的频带，在频谱资源稀缺的如今，CI-DCSK的这项不足成为制约其发展的关键因素之一。
发明内容
为解决现有CI-DCSK调制解调方法传输速率低，频谱利用率低的问题，本发明提供一种可提高系统的比特传输速率，频谱利用率和比特误码率性能，同时不降低数据安全性的基于两路索引调制的差分混沌移位键控调制解调器及方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种基于两路索引调制的差分混沌移位键控调制方法，包括以下步骤：
步骤1：生成长度为β的离散混沌信号序列；
步骤2：将可用频带分成M+1个子载波频段f0,f1,...,fM，其中，f0为参考子载波，f1,f2,...,fM为M个信息子载波；
步骤3：将步骤1所生成的离散混沌信号序列进行希尔伯特变换，生成长度为β的离散希尔伯特信号序列；
步骤4：将步骤1所生成的离散混沌信号序列进行脉冲成形滤波，生成当前符号周期内的DCSK参考信号；
步骤5：将步骤3所生成的离散希尔伯特信号序列进行脉冲成形滤波，生成当前符号周期内的希尔伯特参考信号；
步骤6：将当前符号周期内要传输的2p+2个串行数据比特，通过串并变换转变为2路并行数据比特，每路p+1个数据比特，其中
步骤7：将步骤6所生成的第1路数据比特，通过串并变换转变为第1路数据比特的长度为p的索引比特和长度为1的调制比特；
步骤8：将步骤6所生成的第2路数据比特，通过串并变换转变为第2路数据比特的长度为p的索引比特和长度为1的调制比特；
步骤9：将步骤7所生成的第1路数据比特的调制比特，通过极性转换转变为第1路数据比特的双极性比特；
步骤10：将步骤8所生成的第2路数据比特的调制比特，通过极性转换转变为第2路的双极性比特；
步骤11：将步骤7所生成的第1路数据比特的索引比特和步骤9所生成的第1路数据比特的双极性比特进行索引映射，生成第1路数据比特的M个信息子载波调制系数；
步骤12：将步骤8所生成的第2路数据比特的索引比特和步骤10所生成的第2路数据比特的双极性比特进行索引映射，生成第2路的M个信息子载波调制系数；
步骤13：将步骤4所生成的DCSK参考信号分别与步骤11所生成的第1路数据比特的M个信息子载波调制系数相乘，生成第1路数据比特的M个乘积信号；
步骤14：将步骤5所生成的希尔伯特参考信号分别与步骤12所生成的第2路数据比特的M个信息子载波调制系数相乘，生成第2路数据比特的M个乘积信号；
步骤15：将步骤13所生成的第1路数据比特的M个乘积信号分别与步骤14所生成的第2路数据比特的M个乘积信号对应相加，生成M个调制信号；
步骤16：将步骤2所生成的参考子载波与步骤4所生成的DCSK参考信号相乘，生成经过载波调制的DCSK参考信号；
步骤17：将步骤2所生成的M个信息子载波分别与步骤15所生成的M个调制信号对应相乘，生成M个经过载波调制的信息信号；
步骤18：将步骤16所生成的经过载波调制的DCSK参考信号和步骤17所生成的M个经过载波调制的信息信号相加后，通过天线发送。
进一步地，步骤11和步骤12使用的索引映射规则如下：
索引映射对象＝长度为p的索引比特+长度为1的双极性比特；
索引映射目标＝长度为2p的信息子载波调制系数；
索引映射过程：根据长度为p的索引比特生成1个索引映射系数a，1≤a≤2p，再根据索引映射系数生成长度为2p的信息子载波调制系数，其中，信息子载波调制系数的第a位为双极性比特，其余为0；索引比特和索引映射系数一一对应。
另一方面，本发明还提供一种基于两路索引调制的差分混沌移位键控解调方法，包括以下步骤：
步骤S1：接收来自发送端的信号，将其与M+1个同步子载波f0,f1,...,fM分别相乘，生成M+1个乘积信号；其中，发送端根据如权利要求1或2所述的调制方法进行信号调制；
步骤S2：将步骤S1所生成的M+1个乘积信号分别进行匹配滤波，对滤波后的M+1个乘积信号进行时域采样，分别恢复出1个离散DCSK参考信号序列和M个离散信息信号序列；
步骤S3：将步骤S2所生成的离散DCSK参考信号序列进行希尔伯特变换，生成离散希尔伯特参考信号序列；
步骤S4：将步骤S2所生成的离散DCSK参考信号序列分别与步骤S2所生成的M个离散信息信号序列相关，生成第1路的M个相关值；
步骤S5：将步骤S3所生成的离散希尔伯特参考信号序列分别与步骤S2所生成的M个离散信息信号序列相关，生成第2路的M个相关值；
步骤S6：将步骤S4所生成的第1路的M个相关值取绝对值，判定绝对值中的最大值所在信息子载波的序号，通过反索引映射恢复出第1路解调的索引比特；
步骤S7：将步骤S5所生成的第2路的M个相关值取绝对值，判定绝对值中的最大值所在信息子载波的序号，通过反索引映射恢复出第2路解调的索引比特；
步骤S8：将步骤S6中的最大值对应的相关值进行门限判决，恢复出第1路解调的调制比特；
步骤S9：将步骤S7中的最大值对应的相关值进行门限判决，恢复出第2路解调的调制比特；
步骤S10：将步骤S6所生成的第1路解调的索引比特和步骤S8所生成的第1路解调的调制比特，通过并串变换合并为第1路解调的串行数据比特流；
步骤S11：将步骤S7所生成的第2路解调的索引比特和步骤S9所生成的第2路解调的调制比特，通过并串变换合并为第2路解调的串行数据比特流；
