CN110278041B - 差分混沌键控调制解调方法、装置、系统及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种差分混沌键控调制解调方法，该方法包括：利用时隙转换器对比特序列进行转换，获得位置索引和信息符号；在混沌信号的位置索引中加载信息符号，获得时隙信号；利用子时隙转换器对目标比特序列进行转换，获得目标位置索引和目标信息符号；在时隙信号的目标位置索引中加载目标信息符号，获得子时隙信号；按照时隙顺序，对时隙信号和子时隙信号进行组合，并利用信号发射设备发射组合信号；接收到组合信号时，利用解调设备按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，对组合信号进行解调。本方法可降低多用户设备场景中的能量消耗及通信运营成本。本发明还公开了一种差分混沌键控调制解调装置、系统及可读存储介质，具有相应的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种差分混沌键控调制解调方法、装置、系统及可读存储介质。
背景技术
随着物联网技术的发展，短距离无线通信技术的应用场景越来越多。混沌通信是一种扩展频谱的通信技术，利用混沌信号的宽带特性，可以方便的构建混沌宽带通信系统。由于内在的宽带特性，使得混沌通信系统在抗多径干扰和多用户干扰方面具有潜在的优势。因此混沌通信技术得到了广泛的关注。
1996年基于非相干解调的差分混沌键控通信系统被提出，差分混沌键控技术使用的载波信号为混沌信号，采用传输参考的方式，把参考载波信号和信息载波信号都发送给接收用户，具有良好的相关性、长期的不可预测性、类噪声等性能，难以被侦听或截获，具有很强的保密性。此外，差分混沌键控技术还具有扩频通信的特性，能够抵抗多径衰落干扰，并且其接收机构造简单、无需信道估计即可恢复出目标信息。
现有的，融合索引调制的差分混沌键控调制解调方法需要与现有的正交多址接入技术结合才可以实现多址接入。而在物联网和无线传感网络的应用中存在大量的用户设备，因此多址接入在这些场景中扮演者不可或缺的角色。正交多址接入技术对能源消耗较大，因而目前能源消耗成为了通信运营行业的主要成本来源，而现有的融合索引调制的差分混沌键控调制通信系统在实现多址接入时因其采用了正交接入技术，在用户设备数量较大的时候，能耗较高，提高了通信运营成本。
综上所述，如何有效地解决差分混沌键控调制解调实现多址接入产生的能耗等问题，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种差分混沌键控调制解调方法、装置、系统及可读存储介质，通过利用混沌脉冲位置索引来承载信息，并利用对信号时隙进行切割来向不同的用户设备传输相互独立的信息，使得差分混沌键控调制解调方法具备内在的多址接入能力，并且引入叠加编码技术，可降低多用户设备场景中的能量消耗，可降低通信运营成本。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种差分混沌键控调制解调方法，包括：
利用时隙转换器对比特序列进行转换，获得位置索引和信息符号；
在混沌信号的所述位置索引中加载所述信息符号，获得时隙信号；
利用子时隙转换器对目标比特序列进行转换，获得目标位置索引和目标信息符号；
在所述时隙信号的目标位置索引中加载所述目标信息符号，获得子时隙信号；
按照时隙顺序，对所述时隙信号和所述子时隙信号进行组合，并利用信号发射设备发射组合信号；
接收到所述组合信号时，利用解调设备按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，对所述组合信号进行解调。
优选地，当仅有一路所述子时隙信号时，所述按照时隙顺序，对所述时隙信号和所述子时隙信号进行组合，并利用信号发射设备发射组合信号，包括：
利用单刀双掷开关对所述时隙信号和所述子时隙信号进行组合，并利用信号发射天线发射所述组合信号。
优选地，当有两路以及两路以上的所述子时隙信号时，所述按照时隙顺序，对所述时隙信号和所述子时隙信号进行组合，并利用信号发射设备发射组合信号，包括：
利用单刀多掷开关对所述时隙信号和所述子时隙信号进行组合，并利用信号发射天线发射所述组合信号。
优选地，所述接收到所述组合信号时，利用解调设备按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，对所述组合信号进行解调，包括：
当需解调出所述信息符号时，对接收到所述组合信号进行延迟处理，获得多路延迟信号；
分别将所述组合信号与各路所述延迟信号进行卷积并利用求和器对每一个卷积结果进行求和，获得多路观察变量；
利用比较器从多路所述观察变量中确定出目标观察变量；
利用所述目标观察变量进行脉冲位置检测，获得所述信息符号。
