CN109802823A - 多输出单输入多载波相关延迟键控方案 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护多输出单输入多载波相关延迟键控方案，本方案属于通信系统领域。通过结合多载波技术和CDSK系统，提高了系统的传输速率。采用了MISO技术与CDSK系统相结合，使得系统的误码性能大大提高。接收端采用非相关解调法解调出每个支路的数据信息，利用相关器把接收信号和相应延迟信号进行相关运算，然后经过判决门限，即可判决出每个支路数据。若相关解调的结果大于零，则判定发送的信息信号为“+1”，若相关解调的结果小于零，那么判定发送的信息信号为“‑1”。MISO‑MCCDSK系统优良的性能，使其在通信领域有广泛的应用前景。

Description

多输出单输入多载波相关延迟键控方案

技术领域

本发明旨在设计一种误码性能好频谱效率高的混沌通信方案 (MISO-MC-CDSK)，将多输入单输出(MISO)技术，多载波(MC)技术和相关延迟移位键控(CDSK)技术结合改进，使其传输速率提高多倍，误码性能明显比CDSK好。

背景技术

随着无线通信在现代通信中占据着越来越重要的地位，不管是我们生活中的以太网，电视广播，全球定位系统，移动通信系统，还是无线网络连接。自然界复杂的电磁环境对信号传输存在较大的干扰，使信号既不能稳定也能快速的传输。在非线性动力学中，混沌在确定性动力学系统中具有长期行为不可预测性，初值条件敏感性的特点。尤为明显的是，混沌信号特别适合于扩频通信，因为他的功率谱密度分布情况与白噪声类似，同样都有带宽比较宽的特性。混沌信号还有良好的自相关和互相关特性。

目前在混沌应用中，差分混沌移位键控(Differential Chaos Shift Keying,DCSK)系统和相关延迟键控(Correlation Delay Shift Keying, CDSK)系统的研究最为广泛。其中DCSK系统的调制部分采用的调制方式为传输-参考(Transmitted-Reference,T-R)模式，所以误码性能很好，但是在每比特周期内只有一半的时间用于传输参考信号，所以存在传输效率低的缺点。CDSK系统方案的提出解决了信息传输速率低的缺点，但是CDSK的系统误码性能却很差。为了满足现代通信对于通信系统的传输速率、误码率和保密性能越来越高的要求，对于混沌键控技术的改进与研究一直在不停地进行。其中，对于提高传输速率和降低误码率，多进制、多用户和减少码间干扰技术被广泛的采用。

多载波技术的出现和使用提高了DCSK系统传输速率低的特点，继而提出了MC-DCSK(多载波混沌键控)。继而出现MUMC-DCSK。为了进一步提高多载波混沌键控系统的信息比特速率，继而出现了 QMC-DCSK(正交多载波混沌键控)系统和MC-CDSK(多载波相关延迟键控)。在MC-CDSK系统中，载波中的一个子载波用来传输参考信号，参考信号是由混沌信号和它的延迟信号相加而来。其它的子载波作为信息承载信号用来传输比特信号。MC-CDSK系统在先前系统中提高了信息传输速率，也降低了误码率。

在传输速率和误码率这两个性能指标上进行改善，本文提出了一种多载波相关延迟键控系统，该系统在相同的频带宽度上相对于 MC-CDSK系统2倍的信息传输速率，并且误码率也有一定的改善。在系统的发送端，混沌序列和它的延迟序列相加之后再作为参考信号通过子载波进行发送；信息比特流通过串并变换分别与混沌序列及其延迟序列进行相乘的总和通过子载波发送。

发明内容

本发明针对DCSK传输速率低下以及CDSK误码性能较差的问题，提出了一种误码性能好频谱效率高的混沌通信方案。此发明相对于DCSK和CDSK的误码性能以及传输塑速率有很多大程度的改善。针对本发明所提出方案的实施办法为：本部分对提出的方案进行一个详细的阐述。系统是利用Logistic映射产生的混沌序列，然后经过符号函数映射产生混沌序列。混沌信号发生器产生一个切片周期为T_C的混沌序x_i列经过符号函数调制，然后加上它的延迟序列x_i-α(α是一个延迟时间长度)。得到的d(t)和作为参考序列在帧结构的第一个时隙传输，通过载波f₁调制传输。同时，信息数据比特流经过串并变换与混沌序列x(t)和延迟长度α为的x(t-a)进行相乘，然后将两路信号相加，通过子载f_m波调制传输，m＝2,3,...,M。一共有M个子载波，每个子载波分为正弦和余弦，可以调制4个信息比特。

利用高斯近似法(GA)，推导出本发明在AWGN信道中理论误码率公式，并通过理论公式和蒙特卡洛仿真进行对比，证明理论推导的正确性。同时和DCSK系统和CDSK系统进行对比，证明 MISO-MC-CDSK方案的高效性。