步骤S12：将步骤S10所生成的第1路解调的串行数据比特流和步骤S11所生成的第2路解调的串行数据比特流，通过并串变换合并输出。
进一步地，步骤S6和步骤S7使用的反索引映射规则如下：
反索引映射对象＝信息子载波的序号
反索引映射目标＝长度为p的解调的索引比特；
反索引映射过程：根据信息子载波的序号
生成长度为p的解调的索引比特。
另一方面，本发明还提供一种基于两路索引调制的差分混沌移位键控调制器，包括：1个混沌信号发生器、1个希尔伯特滤波器、2个脉冲成形滤波器、3个串并变换器、2个极性转换器、2个索引映射器、2M个调制乘法器、M个调制加法器、M+1个载波乘法器和1个载波加法器，其中：
所述1个混沌信号发生器，用于生成离散混沌信号序列；
所述1个希尔伯特滤波器，用于将离散混沌信号序列经过希尔伯特变换生成离散希尔伯特信号序列；
所述2个脉冲成形滤波器中，第1脉冲成形滤波器将离散混沌信号序列进行脉冲成形滤波，生成当前符号周期内的DCSK参考信号xv(t)；第2脉冲成形滤波器将离散希尔伯特信号序列进行脉冲成形滤波，生成当前符号周期内的希尔伯特参考信号yv(t)；
所述3个串并变换器中，第1串并变换器SP1将当前符号周期内要传输的2p+2个串行数据比特通过串并变换转变为2路并行数据比特，每路p+1个数据比特；第2串并变换器SP2将第1路的长度为p+1的数据比特通过串并变换转变为第1路的长度为p的索引比特和第1路的长度为1的调制比特；第3串并变换器SP3将第2路的长度为p+1的数据比特通过串并变换转变为第2路的长度为p的索引比特和第2路的长度为1的调制比特；
所述2个极性转换器中，第1极性转换器将第1路的调制比特通过极性转换转变为第1路的双极性比特；第2极性转换器将第2路的调制比特通过极性转换转变为第2路的双极性比特；
所述2个索引映射器中，第1索引映射器将第1路的索引比特和第1路的双极性比特进行索引映射，生成第1路的M个信息子载波调制系数
第2索引映射器将第2路的索引比特和第2路的双极性比特进行索引映射，生成第2路的M个信息子载波调制系数
所述2M个调制乘法器中，M个调制乘法器C1,1,C2,1,…,CM,1将DCSK参考信号xv(t)分别与第1路的M个信息子载波调制系数
对应相乘，生成第1路的M个乘积信号；M个调制乘法器C1,2,C2,2,…,CM,2将希尔伯特参考信号yv(t)分别与第2路的M个信息子载波调制系数
对应相乘，生成第2路的M个乘积信号；
所述M个调制加法器A1,A2,…,AM将第1路的M个乘积信号分别与第2路的M个乘积信号分别对应相加，生成M个调制信号；
所述M+1个载波乘法器U0,U1,…,UM中，载波乘法器U0将参考子载波与当前符号周期内的DCSK参考信号相乘，生成经过载波调制的DCSK参考信号；载波乘法器U1,U2,…,UM将M个信息子载波分别与M个调制信号对应相乘，生成M个经过载波调制的信息信号；
所述1个载波加法器，用于将经过载波调制的DCSK参考信号和M个经过载波调制的信息信号相加后通过天线发送。
进一步地，2个索引映射器使用的索引映射规则如下：
索引映射对象＝长度为p的索引比特+长度为1的双极性比特；
索引映射目标＝长度为2p的信息子载波调制系数；
索引映射过程：根据长度为p的索引比特生成1个索引映射系数a，1≤a≤2p，再根据索引映射系数生成长度为2p的信息子载波调制系数，其中，信息子载波调制系数的第a位为双极性比特，其余为0；索引比特和索引映射系数一一对应。
另一方面，本发明还提供一种基于两路索引调制的差分混沌移位键控解调器，包括M+1个载波乘法器、M+1个匹配滤波器、M+1个采样开关、1个希尔伯特滤波器、1个DSP芯片和3个并串变换器，其中：
所述M+1个载波乘法器T0,T1,…,TM，用于利用M+1个同步子载波f0,f1,...,fM分别与接收到的信号相乘，生成M+1个乘积信号；
所述M+1个匹配滤波器F0,F1,…,FM，用于分别对M+1个乘积信号进行匹配滤波；
所述M+1个采样开关，用于对匹配滤波后的M+1个乘积信号进行时域采样，恢复出1个离散DCSK参考信号序列和M个离散信息信号序列；
所述1个希尔伯特滤波器，用于将离散DCSK参考信号序列通过希尔伯特变换生成离散希尔伯特参考信号；
所述1片DSP芯片，用于将离散DCSK参考信号序列分别与M个离散信息信号序列进行相关计算，生成第1路的M个相关值；将离散希尔伯特参考信号分别与M个离散信息信号序列进行相关计算，生成第2路的M个相关值；将第1路的M个相关值取绝对值后，判定绝对值中的最大值所在信息子载波的序号，通过反索引映射恢复出第1路解调的索引比特，再对这个最大值对应的相关值进行门限判决，恢复出第1路解调的调制比特；将第2路的M个相关值取绝对值后，判定绝对值中的最大值所在信息子载波的序号，通过反索引映射恢复出第2路解调的索引比特，再对这个最大值对应的相关值进行门限判决，恢复出第2路解调的调制比特；
所述3路并串变换器中，第2并串变换器PS2将第1路解调的索引比特和第1路解调的调制比特通过并串变换合并为第1路的串行数据比特流；第3并串变换器PS3将第2路解调的索引比特和第2路解调的调制比特通过并串变换合并为第2路的串行数据比特流；第1并串变换器PS1将这2路并行数据比特流通过并串变换合并为1路串行解调数据比特流。
进一步地，DSP芯片中使用的反索引映射规则如下：