优选地，所述接收到所述组合信号时，利用解调设备按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，对所述组合信号进行解调，包括：
当需解调出所述目标信息符号时，对接收到所述组合信号进行延迟处理，获得多路延迟信号；
分别将所述组合信号与各路所述延迟信号进行卷积，并利用多个缓存矩阵分别存储各路卷积结果；
利用求和器对每一路所述卷积结果分别进行求和处理，获得每一个时隙对应的多路观察变量；
利用比较器从各个所述时隙分别对应的多路所述观察变量中确定出目标观察变量；
利用所述目标观察变量进行脉冲位置检测，获得所述目标信息符号。
优选地，所述在混沌信号的所述位置索引中加载所述信息符号，获得时隙信号，包括：
利用延迟参数将所述信息符号加载至所述混沌信号，获得所述时隙信号；所述延迟参数由所述解调设备中求和器的求和长度所确定。
一种差分混沌键控调制解调装置，包括：
第一序列转换模块，用于利用时隙转换器对比特序列进行转换，获得位置索引和信息符号；
时隙信号获取模块，用于在混沌信号的所述位置索引中加载所述信息符号，获得时隙信号；
第二序列转换模块，用于利用子时隙转换器对目标比特序列进行转换，获得目标位置索引和目标信息符号；
子时隙信号获取模块，用于在所述时隙信号的目标位置索引中加载所述目标信息符号，获得子时隙信号；
信号组合发送模块，用于按照时隙顺序，对所述时隙信号和所述子时隙信号进行组合，并利用信号发射设备发射组合信号；
信号接收解调模块，用于接收到所述组合信号时，利用解调设备按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，对所述组合信号进行解调。
一种差分混沌键控调制解调系统，包括：
调制器和解调器，其中，调制器包括：时隙信号支路、子时隙信号支路、信号发射设备，所述时隙信号支路与所述子时隙信号支路通过单刀开关与信号发射设备相连接；
其中，所述时隙信号支路包括：混沌信号生成器，用于生成混沌信号；比特序列获取设备，用于获取比特序列；时隙转换器，用于对所述比特序列进行转换，获得位置索引和信息符号；时隙信号加载设备，用于在混沌信号的所述位置索引中加载所述信息符号，获得时隙信号；
所述子时隙信号支路包括：目标比特获取设备，用于获取目标比特序列；子时隙转换器，用于对所述目标比特序列进行转换，获得目标位置索引和目标信息符号；子时隙信号加载设备，用于在所述时隙信号的目标位置索引中加载所述目标信息符号，获得子时隙信号；所述单刀开关，用于按照时隙顺序，对所述时隙信号和所述子时隙信号进行组合；所述信号发射设备，用于利用信号发射设备发射组合信号；
所述解调器，用于接收到所述组合信号时，利用解调设备按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，对所述组合信号进行解调。
优选地，包括：
两个或两个以上的所述子时隙信号支路。
一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述差分混沌键控调制解调方法的步骤。
应用本发明实施例所提供的方法，利用时隙转换器对比特序列进行转换，获得位置索引和信息符号；在混沌信号的位置索引中加载信息符号，获得时隙信号；利用子时隙转换器对目标比特序列进行转换，获得目标位置索引和目标信息符号；在时隙信号的目标位置索引中加载目标信息符号，获得子时隙信号；按照时隙顺序，对时隙信号和子时隙信号进行组合，并利用信号发射设备发射组合信号；接收到组合信号时，利用解调设备按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，对组合信号进行解调。
在混沌信号的位置索引中加载信息符号，得到时隙信号；在时隙信号中采样叠加编码方式将目标信息符号加载至时隙信号中，得到子时隙信号；然后结合时隙顺利，将时隙信号和子时隙信号进行组合并进行发送。即被发送的组合信号中具有多址的信息符号。通过信道传输后，当组合信号被接收到，按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，便可对组合信号进行解调。可见，在本方法中通过利用混沌脉冲位置索引来承载信息，并利用对信号时隙进行切割来向不同的用户设备传输相互独立的信息，使得差分混沌键控调制解调方法具备内在的多址接入能力，并且引入叠加编码技术，可降低多用户设备场景中的能量消耗，可降低通信运营成本。
相应地，本发明实施例还提供了与上述差分混沌键控调制解调方法相对应的差分混沌键控调制解调装置、系统和可读存储介质，具有上述技术效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种差分混沌键控调制解调方法的实施流程图；
图2为本发明实施例中融合索引调制的叠加编码差分混沌键控通信系统中用户设备一中的解调器原理图；
图3为本发明实施例中融合索引调制的叠加编码差分混沌键控通信系统中用户设备二中的解调器原理图；