附图说明

图1本发明MISO-MC-CDSK系统发射机结构图；

图2本发明MISO-MC-CDSK系统接收机结构图；

图3本发明β＝512时，载波数量M＝2,3,4时输入天线a＝2时的比特误码率随着信噪比变化的理论值和蒙特卡洛仿真；

图4本发明β＝512时，载波数量M＝4时,输入天线a＝1，2，3时的比特误码率随着信噪比变化的理论值和蒙特卡洛仿真；

图5本发明载波数量M＝2和输入天线数量m＝2比特误码率分别在信噪比EbN0分别为10，12，14，16时随扩频因子的变化曲线；

图6本发明β＝512时，M＝4,a＝2时，MISO-MC-CDSK与 MC-CDSK,DCSK和CDSK在不同信噪比的误码率相比较。

具体实施方式

以下结合附图和具体实例，对本发明的实施作进一步的描述。

混沌信号发生器产生一个切片周期为的T_C混沌序x_i列经过符号函数调制，然后加上它的延迟序列x_i-α(α是一个延迟时间长度)。得到的和d(t)作为参考序列在帧结构的第一个时隙传输，通过载波f₁调制传输。同时，信息数据比特流经过串并变换与混沌序列x(t)和延迟长度为α的x(t-α)进行相乘，然后将两路信号相加，通过子载波f_m调制传输，m＝2,3,...,M。一共有M个子载波，每个子载波分为正弦和余弦，可以调制4个信息比特。比特持续时间为T_C，扩频因子β＝T_b/T_C；则参考信号的表达式为

d(t)＝x_i+x_i-α (1)

第m路用来传输信息的信号的的表达式为

接收信号框图如图2,接收到的信号先用相应的频率进行调制，然后通过匹配滤波器，达到滤除高频信号的效果。得到的参考信号为

g(t)＝x_i+x_i-α+n_i,1 (3)

信息承载信号为

g_m1(t)＝b_4m-7x_i+b_4m-6x_i-α+n_i,m1 (4)

g_m2(t)＝b_4m-5x_i+b_4m-4x_i-α+n_i,m2 (5)

参考信号与信息承载信号延迟α之后的信号进行相关；同时，信息承载信号与参考信号延迟之后的信号进行相关；相关之后的信号求和判决，再经过串并变换得到输入的信息数据。信号经过相关器的输出为

其中m＝2,3,...M。

当输入天线为两条时(记a＝2),接收器接受到的信号表达式为：

得到的参考信号表达式为：

得到的信息承载信号的表达式为：

对提出的系统误码率进行了理论推导和数值分析。由于噪声和其延迟噪声，信号和其延迟信号可以看成等价的，其判决变量如公式(12)

Z_4M-7＝Φ+Γ+Ω+Ψ (14)

其中将随机变量Φ,Γ,Ω,Ψ定义为:

Φ＝a²·b_4m-7x_i-α ² (15)

Γ＝a²·(b_4m-7x_ix_i-α+b_4m-6x_ix_i-2α+b_4m-6x_i-αx_i-2α) (16)

公式(12)的均值为:E(Z_4M-7)＝E(Φ)+E(Γ)+E(Ω)+E(Ψ)

其中E(Γ)＝E(Ω)＝E(Ψ)＝0得到：

由于混沌序列是先经过Logistic映射，再经过符号函数调制后的混沌序列产生.它的均值和方差为:

发送的混沌信号的的方差如下：

var(Φ)＝0 (20)

根据系统的发送框图，可以得

E_r＝2βE(x²),E_d＝(4m-4)βE(x²)，平均每比特信息发送所用的能量为：

系统的误码率公式可以计算为：

将平均每比特能量E_b代入(31)式

通过公式误仿真曲线和Monte Carlo仿真曲线，当扩频因子β较 大时理论值和Monte Carlo仿真吻合的非常好，证明了理论分析的正 确性。图3，可以得到M值越大，系统的性能越好；图4，可以得到 发射天线越多，系统的性能越好；图5，可以得到大扩频因子情况 下，系统误码率几乎不变；图6，可以得到MISOMCCDSK系统在误 码性能上优于其他系统。

本发明通过结合DCSK系统和CDSK系统，并且设计一个正交信号发生器来确保码间干扰消失。无码间干扰DC-CDSK系统相对于 DCSK系统传输速率有所提高，相对于CDSK系统误码性能大幅度增加。理论值和仿真值曲线比较吻合，说明理论推导的正确性。通过以上说明可以看出本发明在混沌数字通信方面具有很好的应用前景。

Claims (3)

1.多输出单输入多载波相关延迟键控方案，其步骤在于，混沌信号发生器产生混沌信号，混沌信号与其延迟信号相加后在载波1上发送；用两个信息比特信息比特分别与混沌信号，混沌信号延迟信号相乘，再把携带信息的两种信号相加后在载波2上发送；再用两个信息比特按照前面传输方法在载波2的移相90的载波上发送；每个频率可以发送4个信息比特；所有的载波信号相加在多条天线进行发送。接收端用一条天线接收并采用非相关解调法解调出每个支路的数据信息，利用相关器把接收信号和相应延迟信号进行相关运算，然后经过判决门限，相关值大于零，被判为“+1”，反之，判为“-1”。

2.根据权利要求1所述的通信方案，其特征在于，多载波技术和CDSK系统相结合，利用混沌保密通信方案发送信息，使得传输速率提高，增强了频谱利用率。

3.根据权利要求1所述的调制和传输机制，其特征在于，通过MISO技术与CDSK系统相结合，使系统的误码性能相较于CDSK系统大大降低。