反索引映射对象＝信息子载波的序号
反索引映射目标＝长度为p的解调的索引比特；
反索引映射过程：根据信息子载波的序号
生成长度为p的解调的索引比特。
本发明提供的一种基于两路索引调制的差分混沌移位键控调制解调器及方法，避免了在发射端和接收端中使用延时单元，与现有的CI-DCSK技术相比，在占用相同频带的前提下，本发明同时传输2路信息信号，使得系统的比特传输速率提升了两倍，而且可以提高系统的比特误码率性能，频谱利用率和数据安全性，其优点与积极效果集中体现如下：
一、本发明提供的调制解调方法及调制解调器，可用频带分成M+1个子载波频段，为参考信号传输分配1个参考子载波，将余下的M个子载波分配给2路信息信号传输，使得系统的比特传输速率提高至CI-DCSK系统的两倍；
二、本发明提供的调制解调方法及调制解调器，相较于CI-DCSK系统，在每个符号周期内，1路参考信号对应2路信息比特，提高了能量效率，从而使系统具有更好的比特误码率性能；
三、本发明提供的调制解调方法及调制解调器，在不占用额外频带的情况下，比特传输速率是CI-DCSK的两倍，从而使得本发明的频谱利用率也是CI-DCSK的两倍；
四、本发明提供的调制解调方法及调制解调器，在发送端使用的索引映射规则与接收端使用的反索引映射规则是匹配的，用户可以根据自身的需求对索引映射规则和反索引映射规则进行相应的调整，索引映射规则和反索引映射规则的可变性使系统更好的通信保密性。
附图说明
图1是本发明的基于两路索引调制的差分混沌移位键控调制解调方法的流程示意图；
图2是本发明的基于两路索引调制的差分混沌移位键控调制器的结构示意图；
图3是本发明的基于两路索引调制的差分混沌移位键控解调器的结构示意图；
图4是本发明的调制解调方法与现有的CI-DCSK方法在加性高斯白噪声信道中的误码性能对比图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明一种基于两路索引调制的差分混沌移位键控调制解调方法，如图1所示，包括发送器端的信号调制和接收器端的信号解调的过程：
(1)基于两路索引调制的差分混沌移位键控调制方法，包括以下步骤：
步骤1：生成长度为β的离散混沌信号序列；
步骤2：将可用频带分成M+1个子载波频段f0,f1,...,fM，其中，f0为参考子载波，f1,f2,...,fM为M个信息子载波；
步骤3：将步骤1所生成的离散混沌信号序列进行希尔伯特变换，生成长度为β的离散希尔伯特信号序列；
步骤4：将步骤1所生成的离散混沌信号序列进行脉冲成形滤波，生成当前符号周期内的DCSK参考信号；
步骤5：将步骤3所生成的离散希尔伯特信号序列进行脉冲成形滤波，生成当前符号周期内的希尔伯特参考信号；
步骤6：将当前符号周期内要传输的2p+2个串行数据比特，通过串并变换转变为2路并行数据比特，每路p+1个数据比特，其中
步骤7：将步骤6所生成的第1路数据比特，通过串并变换转变为第1路数据比特的长度为p的索引比特和长度为1的调制比特；
步骤8：将步骤6所生成的第2路数据比特，通过串并变换转变为第2路数据比特的长度为p的索引比特和长度为1的调制比特；
步骤9：将步骤7所生成的第1路数据比特的调制比特，通过极性转换转变为第1路数据比特的双极性比特；
步骤10：将步骤8所生成的第2路数据比特的调制比特，通过极性转换转变为第2路的双极性比特；
步骤11：将步骤7所生成的第1路数据比特的索引比特和步骤9所生成的第1路数据比特的双极性比特进行索引映射，生成第1路数据比特的M个信息子载波调制系数；
步骤12：将步骤8所生成的第2路数据比特的索引比特和步骤10所生成的第2路数据比特的双极性比特进行索引映射，生成第2路的M个信息子载波调制系数；
步骤13：将步骤4所生成的DCSK参考信号分别与步骤11所生成的第1路数据比特的M个信息子载波调制系数相乘，生成第1路数据比特的M个乘积信号；
步骤14：将步骤5所生成的希尔伯特参考信号分别与步骤12所生成的第2路数据比特的M个信息子载波调制系数相乘，生成第2路数据比特的M个乘积信号；
步骤15：将步骤13所生成的第1路数据比特的M个乘积信号分别与步骤14所生成的第2路数据比特的M个乘积信号对应相加，生成M个调制信号；
步骤16：将步骤2所生成的参考子载波与步骤4所生成的DCSK参考信号相乘，生成经过载波调制的DCSK参考信号；
步骤17：将步骤2所生成的M个信息子载波分别与步骤15所生成的M个调制信号对应相乘，生成M个经过载波调制的信息信号；
步骤18：将步骤16所生成的经过载波调制的DCSK参考信号和步骤17所生成的M个经过载波调制的信息信号共计M+1个信号全部相加后，通过天线发送。
其中，步骤11和步骤12使用的索引映射规则如下：
索引映射对象＝长度为p的索引比特+长度为1的双极性比特；
索引映射目标＝长度为2p的信息子载波调制系数；
索引映射过程：根据长度为p的索引比特生成1个索引映射系数a，1≤a≤2p，再根据索引映射系数生成长度为2p的信息子载波调制系数，其中，信息子载波调制系数的第a位为双极性比特，其余为0；索引比特和索引映射系数一一对应。由索引比特生成映射系数的方法可根据用户的需求而改变，但必须满足上述要求。
(2)基于两路索引调制的差分混沌移位键控解调方法，包括以下步骤：