图4为现有的差分混沌键控通信系统调制器原理图；
图5为现有的差分混沌键控通信系统调制器发射信号波形图；
图6为现有的差分混沌键控通信系统解调器原理图；
图7为现有的融合索引调制的差分混沌键控通信系统调制器原理图；
图8为现有的融合索引调制的差分混沌键控通信系统解调器原理图；
图9为本发明实施例中融合索引调制的叠加编码差分混沌键控通信系统调制器原理图；
图10为本发明实施例中融合索引调制的叠加编码差分混沌键控通信系统发射信号模型图；
图11为本发明实施例中在加性高斯白噪声信道下的融合索引调制的叠加编码差分混沌键控调制解调方法和融合索引调制的差分混沌键控调制解调方法的误比特率性能比较示意图(M/N＝4/2)；
图12为加性高斯白噪声信道下的融合索引调制的叠加编码差分混沌键控调制解调方法和融合索引调制的差分混沌键控调制解调方法的误比特率性能比较示意图(M/N＝8/4)；
图13为本发明实施例中在瑞利多径衰落信道下，M/N＝4/2的误比特率性能比较示意图；
图14为本发明实施例中在瑞利多径衰落信道下，M/N＝8/4的误比特率性能比较示意图；
图15为本发明实施例中一种差分混沌键控调制解调装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参考图1，图1为本发明实施例中一种差分混沌键控调制解调方法的流程图，该方法包括以下步骤：
S101、利用时隙转换器对比特序列进行转换，获得位置索引和信息符号。
其中，比特序列即为转换为比特序列后的待传输信息；位置索引即为混沌脉冲位置索引，信息符号即为将比特序列转换为符号后的待传输信息。
其中，间隙转换器的进制与用户场景中接入用户的数量相关，具体的，当为N用户场景时，间隙转换器的进制为2N，例如，当二用户场景时，间隙转换器的进制为4进制。
对比特序列进行转换并得到位置索引和信息符号的过程可具体参照现有的获取位置索引和信息符号的具体过程，在此不再一一赘述。
S102、在混沌信号的位置索引中加载信息符号，获得时隙信号。
其中，混沌信号可具体为利用混沌信号生成器生成的信号，混沌信号的波形非常不规则，类似噪声。
具体的，在混沌信号的位置索引中加载信息符号，获得时隙信号，包括：利用延迟参数将信息符号加载至混沌信号，获得时隙信号；延迟参数由解调设备中求和器的求和长度所确定。相应地，随着用户接入场景的变化，延迟参数由用户设备中解调器中求和器的求和长度所确定。
在混沌信号的位置索引中加载信息符合，以获得时隙信号的过程，可参照现有的在混沌信号中加载信息的具体过程，在此不再一一赘述。
S103、利用子时隙转换器对目标比特序列进行转换，获得目标位置索引和目标信息符号。
其中，目标比特序列为区别于比特序列的另一个待传输的信息。具体的，可将比特序列和目标比特序列视为来自不同的接入地址且需被传输至不同或相同的用户设备的信息。其中，子时隙转换器的进制与时隙转换器的进制确定方式类似，即子时隙转换器的进制同样与接入用户数量相关，具体的，当为N用户场景时，间隙转换器的进制为2N-1，例如当用户场景为二用户场景时，子时隙转换器的进制可具体为2进制。
S104、在时隙信号的目标位置索引中加载目标信息符号，获得子时隙信号。
在加载目标信息符号时，在时隙信号的目标位置索引中进行加载，得到子时隙信号。也就是说，通过叠加编码方式将目标信息符号与信息符号一并加载至混合信号中，以实现多址接入。
S105、按照时隙顺序，对时隙信号和子时隙信号进行组合，并利用信号发射设备发射组合信号。
为了降低能源浪费及保持混沌信号所具有的诸如其宽带特性，在抗多径干扰和多用户干扰方面具有潜在的优势等优点。在进行信号发射时，可对时隙信号和子时隙信号进行组合，得到组合信号后，利用信号发射设备发送该组合信号。
具体的，当仅有一路子时隙信号时，按照时隙顺序，对时隙信号和子时隙信号进行组合，并利用信号发射设备发射组合信号，包括：利用单刀双掷开关对时隙信号和子时隙信号进行组合，并利用信号发射天线发射组合信号。也就是说，当用户场景为二用户场景时，可直接利用单刀双掷开关的导向连接关系，确定信号发射设备所发送的组合信号。
当有两路以及两路以上的子时隙信号时，按照时隙顺序，对时隙信号和子时隙信号进行组合，并利用信号发射设备发射组合信号，包括：利用单刀多掷开关对时隙信号和子时隙信号进行组合，并利用信号发射天线发射组合信号。即，当用户场景为多用户场景时，可直接利用单刀多掷开关对信号进行组合，然后利用信号发射天线发射组合信号。
S106、接收到组合信号时，利用解调设备按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，对组合信号进行解调。
组合信号经由信道传输后，被接收时，可利用解调设备安置不同时隙与解调运算方式的对应关系对组合信号进行解调。其中，时隙与解调运算方式的对应关系，即不同的时隙承载的信号的解调方式不同，解调参数也不同，可预先为不同时隙设置不同的解调运算方式。当需要解调时隙信号时，则利用时隙信号对应的解调运算方式进行解调；当需要解调子时隙信号时，则利用实现子时隙信号对应的解调运算方式进行解调。
下面对从组合信号中解调不同的信号进行详细说明。
在需要解调出时隙信号对应的信息符号以获得传输信息时，步骤S106具体包括：
步骤一、当需解调出信息符号时，对接收到组合信号进行延迟处理，获得多路延迟信号；
步骤二、分别将组合信号与各路延迟信号进行卷积并利用求和器对每一个卷积结果进行求和，获得多路观察变量；
步骤三、利用比较器从多路观察变量中确定出目标观察变量；
步骤四、利用目标观察变量进行脉冲位置检测，获得信息符号。
在需要解调出子时隙信号对应的目标信息符号以获得传输信息时，步骤S106具体包括：
步骤一、当需解调出目标信息符号时，对接收到组合信号进行延迟处理，获得多路延迟信号；
步骤二、分别将组合信号与各路延迟信号进行卷积，并利用多个缓存矩阵分别存储各路卷积结果；
步骤三、利用求和器对每一路卷积结果分别进行求和处理，获得每一个时隙对应的多路观察变量；
步骤四、利用比较器从各个时隙分别对应的多路观察变量中确定出目标观察变量；
步骤五、利用目标观察变量进行脉冲位置检测，获得目标信息符号。
为便于说明上述两种解调方式的具体实现步骤，下面以二用户场景为例，对信号解调过程进行详细说明。
假设用户设备一需对组合信号进行解调，得到时隙信号中的信息符号；用户设备二需对组合信号进行解调，得到时隙信号中的目标信息符号。具体的，令调制器发送给用户设备一和用户设备二的信息符号分别εs和λs。
请参考图2和图3，图2为融合索引调制的叠加编码差分混沌键控通信系统中用户设备一中的解调器原理图；图3为融合索引调制的叠加编码差分混沌键控通信系统中用户设备二中的解调器原理图。
用户设备一和用户设备二中解调器接受到的信号为：
其中，
其中，
表示卷积，h(t)为信道冲激响应，n(t)是方差为N0/2的加性高斯白噪声；其中αl和τl分别是第l条径的增益和延时，αl服从瑞利分布。
用户设备一中的解调器：在用户设备一中的解调器中，接收信号的参考信号部分与接收信号的信息承载信号部分的每个时隙都进行相关求和运算。在用户设备一中的解调器中，输出的观测变量有JRec.-i,1，JRec.-i,2，...，JRec.-i,M共M个，
这M个输出支路可表示为：
其中，rl,ψ表示接收到的第l个符号经采样后的第ψ个采样点。对于调制器所发送的符号εs的估计可以表示为：
用户设备二中的解调器：由于利用对信号时隙进行切割来向不同的用户设备传输相互独立的信息，因此向用户设备一和用户设备二所传输的信息承载在不同的时隙范围内(时隙和子时隙)，因此这两个用户设备中的解调器解调原理不一样，为了使描述更加简洁，将接收到的信号的参考部分信号和信息承载部分信号分别表示为：
其中，rl,ref,A表示
即接收信号rl中的参考信号中的第A个子时隙(共R个采样点)；其中
表示
即接收信号rl中信息承载信号中第B个时隙中的第A个子时隙(共R个采样点)。在用户设备二中的解调器，参考信号部分的每个子时隙分别与信息承载信号部分的每个子时隙进行相关运算然后储存在缓存矩阵中，缓存矩阵可以被表示为：
其中*表示哈达玛乘积操作。在用户设备二中的解调器中有JRec.-ii,1，JRec.-ii,2，...，JRec.-ii,MN共MN个输出观测变量。这MN个输出支路可表示为：
其中ψ′＝(n+N-1)modN。对于调制器所发送的符号λs的估计可以表示为：
对于当用户设备数量大于二时的系统设计方法进行介绍。
当从两个用户设备扩展到δ个用户时(δ＞2)。对于解调器来说，当从两个用户设备扩展到δ个用户设备时，对每个用户设备的解调器的中求和装置的求和长度进行排序，其中具有最长的求和长度的用户设备的解调器设计方法与上文中用户设备一中的解调器设计方法一样。其余δ-1个用户设备中的解调器的解调实现过程可参照上文中用户设备二中的解调器的解调实现过程，其中延迟参数和矩阵的设计分别取决于于每个解调器中求和装置的求和长度和每个用户设备所对应的时隙长度。
需要说明的是，在本发明实施例中，对步骤S101以及步骤S103的执行顺序无先后限定，即在执行步骤S104时，S102和S103被成功执行即可。
应用本发明实施例所提供的方法，利用时隙转换器对比特序列进行转换，获得位置索引和信息符号；在混沌信号的位置索引中加载信息符号，获得时隙信号；利用子时隙转换器对目标比特序列进行转换，获得目标位置索引和目标信息符号；在时隙信号的目标位置索引中加载目标信息符号，获得子时隙信号；按照时隙顺序，对时隙信号和子时隙信号进行组合，并利用信号发射设备发射组合信号；接收到组合信号时，利用解调设备按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，对组合信号进行解调。