步骤S1：接收来自发送端的信号，将其与M+1个同步子载波f0,f1,...,fM分别相乘，生成M+1个乘积信号；其中，发送端根据如权利要求1或2所述的调制方法进行信号调制；这里需要说明的是，此处的f0,f1,...,fM与(1)中的“子载波频段f0,f1,...,fM”相同，在接收端一般采用“同步子载波”修饰表示。
步骤S2：将步骤S1所生成的M+1个乘积信号分别进行匹配滤波，对滤波后的M+1个乘积信号进行时域采样，分别恢复出1个离散DCSK参考信号序列和M个离散信息信号序列；
步骤S3：将步骤S2所生成的离散DCSK参考信号序列进行希尔伯特变换，生成离散希尔伯特参考信号序列；
步骤S4：将步骤S2所生成的离散DCSK参考信号序列分别与步骤S2所生成的M个离散信息信号序列相关，生成第1路的M个相关值；
步骤S5：将步骤S3所生成的离散希尔伯特参考信号序列分别与步骤S2所生成的M个离散信息信号序列相关，生成第2路的M个相关值；
步骤S6：将步骤S4所生成的第1路的M个相关值取绝对值，判定绝对值中的最大值所在信息子载波的序号，通过反索引映射恢复出第1路解调的索引比特；
步骤S7：将步骤S5所生成的第2路的M个相关值取绝对值，判定绝对值中的最大值所在信息子载波的序号，通过反索引映射恢复出第2路解调的索引比特；
步骤S8：将步骤S6中的最大值对应的相关值进行门限判决，恢复出第1路解调的调制比特；
步骤S9：将步骤S7中的最大值对应的相关值进行门限判决，恢复出第2路解调的调制比特；
步骤S10：将步骤S6所生成的第1路解调的索引比特和步骤S8所生成的第1路解调的调制比特，通过并串变换合并为第1路解调的串行数据比特流；
步骤S11：将步骤S7所生成的第2路解调的索引比特和步骤S9所生成的第2路解调的调制比特，通过并串变换合并为第2路解调的串行数据比特流；
步骤S12：将步骤S10所生成的第1路解调的串行数据比特流和步骤S11所生成的第2路解调的串行数据比特流，通过并串变换合并输出。
其中，步骤S6和步骤S7使用的反索引映射规则如下：
反索引映射对象＝信息子载波的序号
反索引映射目标＝长度为p的解调的索引比特；
反索引映射过程：根据信息子载波的序号
生成长度为p的解调的索引比特，是索引映射规则中‘根据长度为p的索引比特生成1个索引映射系数a’的逆运算。
如图2所示，本发明一种基于两路索引调制的差分混沌移位键控调制器，包括：1个混沌信号发生器、1个希尔伯特滤波器、2个脉冲成形滤波器、3个串并变换器、2个极性转换器、2个索引映射器、2M个调制乘法器、M个调制加法器、M+1个载波乘法器和1个载波加法器，其中：
所述1个混沌信号发生器，用于生成离散混沌信号序列；
所述1个希尔伯特滤波器，用于将离散混沌信号序列经过希尔伯特变换生成离散希尔伯特信号序列；
所述2个脉冲成形滤波器中，第1脉冲成形滤波器将离散混沌信号序列进行脉冲成形滤波，生成当前符号周期内的DCSK参考信号xv(t)；第2脉冲成形滤波器将离散希尔伯特信号序列进行脉冲成形滤波，生成当前符号周期内的希尔伯特参考信号yv(t)；
所述3个串并变换器中，第1串并变换器SP1将当前符号周期内要传输的2p+2个串行数据比特通过串并变换转变为2路并行数据比特，每路p+1个数据比特；第2串并变换器SP2将第1路的长度为p+1的数据比特通过串并变换转变为第1路的长度为p的索引比特和第1路的长度为1的调制比特；第3串并变换器SP3将第2路的长度为p+1的数据比特通过串并变换转变为第2路的长度为p的索引比特和第2路的长度为1的调制比特；
所述2个极性转换器中，第1极性转换器将第1路的调制比特通过极性转换转变为第1路的双极性比特；第2极性转换器将第2路的调制比特通过极性转换转变为第2路的双极性比特；
所述2个索引映射器中，第1索引映射器将第1路的索引比特和第1路的双极性比特进行索引映射，生成第1路的M个信息子载波调制系数
第2索引映射器将第2路的索引比特和第2路的双极性比特进行索引映射，生成第2路的M个信息子载波调制系数
所述2M个调制乘法器中，M个调制乘法器C1,1,C2,1,…,CM,1将DCSK参考信号xv(t)分别与第1路的M个信息子载波调制系数
对应相乘，生成第1路的M个乘积信号；M个调制乘法器C1,2,C2,2,…,CM,2将希尔伯特参考信号yv(t)分别与第2路的M个信息子载波调制系数
对应相乘，生成第2路的M个乘积信号；
所述M个调制加法器A1,A2,…,AM将第1路的M个乘积信号分别与第2路的M个乘积信号分别对应相加，生成M个调制信号；
所述M+1个载波乘法器U0,U1,…,UM中，载波乘法器U0将参考子载波与当前符号周期内的DCSK参考信号相乘，生成经过载波调制的DCSK参考信号；载波乘法器U1,U2,…,UM将M个信息子载波分别与M个调制信号对应相乘，生成M个经过载波调制的信息信号；
所述1个载波加法器，用于将经过载波调制的DCSK参考信号和M个经过载波调制的信息信号相加后通过天线发送。
如图3所示，本发明一种基于两路索引调制的差分混沌移位键控解调器，包括M+1个载波乘法器、M+1个匹配滤波器、M+1个采样开关、1个希尔伯特滤波器、1个DSP芯片和3个并串变换器，其中：
所述M+1个载波乘法器T0,T1,…,TM，用于利用M+1个同步子载波f0,f1,...,fM分别与接收到的信号相乘，生成M+1个乘积信号；
所述M+1个匹配滤波器F0,F1,…,FM，用于分别对M+1个乘积信号进行匹配滤波；
所述M+1个采样开关，用于对匹配滤波后的M+1个乘积信号进行时域采样，恢复出1个离散DCSK参考信号序列和M个离散信息信号序列；
所述1个希尔伯特滤波器，用于将离散DCSK参考信号序列通过希尔伯特变换生成离散希尔伯特参考信号；
所述1片DSP芯片，用于将离散DCSK参考信号序列分别与M个离散信息信号序列进行相关计算，生成第1路的M个相关值；将离散希尔伯特参考信号分别与M个离散信息信号序列进行相关计算，生成第2路的M个相关值；将第1路的M个相关值取绝对值后，判定绝对值中的最大值所在信息子载波的序号，通过反索引映射恢复出第1路解调的索引比特，再对这个最大值对应的相关值进行门限判决，恢复出第1路解调的调制比特；将第2路的M个相关值取绝对值后，判定绝对值中的最大值所在信息子载波的序号，通过反索引映射恢复出第2路解调的索引比特，再对这个最大值对应的相关值进行门限判决，恢复出第2路解调的调制比特；
所述3路并串变换器中，第2并串变换器PS2将第1路解调的索引比特和第1路解调的调制比特通过并串变换合并为第1路的串行数据比特流；第3并串变换器PS3将第2路解调的索引比特和第2路解调的调制比特通过并串变换合并为第2路的串行数据比特流；第1并串变换器PS1将这2路并行数据比特流通过并串变换合并为1路串行解调数据比特流。
进一步地，为了验证本发明所提供的基于两路索引调制的差分混沌移位键控调制解调方法可以降低比特误码率性能，本发明列举1个验证例进行验证说明。本验证例的方法包括如下步骤：
在发送端，对信号进行基于两路索引调制的差分混沌移位键控调制，具体包括：
步骤1：选择本发明的实施条件：采用1个符号周期内离散混沌信号序列长度β为16，参考子载波数量为1，频率为f0，用于传输信息信号的信息子载波数目M＝256，频率分别为f1,f2,...,f256，其序号分别对应1,2,…,256。
索引映射规则：索引映射对象＝长度为8的索引比特+长度为1的双极性比特，索引映射目标＝长度为256的信息子载波调制系数，索引映射过程：根据长度为8的索引比特生成1个索引映射系数a，1≤a≤256，再根据索引映射系数生成长度为256的信息子载波调制系数，其中，信息子载波调制系数的第a位为双极性比特，其余为0。本验证例中生成索引映射系数的方法是：将二进制索引比特转为十进制数再加一，如：索引比特＝00000000，双极性比特＝+1，通过索引映射，生成索引映射系数a＝1，再生成长度为256的信息子载波调制系数，其中，信息子载波调制系数的第1位为双极性比特+1，其余为0；索引比特＝00000001，双极性比特＝-1，通过索引映射，生成索引映射系数a＝2，再生成长度为256的信息子载波调制系数，其中，信息子载波调制系数的第2位为双极性比特-1，其余为0；依次类推。
反索引映射规则：反索引映射对象＝信息子载波的序号
反索引映射目标＝长度为8的解调的索引比特，反索引映射过程：根据信息子载波的序号
生成长度为8的解调的索引比特，是索引映射规则中‘根据长度为p的索引比特生成1个索引映射系数a’的逆运算。本验证例中生成解调的索引比特的方法是：将十进制的信息子载波的序号
减一后再转成长度为8的二进制的解调的索引比特，如：反索引映射对象为第1个信息子载波，即
通过反索引映射，生成解调的索引比特00000000；反索引映射对象为第2个信息子载波，即
通过反索引映射，生成解调的索引比特00000001；依次类推。
步骤2：在1个符号周期[0，Tb]内，混沌信号发生器输出1个长度为16的离散混沌信号序列{x1,x2,...,x16}。
步骤3：在1个符号周期[0，Tb]内，将步骤2所生成的离散混沌信号序列通过希尔伯特滤波器生成离散希尔伯特信号序列{y1,y2,...,y16}。
步骤4：将步骤2所生成的离散混沌信号序列通过脉冲成形滤波器1，其时域冲激响应为h(t)，完成脉冲成形滤波，生成当前符号周期内的DCSK参考信号：
其中，t表示时间；Tc表示码片时间；
步骤5：将步骤3所生成的离散希尔伯特信号序列号通过脉冲成形滤波器2，其时域冲激响应为h(t)，完成脉冲成形滤波，生成当前符号周期内的希尔伯特参考信号：
其中，t表示时间；Tc表示码片时间；
步骤6：将当前符号周期内要传输的1路长度为18的串行数据比特010111011010101000通过串并变换器SP1转变为2路并行低速数据比特，第1路数据比特010111011，第2路数据比特010101000；
步骤7：将步骤6所生成的第1路的数据比特通过串并变换器SP2转变为长度为8的第1路的索引比特01011101和长度为1的第1路的调制比特1；
步骤8：将步骤6所生成的第2路的数据比特通过串并变换器SP3转变为长度为8的第2路的索引比特01010100和长度为1的第1路的调制比特0；
步骤9：将步骤7所生成的第1路的调制比特1通过极性转换器1转变成第1路的双极性比特+1；
步骤10：将步骤8所生成的第2路的调制比特0通过极性转换器2转变成第2路的双极性比特-1；
步骤11：将步骤7所生成的第1路索引比特和步骤9所生成的双极性比特通过索引映射器1，生成第1路的256个信息子载波调制系数，系数的第94位为+1，其余为0；