在混沌信号的位置索引中加载信息符号，得到时隙信号；在时隙信号中采样叠加编码方式将目标信息符号加载至时隙信号中，得到子时隙信号；然后结合时隙顺利，将时隙信号和子时隙信号进行组合并进行发送。即被发送的组合信号中具有多址的信息符号。通过信道传输后，当组合信号被接收到，按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，便可对组合信号进行解调。可见，在本方法中通过利用混沌脉冲位置索引来承载信息，并利用对信号时隙进行切割来向不同的用户设备传输相互独立的信息，使得差分混沌键控调制解调方法具备内在的多址接入能力，并且引入叠加编码技术，可降低多用户设备场景中的能量消耗，可降低通信运营成本。
实施例二：
为便于本领域技术人员更好地理解本发明实施例所提供的差分混沌键控调制解调方法，下面结合相应背景技术、本发明实施例的具体实现过程和相应实验效果，对本发明实施例所提供的差分混沌键控调制解调方法进行详细说明。
现有技术：
现有的，差分混沌键控通信系统结构由调制器和解调器两部分组成，调制器结构如图4所示，发射信号的波形如图5所示，图4为现有的差分混沌键控通信系统调制器原理图；图5为现有的差分混沌键控通信系统调制器发射信号波形图，其中，Td1为参考片段混沌脉冲，Td2为数据片段。混沌脉冲为发射信号s(t)可以表示为：
其中Eb是每个发送比特的平均能量，b是发送的信息比特，b∈[-1,+1],Td是混沌信号持续时间，c(t)是混沌脉冲信号，本发明以Logistic混沌脉冲信号为例，Logistic混沌信号具有均匀的概率密度和理想的相关特性，其映射可以表示为：
本文中的信道模型为瑞利多径衰落信道，该信道的冲激响应如公式2。
解调器结构如图6所示，图6为差分混沌键控通信系统解调器原理图。
通过信道后解调器的接收信号：
其中
表示卷积操作。n(t)是方差为N0/2的加性高斯白噪声。自相关解调是现有的广泛应用于差分混沌键控通信系统的解调方法，该方法对应的解调器结构如图6所示。当系统启动时，调制器将对发送的信息进行调制，被调制器所调制好的发射信号s(t)(s(t)为经过信道后成为解调器的接收信号r(t))。随后，解调器对接收信号与其延迟Td后的信号进行相关积分操作，得到判决变量Z，该过程可表示为：
判决规则为：Z大于0，则所恢复的信息为“+1”，若Z小于0，则所恢复的信息为“-1”。
融合索引调制的差分混沌键控通信系统，融合索引调制的差分混沌键控通信系统利用混沌脉冲位置索引来承载信息。该系统调制器如图7所示，图7为现有的融合索引调制的差分混沌键控通信系统调制器原理图。
发射信号Sl可以被表示为
其中cx表示长度为R的混沌信号，“*”表示克罗内克积。
接收到的信号如公式1。在接收到信号后，如图8所示的解调器对于接收信号及多个接收信号的延迟版本进行相关求和操作，得到判决变量J1，J2...JN。这个过程可以表示为：
其中1<m<N。判决规则可以表示为：
其中，
为解调器对于所发送符号的判决值。
可见，即便是现有的融合索引调制的差分混沌键控调制解调方法仍然不具备内在的多址接入能力，需要与现有的正交多址接入技术结合才可以实现多址接入。而在物联网和无线传感网络的应用中存在大量的用户设备，因此多址接入式在这些场景中扮演着非常重要的角色。另外，由于目前能源消耗成为了通信运营行业的主要成本来源，而现有的融合索引调制的差分混沌键控调制通信系统在实现多址接入时如果采用常用的正交接入技术在用户设备数量较大的时候，会带来较高的能耗。
本发明实施例所提供的差分混沌键控调制解调方法具体实现过程：
针对这些缺点，本发明实施例所提供的差分混沌键控调制解调方法将具备内在的多址接入能力，并且引入叠加编码技术，降低多用户设备场景中的能量消耗。具体实现过程如下：
本发明实施例所提供的差分混沌键控调制解调方法，具备多址接入能力，并且结合了叠加编码技术，下面以二用户场景为例进行阐述，扩展至多用户场景的方法也将一并进行介绍。
融合索引调制的叠加编码差分混沌键控调制解调方法(即本发明实施例所提供的方法)利用混沌脉冲位置索引来承载信息，并且利用对信号时隙进行切割来向不同的用户设备传输相互独立的信息。基于该方法的通信系统的调制器如图9所示，图9为发明实施例中融合索引调制的叠加编码差分混沌键控通信系统调制器原理图，其中Θ＝M+εsM+λs。需要说明的是，图9为仅接入两个用户设备的示意图，当从两个用户设备扩展到δ个用户时(δ＞2)，需要在调制器中添加类似Ω支路的δ-2个分支，其中延迟参数由用户设备中解调器中求和器的求和长度所确定。
其中λ和ε是分别传输给用户设备一(用户设备一以4进制接收机为例)和用户设备二(用户设备一以2进制接收机为例)的比特序列，发射信号可表示为
其中，cx为长度为R的混沌信号，“*”表示克罗内克积。
其中，
和
(2.11)
关于解调器的具体解调过程可参照上述实施例中的解调过程，在此不再一一赘述。
仿真实验：
系统参数设置为：扩频因子为2R＝160，320；M/N＝4/2,8/4；信道模型为高斯白噪声信道和多径瑞利衰落信道。在M/N＝4/2时，在加性高斯白噪声信道下的融合索引调制的叠加编码差分混沌键控调制解调方法(本发明方法)和融合索引调制的差分混沌键控调制解调方法(现有方法)的误比特率性能曲线如图11所示，图11为本发明实施例中在加性高斯白噪声信道下的融合索引调制的叠加编码差分混沌键控调制解调方法和融合索引调制的差分混沌键控调制解调方法的误比特率性能比较示意图(M/N＝4/2)。在M/N＝8/4时，本发明方法和现有方法在加性高斯白噪声信道下的误比特率性能曲线如图12所示。从这两个图中可以看出，在误比特率＝1×10-4时，本发明方法相对于现有方法有着约6dB的优势，即达到相同的误码率性能时，本发明方法相只需要消耗现有方法四分之一的能量。
而在瑞利多径衰落信道下，M/N＝4/2，8/4分别为图13，图14所示，从这两个图中可以看出，在在误比特率＝1×10-4时，本发明实施例所提供的差分混沌键控调制解调方法只需要消耗现有方法一半的能量。
综上，误比特率性能仿真实验说明了：无论在加性高斯白噪声信道还是在瑞利多径衰落信道下，融合索引调制的叠加编码差分混沌键控调制解调方法相比于融合索引调制的差分混沌键控调制解调方法能消耗更少的能量达到相同的性能，因此也可以说本发明方法相对于现有方法具有更加优异的误比特性能。
实施例三：
相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种差分混沌键控调制解调装置，下文描述的差分混沌键控调制解调装置与上文描述的差分混沌键控调制解调方法可相互对应参照。
参见图15所示，该装置包括以下模块：
第一序列转换模块101，用于利用时隙转换器对比特序列进行转换，获得位置索引和信息符号；
时隙信号获取模块102，用于在混沌信号的位置索引中加载信息符号，获得时隙信号；
第二序列转换模块103，用于利用子时隙转换器对目标比特序列进行转换，获得目标位置索引和目标信息符号；
子时隙信号获取模块104，用于在时隙信号的目标位置索引中加载目标信息符号，获得子时隙信号；
信号组合发送模块105，用于按照时隙顺序，对时隙信号和子时隙信号进行组合，并利用信号发射设备发射组合信号；
信号接收解调模块106，用于接收到组合信号时，利用解调设备按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，对组合信号进行解调。
其中，第一序列转换模块与第二序列转换模块中的第一和第二仅用于区别存在两种序列转换模块，而并未限定模块间的顺序、主次等。
应用本发明实施例所提供的装置，利用时隙转换器对比特序列进行转换，获得位置索引和信息符号；在混沌信号的位置索引中加载信息符号，获得时隙信号；利用子时隙转换器对目标比特序列进行转换，获得目标位置索引和目标信息符号；在时隙信号的目标位置索引中加载目标信息符号，获得子时隙信号；按照时隙顺序，对时隙信号和子时隙信号进行组合，并利用信号发射设备发射组合信号；接收到组合信号时，利用解调设备按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，对组合信号进行解调。
在混沌信号的位置索引中加载信息符号，得到时隙信号；在时隙信号中采样叠加编码方式将目标信息符号加载至时隙信号中，得到子时隙信号；然后结合时隙顺利，将时隙信号和子时隙信号进行组合并进行发送。即被发送的组合信号中具有多址的信息符号。通过信道传输后，当组合信号被接收到，按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，便可对组合信号进行解调。可见，在本装置中通过利用混沌脉冲位置索引来承载信息，并利用对信号时隙进行切割来向不同的用户设备传输相互独立的信息，使得差分混沌键控调制解调装置具备内在的多址接入能力，并且引入叠加编码技术，可降低多用户设备场景中的能量消耗，可降低通信运营成本。
在本发明的一种具体实施方式中，信号组合发送模块105，具体用于当仅有一路子时隙信号时，利用单刀双掷开关对时隙信号和子时隙信号进行组合，并利用信号发射天线发射组合信号。
在本发明的一种具体实施方式中，信号组合发送模块105，具体用于当有两路以及两路以上的子时隙信号时，利用单刀多掷开关对时隙信号和子时隙信号进行组合，并利用信号发射天线发射组合信号。
在本发明的一种具体实施方式中，信号接收解调模块106，具体用于当需解调出信息符号时，对接收到组合信号进行延迟处理，获得多路延迟信号；分别将组合信号与各路延迟信号进行卷积并利用求和器对每一个卷积结果进行求和，获得多路观察变量；利用比较器从多路观察变量中确定出目标观察变量；利用目标观察变量进行脉冲位置检测，获得信息符号。
在本发明的一种具体实施方式中，信号接收解调模块106，具体用于当需解调出目标信息符号时，对接收到组合信号进行延迟处理，获得多路延迟信号；分别将组合信号与各路延迟信号进行卷积，并利用多个缓存矩阵分别存储各路卷积结果；利用求和器对每一路卷积结果分别进行求和处理，获得每一个时隙对应的多路观察变量；利用比较器从各个时隙分别对应的多路观察变量中确定出目标观察变量；利用目标观察变量进行脉冲位置检测，获得目标信息符号。