步骤12：将步骤8所生成的第1路索引比特和步骤10所生成的双极性比特通过索引映射器2，生成第2路的256个信息子载波调制系数，系数的第85位为-1，其余为0；
步骤13：通过调制乘法器C1,1,C2,1,…,CM,1，将步骤4所生成的DCSK参考信号分别与步骤11所生成的第1路的256个信息子载波调制系数相乘，生成第1路的256个乘积信号；
步骤14：通过调制乘法器C1,2,C2,2,…,CM,2，将步骤5所生成的希尔伯特参考信号分别与步骤12所生成的第2路的256个信息子载波调制系数相乘，生成第2路的256个乘积信号；
步骤15：通过调制加法器A1,A2,…,AM，将步骤13所生成的第1路的256个乘积分别与步骤14所生成的第2路的256个乘积信号对应相加，生成256个调制信号；
步骤16：通过载波乘法器U0，将步骤1所生成的频率为f0的参考子载波分别与步骤4所生成的当前符号周期内的DCSK参考信号相乘，生成经过载波调制的DCSK参考信号x(t)cos(f0+φ0)，其中，φ0表示载波调制中的相位角；
步骤17：通过载波乘法器U1,U2,…,UM，将步骤1所生成的256个信息子载波分别与步骤15所生成的256个调制信息信号对应相乘，生成经过载波调制的256个信息信号，第94个信息信号为x(t)cos(f94+φ94)，第85个信息信号为-y(t)cos(f85+φ85)，φ94、φ85表示载波调制中的相位角，而其余信息信号为0；
步骤18：通过载波加法器，将步骤16所生成的经过载波调制的DCSK参考信号和步骤17所生成的经过载波调制的256个信息信号共计257个信号全部相加后生成混合信号r(t)＝x(t)cos(f0+φ0)+x(t)cos(f94+φ94)-y(t)cos(f85+φ85)，再将这个信号通过天线发送。
在接收端，对信号进行接收和解调，具体包括：
步骤S1：通过载波乘法器T0,T1,…,TM，接收方将天线接收的信号与频率为f0,f1,...,f256的257个同步子载波分别相乘，生成257个乘积信号；
步骤S2：通过匹配滤波器F0,F1,…,FM，将步骤S1所生成的257个乘积信号分别经过257个与步骤3中使用的脉冲成形滤波器匹配的滤波器进行匹配滤波；
步骤S3：通过采样开关K0，将匹配滤波器F0的输出进行时域采样，恢复出1个离散DCSK参考信号序列
步骤S4：通过采样开关K1,K2,…,KM，分别将匹配滤波器F1,F2,…,FM的输出进行时域采样，恢复出256个离散信息信号序列z1(t),z2(t),...,z256(t)；
步骤S5：通过希尔伯特滤波器，将步骤S3所生成的离散DCSK参考信号序列
进行希尔伯特变换生成离散希尔伯特参考信号序列
步骤S6：通过DSP芯片，将步骤S3所生成的离散DCSK参考信号序列
分别与步骤S4所生成的256个离散信息信号序列z1(t),z2(t),...,z256(t)相关，生成第1路的256个相关值
步骤S7：通过DSP芯片，将步骤S5所生成的离散希尔伯特参考信号序列
分别与步骤S4所生成的256个离散信息信号序列z1(t),z2(t),...,z256(t)相关，生成第2路的256个相关值
步骤S8：通过DSP芯片，将步骤S6所生成的第1路的256个相关值
取绝对值，判定绝对值中的最大值所在信息子载波fi的序号i，通过反索引映射恢复出第1路解调的索引比特；
步骤S9：通过DSP芯片，将步骤S7所生成的第2路的256个相关值
取绝对值，判定绝对值中的最大值所在信息子载波fj的序号j，通过反索引映射恢复出第2路解调的索引比特；
步骤S10：通过DSP芯片，将步骤S8中的最大值对应的相关值
进行门限判决，恢复出第1路解调的调制比特；
步骤S11：通过DSP芯片，将步骤S9中的最大值对应的相关值
进行门限判决，恢复出第2路解调的调制比特；
步骤S12：通过串并变换器SP2，将步骤S8所生成的第1路解调的索引比特和步骤S10所生成的第1路解调的调制比特合并为第1路解调的串行数据比特流；
步骤S13：通过串并变换器SP3，将步骤S9所生成的第2路解调的索引比特和步骤S11所生成的第2路解调的调制比特合并为第2路解调的串行数据比特流；
步骤S14：通过串并变换器SP1，将步骤S12所生成的第1路解调的串行数据比特流和步骤S13所生成的第2路解调的串行数据比特流合并输出。
本发明采用计算机仿真对本发明所提供的基于两路索引调制的差分混沌移位键控调制解调方法进行传输试验。试验中，传输的数据比特数目为18×106，离散混沌信号序列由二阶chebyshev多项式映射
产生，混沌信号采样频率为1MHz，符号持续时间T＝16μs，每个符号周期内等效的信号采样点数为16，脉冲成形滤波器滚降系数α＝0.25，所有子载波的中心频率间隔满足Δf＝1.25MHz。
图4为加性高斯白噪声信道中仿真得到的本发明方法的比特误码率性能。作为对照，图中还给出了相同条件下仿真得到的现有CI-DCSK方法的比特误码率性能。从图中可以看出，与现有的CI-DCSK方法相比，本发明具有更好的比特误码率性能，且BER性能的改善会随信噪比的增大而愈发明显。