在本发明的一种具体实施方式中，时隙信号获取模块102，具体用于利用延迟参数将信息符号加载至混沌信号，获得时隙信号；延迟参数由解调设备中求和器的求和长度所确定。
实施例三：
相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种差分混沌键控调制解调系统，下文描述的一种差分混沌键控调制解调系统与上文描述的一种差分混沌键控调制解调方法可相互对应参照。
该差分混沌键控调制解调系统包括：
如图9所示的调制器和如图2和图3所示的解调器，其中，调制器包括：时隙信号支路、子时隙信号支路、信号发射设备，时隙信号支路与子时隙信号支路通过单刀开关与信号发射设备相连接；
其中，时隙信号支路包括：混沌信号生成器，用于生成混沌信号；比特序列获取设备，用于获取比特序列；时隙转换器，用于对比特序列进行转换，获得位置索引和信息符号；时隙信号加载设备，用于在混沌信号的位置索引中加载信息符号，获得时隙信号；
子时隙信号支路包括：目标比特获取设备，用于获取目标比特序列；子时隙转换器，用于对目标比特序列进行转换，获得目标位置索引和目标信息符号；子时隙信号加载设备，用于在时隙信号的目标位置索引中加载目标信息符号，获得子时隙信号；单刀开关，用于按照时隙顺序，对时隙信号和子时隙信号进行组合；信号发射设备，用于利用信号发射设备发射组合信号；
解调器，用于接收到组合信号时，利用解调设备按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，对组合信号进行解调。
当存在两个或两个以上的用户时，该系统包括：两个或两个以上的子时隙信号支路。
上文所描述的差分混沌键控调制解调方法中的步骤可以由差分混沌键控调制解调系统的结构实现，即本发明实施例所提供的差分混沌键控调制解调系统同样具备上述差分混沌键控调制解调方法所具有的技术效果。
实施例五：
相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种可读存储介质，下文描述的一种可读存储介质与上文描述的一种差分混沌键控调制解调方法可相互对应参照。
一种可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例的差分混沌键控调制解调方法的步骤。
该可读存储介质具体可以为U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的可读存储介质。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
Claims (8)
1.一种差分混沌键控调制解调方法，其特征在于，包括：
利用时隙转换器对比特序列进行转换，获得位置索引和信息符号；
在混沌信号的所述位置索引中加载所述信息符号，获得时隙信号；
利用子时隙转换器对目标比特序列进行转换，获得目标位置索引和目标信息符号；
在所述时隙信号的目标位置索引中加载所述目标信息符号，获得子时隙信号；
按照时隙顺序，对所述时隙信号和所述子时隙信号进行组合，并利用信号发射设备发射组合信号；
接收到所述组合信号时，利用解调设备按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，对所述组合信号进行解调；
其中，所述接收到所述组合信号时，利用解调设备按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，对所述组合信号进行解调，执行解调方式1和/或解调方式2：
其中，所述解调方式1包括：
当需解调出所述信息符号时，对接收到所述组合信号进行延迟处理，获得多路延迟信号；
分别将所述组合信号与各路所述延迟信号进行卷积并利用求和器对每一个卷积结果进行求和，获得多路观察变量；
利用比较器从多路所述观察变量中确定出目标观察变量；
利用所述目标观察变量进行脉冲位置检测，获得所述信息符号；
所述解调方式2包括：
当需解调出所述目标信息符号时，对接收到所述组合信号进行延迟处理，获得多路延迟信号；
分别将所述组合信号与各路所述延迟信号进行卷积，并利用多个缓存矩阵分别存储各路卷积结果；
利用求和器对每一路所述卷积结果分别进行求和处理，获得每一个时隙对应的多路观察变量；
利用比较器从各个所述时隙分别对应的多路所述观察变量中确定出目标观察变量；
利用所述目标观察变量进行脉冲位置检测，获得所述目标信息符号。
2.根据权利要求1所述的差分混沌键控调制解调方法，其特征在于，当仅有一路所述子时隙信号时，所述按照时隙顺序，对所述时隙信号和所述子时隙信号进行组合，并利用信号发射设备发射组合信号，包括：
利用单刀双掷开关对所述时隙信号和所述子时隙信号进行组合，并利用信号发射天线发射所述组合信号。
3.根据权利要求1所述的差分混沌键控调制解调方法，其特征在于，当有两路以及两路以上的所述子时隙信号时，所述按照时隙顺序，对所述时隙信号和所述子时隙信号进行组合，并利用信号发射设备发射组合信号，包括：
利用单刀多掷开关对所述时隙信号和所述子时隙信号进行组合，并利用信号发射天线发射所述组合信号。
4.根据权利要求1至3任一项所述的差分混沌键控调制解调方法，其特征在于，所述在混沌信号的所述位置索引中加载所述信息符号，获得时隙信号，包括：
利用延迟参数将所述信息符号加载至所述混沌信号，获得所述时隙信号；所述延迟参数由所述解调设备中求和器的求和长度所确定。
5.一种差分混沌键控调制解调装置，其特征在于，包括：
第一序列转换模块，用于利用时隙转换器对比特序列进行转换，获得位置索引和信息符号；
时隙信号获取模块，用于在混沌信号的所述位置索引中加载所述信息符号，获得时隙信号；
第二序列转换模块，用于利用子时隙转换器对目标比特序列进行转换，获得目标位置索引和目标信息符号；
子时隙信号获取模块，用于在所述时隙信号的目标位置索引中加载所述目标信息符号，获得子时隙信号；
信号组合发送模块，用于按照时隙顺序，对所述时隙信号和所述子时隙信号进行组合，并利用信号发射设备发射组合信号；
信号接收解调模块，用于接收到所述组合信号时，利用解调设备按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，对所述组合信号进行解调；
其中，所述信号接收解调模块，具体用于执行解调方式1和/或解调方式2：
其中，所述解调方式1包括：
当需解调出所述信息符号时，对接收到所述组合信号进行延迟处理，获得多路延迟信号；
分别将所述组合信号与各路所述延迟信号进行卷积并利用求和器对每一个卷积结果进行求和，获得多路观察变量；
利用比较器从多路所述观察变量中确定出目标观察变量；
利用所述目标观察变量进行脉冲位置检测，获得所述信息符号；
所述解调方式2包括：
当需解调出所述目标信息符号时，对接收到所述组合信号进行延迟处理，获得多路延迟信号；
分别将所述组合信号与各路所述延迟信号进行卷积，并利用多个缓存矩阵分别存储各路卷积结果；
利用求和器对每一路所述卷积结果分别进行求和处理，获得每一个时隙对应的多路观察变量；
利用比较器从各个所述时隙分别对应的多路所述观察变量中确定出目标观察变量；
利用所述目标观察变量进行脉冲位置检测，获得所述目标信息符号。
6.一种差分混沌键控调制解调系统，其特征在于，包括：
调制器和解调器，其中，调制器包括：时隙信号支路、子时隙信号支路、信号发射设备，所述时隙信号支路与所述子时隙信号支路通过单刀开关与信号发射设备相连接；
其中，所述时隙信号支路包括：混沌信号生成器，用于生成混沌信号；比特序列获取设备，用于获取比特序列；时隙转换器，用于对所述比特序列进行转换，获得位置索引和信息符号；时隙信号加载设备，用于在混沌信号的所述位置索引中加载所述信息符号，获得时隙信号；
所述子时隙信号支路包括：目标比特获取设备，用于获取目标比特序列；子时隙转换器，用于对所述目标比特序列进行转换，获得目标位置索引和目标信息符号；子时隙信号加载设备，用于在所述时隙信号的目标位置索引中加载所述目标信息符号，获得子时隙信号；所述单刀开关，用于按照时隙顺序，对所述时隙信号和所述子时隙信号进行组合；所述信号发射设备，用于利用信号发射设备发射组合信号；
所述解调器，用于接收到所述组合信号时，利用解调设备按照不同时隙与解调运算方式的对应关系，对所述组合信号进行解调；
所述解调器，具体用于执行解调方式1和/或解调方式2：
其中，所述解调方式1包括：
当需解调出所述信息符号时，对接收到所述组合信号进行延迟处理，获得多路延迟信号；
分别将所述组合信号与各路所述延迟信号进行卷积并利用求和器对每一个卷积结果进行求和，获得多路观察变量；
利用比较器从多路所述观察变量中确定出目标观察变量；
利用所述目标观察变量进行脉冲位置检测，获得所述信息符号；
所述解调方式2包括：
当需解调出所述目标信息符号时，对接收到所述组合信号进行延迟处理，获得多路延迟信号；
分别将所述组合信号与各路所述延迟信号进行卷积，并利用多个缓存矩阵分别存储各路卷积结果；
利用求和器对每一路所述卷积结果分别进行求和处理，获得每一个时隙对应的多路观察变量；
利用比较器从各个所述时隙分别对应的多路所述观察变量中确定出目标观察变量；
利用所述目标观察变量进行脉冲位置检测，获得所述目标信息符号。
7.根据权利要求6所述的差分混沌键控调制解调系统，其特征在于，包括：
两个或两个以上的所述子时隙信号支路。
8.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述差分混沌键控调制解调方法的步骤。
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