综上所述，本发明的有益效果是：1)将比特传输速率提高至CI-DCSK系统的两倍；2)提升了BER性能，且BER性能的改善会随信噪比的增大而愈发明显；3)具有更高的频谱利用率；4)具有更好的通信保密性。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种基于两路索引调制的差分混沌移位键控调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：生成长度为β的离散混沌信号序列；
步骤2：将可用频带分成M+1个子载波频段f0,f1,...,fM，其中，f0为参考子载波，f1,f2,...,fM为M个信息子载波；
步骤3：将步骤1所生成的离散混沌信号序列进行希尔伯特变换，生成长度为β的离散希尔伯特信号序列；
步骤4：将步骤1所生成的离散混沌信号序列进行脉冲成形滤波，生成当前符号周期内的DCSK参考信号；
步骤5：将步骤3所生成的离散希尔伯特信号序列进行脉冲成形滤波，生成当前符号周期内的希尔伯特参考信号；
步骤6：将当前符号周期内要传输的2p+2个串行数据比特，通过串并变换转变为2路并行数据比特，每路p+1个数据比特，其中
步骤7：将步骤6所生成的第1路数据比特，通过串并变换转变为第1路数据比特的长度为p的索引比特和长度为1的调制比特；
步骤8：将步骤6所生成的第2路数据比特，通过串并变换转变为第2路数据比特的长度为p的索引比特和长度为1的调制比特；
步骤9：将步骤7所生成的第1路数据比特的调制比特，通过极性转换转变为第1路数据比特的双极性比特；
步骤10：将步骤8所生成的第2路数据比特的调制比特，通过极性转换转变为第2路的双极性比特；
步骤11：将步骤7所生成的第1路数据比特的索引比特和步骤9所生成的第1路数据比特的双极性比特进行索引映射，生成第1路数据比特的M个信息子载波调制系数；
步骤12：将步骤8所生成的第2路数据比特的索引比特和步骤10所生成的第2路数据比特的双极性比特进行索引映射，生成第2路的M个信息子载波调制系数；
步骤13：将步骤4所生成的DCSK参考信号分别与步骤11所生成的第1路数据比特的M个信息子载波调制系数相乘，生成第1路数据比特的M个乘积信号；
步骤14：将步骤5所生成的希尔伯特参考信号分别与步骤12所生成的第2路数据比特的M个信息子载波调制系数相乘，生成第2路数据比特的M个乘积信号；
步骤15：将步骤13所生成的第1路数据比特的M个乘积信号分别与步骤14所生成的第2路数据比特的M个乘积信号对应相加，生成M个调制信号；
步骤16：将步骤2所生成的参考子载波与步骤4所生成的DCSK参考信号相乘，生成经过载波调制的DCSK参考信号；
步骤17：将步骤2所生成的M个信息子载波分别与步骤15所生成的M个调制信号对应相乘，生成M个经过载波调制的信息信号；
步骤18：将步骤16所生成的经过载波调制的DCSK参考信号和步骤17所生成的M个经过载波调制的信息信号相加后，通过天线发送；
所述步骤11和步骤12使用的索引映射规则如下：
索引映射对象＝长度为p的索引比特+长度为1的双极性比特；
索引映射目标＝长度为2p的信息子载波调制系数；
索引映射过程：根据长度为p的索引比特生成1个索引映射系数a，1≤a≤2p，再根据索引映射系数生成长度为2p的信息子载波调制系数，其中，信息子载波调制系数的第a位为双极性比特，其余为0；索引比特和索引映射系数一一对应。
2.一种基于两路索引调制的差分混沌移位键控解调方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：接收来自发送端的信号，将其与M+1个同步子载波f0,f1,...,fM分别相乘，生成M+1个乘积信号；其中，发送端根据如权利要求1所述的调制方法进行信号调制；
步骤S2：将步骤S1所生成的M+1个乘积信号分别进行匹配滤波，对滤波后的M+1个乘积信号进行时域采样，分别恢复出1个离散DCSK参考信号序列和M个离散信息信号序列；
步骤S3：将步骤S2所生成的离散DCSK参考信号序列进行希尔伯特变换，生成离散希尔伯特参考信号序列；
步骤S4：将步骤S2所生成的离散DCSK参考信号序列分别与步骤S2所生成的M个离散信息信号序列相关，生成第1路的M个相关值；
步骤S5：将步骤S3所生成的离散希尔伯特参考信号序列分别与步骤S2所生成的M个离散信息信号序列相关，生成第2路的M个相关值；
步骤S6：将步骤S4所生成的第1路的M个相关值取绝对值，判定绝对值中的最大值所在信息子载波的序号，通过反索引映射恢复出第1路解调的索引比特；
步骤S7：将步骤S5所生成的第2路的M个相关值取绝对值，判定绝对值中的最大值所在信息子载波的序号，通过反索引映射恢复出第2路解调的索引比特；
步骤S8：将步骤S6中的最大值对应的相关值进行门限判决，恢复出第1路解调的调制比特；
步骤S9：将步骤S7中的最大值对应的相关值进行门限判决，恢复出第2路解调的调制比特；
步骤S10：将步骤S6所生成的第1路解调的索引比特和步骤S8所生成的第1路解调的调制比特，通过并串变换合并为第1路解调的串行数据比特流；
步骤S11：将步骤S7所生成的第2路解调的索引比特和步骤S9所生成的第2路解调的调制比特，通过并串变换合并为第2路解调的串行数据比特流；
步骤S12：将步骤S10所生成的第1路解调的串行数据比特流和步骤S11所生成的第2路解调的串行数据比特流，通过并串变换合并输出；
所述步骤S6和步骤S7使用的反索引映射规则如下：
反索引映射目标＝长度为p的解调的索引比特；
反索引映射过程：根据信息子载波的序号
生成长度为p的解调的索引比特。
3.一种基于两路索引调制的差分混沌移位键控调制器，其特征在于，包括：1个混沌信号发生器、1个希尔伯特滤波器、2个脉冲成形滤波器、3个串并变换器、2个极性转换器、2个索引映射器、2M个调制乘法器、M个调制加法器、M+1个载波乘法器和1个载波加法器，其中：
所述1个混沌信号发生器，用于生成离散混沌信号序列；
所述1个希尔伯特滤波器，用于将离散混沌信号序列经过希尔伯特变换生成离散希尔伯特信号序列；
所述2个脉冲成形滤波器中，第1脉冲成形滤波器将离散混沌信号序列进行脉冲成形滤波，生成当前符号周期内的DCSK参考信号xv(t)；第2脉冲成形滤波器将离散希尔伯特信号序列进行脉冲成形滤波，生成当前符号周期内的希尔伯特参考信号yv(t)；
所述3个串并变换器中，第1串并变换器SP1将当前符号周期内要传输的2p+2个串行数据比特通过串并变换转变为2路并行数据比特，每路p+1个数据比特；第2串并变换器SP2将第1路的长度为p+1的数据比特通过串并变换转变为第1路的长度为p的索引比特和第1路的长度为1的调制比特；第3串并变换器SP3将第2路的长度为p+1的数据比特通过串并变换转变为第2路的长度为p的索引比特和第2路的长度为1的调制比特；
所述2个极性转换器中，第1极性转换器将第1路的调制比特通过极性转换转变为第1路的双极性比特；第2极性转换器将第2路的调制比特通过极性转换转变为第2路的双极性比特；
所述2个索引映射器中，第1索引映射器将第1路的索引比特和第1路的双极性比特进行索引映射，生成第1路的M个信息子载波调制系数
第2索引映射器将第2路的索引比特和第2路的双极性比特进行索引映射，生成第2路的M个信息子载波调制系数
其中，2个索引映射器使用的索引映射规则如下：
索引映射对象＝长度为p的索引比特+长度为1的双极性比特；
索引映射目标＝长度为2p的信息子载波调制系数；
索引映射过程：根据长度为p的索引比特生成1个索引映射系数a，1≤a≤2p，再根据索引映射系数生成长度为2p的信息子载波调制系数，其中，信息子载波调制系数的第a位为双极性比特，其余为0；索引比特和索引映射系数一一对应；
所述2M个调制乘法器中，M个调制乘法器C1,1,C2,1,…,CM,1将DCSK参考信号xv(t)分别与第1路的M个信息子载波调制系数
对应相乘，生成第1路的M个乘积信号；M个调制乘法器C1,2,C2,2,…,CM,2将希尔伯特参考信号yv(t)分别与第2路的M个信息子载波调制系数
对应相乘，生成第2路的M个乘积信号；
所述M个调制加法器A1,A2,…,AM将第1路的M个乘积信号分别与第2路的M个乘积信号分别对应相加，生成M个调制信号；
所述M+1个载波乘法器U0,U1,…,UM中，载波乘法器U0将参考子载波与当前符号周期内的DCSK参考信号相乘，生成经过载波调制的DCSK参考信号；载波乘法器U1,U2,…,UM将M个信息子载波分别与M个调制信号对应相乘，生成M个经过载波调制的信息信号；
所述1个载波加法器，用于将经过载波调制的DCSK参考信号和M个经过载波调制的信息信号相加后通过天线发送。
4.一种基于两路索引调制的差分混沌移位键控解调器，其特征在于，包括M+1个载波乘法器、M+1个匹配滤波器、M+1个采样开关、1个希尔伯特滤波器、1个DSP芯片和3个并串变换器，其中：
所述M+1个载波乘法器T0,T1,…,TM，用于利用M+1个同步子载波f0,f1,...,fM分别与接收到的信号相乘，生成M+1个乘积信号；
所述M+1个匹配滤波器F0,F1,…,FM，用于分别对M+1个乘积信号进行匹配滤波；
所述M+1个采样开关，用于对匹配滤波后的M+1个乘积信号进行时域采样，恢复出1个离散DCSK参考信号序列和M个离散信息信号序列；
所述1个希尔伯特滤波器，用于将离散DCSK参考信号序列通过希尔伯特变换生成离散希尔伯特参考信号；
所述1片DSP芯片，用于将离散DCSK参考信号序列分别与M个离散信息信号序列进行相关计算，生成第1路的M个相关值；将离散希尔伯特参考信号分别与M个离散信息信号序列进行相关计算，生成第2路的M个相关值；将第1路的M个相关值取绝对值后，判定绝对值中的最大值所在信息子载波的序号，通过反索引映射恢复出第1路解调的索引比特，再对这个最大值对应的相关值进行门限判决，恢复出第1路解调的调制比特；将第2路的M个相关值取绝对值后，判定绝对值中的最大值所在信息子载波的序号，通过反索引映射恢复出第2路解调的索引比特，再对这个最大值对应的相关值进行门限判决，恢复出第2路解调的调制比特；所述DSP芯片中使用的反索引映射规则如下：
反索引映射目标＝长度为p的解调的索引比特；
反索引映射过程：根据信息子载波的序号
生成长度为p的解调的索引比特；
所述3个并串变换器中，第2并串变换器PS2将第1路解调的索引比特和第1路解调的调制比特通过并串变换合并为第1路的串行数据比特流；第3并串变换器PS3将第2路解调的索引比特和第2路解调的调制比特通过并串变换合并为第2路的串行数据比特流；第1并串变换器PS1将这2路并行数据比特流通过并串变换合并为1路串行解调数据比特流。
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