CN114884785A - 一种差分混沌相移键控通信方法及系统 - Google Patents

一种差分混沌相移键控通信方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种差分混沌相移键控通信方法及系统，其中方法包括获取参考信号；获取信息比特，并分割所述信息比特得到载波索引比特、时间索引比特和调制比特；将所述载波索引比特和所述时间索引比特分别进行映射操作得到载波索引序列和时间索引序列；将所述载波索引序列、所述时间索引序列、所述调制比特和所述参考信号进行调制得到信息信号；将所述信息信号和所述参考信号发送至接收机，提高系统的能量效率、频谱效率和数据传输效率。

Description

一种差分混沌相移键控通信方法及系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种差分混沌相移键控通信方法及系统。
背景技术
混沌通信是一种用来扩展频谱的通信技术手段，由于混沌通信技术拥有良好的抗衰落能力和低功耗，已经成为无线通信的最佳候选技术之一。近年来，混沌通信技术主要集中于数字混沌键控方面的研究，数字混沌键控通信根据在接收端是否需要进行混沌同步，可以被分为相干调制方案和非相干调制方案。但由于完美的混沌同步在现有技术的条件下难以实现，后续的研究主要集中在非相干调制方案上面。而差分混沌相移键控系统作为非相干调制方案中的一种典型的范式，得到了广泛的研究。
然而，现有的差分混沌相移键控系统，其将比特传输时间分成为两个时隙，使用前一个时隙来传输用于非相干解调的参考信号，而后一个时隙用来传输同参考信号相同或相反的信息信号。这种操作使用了一半的比特传输时间和能量来用于传输参考信号，导致信号传输的能量效率、频谱效率和数据速率低。
发明内容
本发明提供了一种差分混沌相移键控通信方法及系统，提高数据传输效率。
本发明提供的一种差分混沌相移键控通信方法，所述方法包括：
获取参考信号；
获取信息比特，并分割所述信息比特得到载波索引比特、时间索引比特和调制比特；
将所述载波索引比特映射至第一序列中的第一位置得到载波索引序列；
将所述时间索引比特映射至第二序列中的第二位置得到时间索引序列；
根据所述载波索引序列、所述时间索引序列生成第一信息矩阵；
将所述第一信息矩阵的第
Figure 663000DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 932307DEST_PATH_IMAGE002
列均设置为0；
Figure 108074DEST_PATH_IMAGE001
为所述第一位置在所述载波索引序列中对应的列数；
Figure 33304DEST_PATH_IMAGE002
为所述第二位置在所述时间索引序列中对应的列数；
根据所述调制比特调制所述第一信息矩阵中第三位置的元素，得到第二信息矩阵；所述第三位置是所述第一信息矩阵中除第
Figure 319929DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 712252DEST_PATH_IMAGE002
列以外的所有位置；
将所述第二信息矩阵与所述参考信号相乘得到信息信号；
将所述信息信号和所述参考信号发送至接收机。
可选地，所述将所述信息信号和所述参考信号发送至接收机包括：
将所述信息信号和所述参考信号进行脉冲整形得到传输信号；
采用子载波将所述传输信号发送至所述接收机。
可选地，所述采用子载波将所述传输信号发送至所述接收机之后，当所述接收机接收到所述传输信号时，所述方法还包括：
对所述传输信号进行分离，得到参考信号矩阵和信息信号矩阵；
对所述参考信号矩阵进行第一数据处理得到平均参考信号矩阵；
将所述平均参考信号矩阵与所述信息信号矩阵进行哈达码乘积操作，得到信息解调矩阵；
对所述信息解调矩阵进行解调，得到所述载波索引比特、所述时间索引比特、所述调制比特。
可选地，所述参考信号矩阵的每一行分别代表一个参考信号，所述对所述参考信号矩阵进行第一数据处理得到平均参考信号矩阵包括：
将所述参考信号矩阵中的每一个参考信号进行相加后取平均值，得到第一参考信号；
将所述第一参考信号与单位矩阵进行克罗内克乘积操作，得到平均参考信号矩阵。
可选地，所述对所述信息解调矩阵进行解调，得到所述载波索引比特、所述时间索引比特、所述调制比特包括：
将所述信息解调矩阵中的每一行的元素分成若干个分块，将若干个所述分块内的所有元素进行相加后，构成判决矩阵；
对所述判决矩阵进行第二数据处理，得到所述载波索引比特；
对所述判决矩阵进行第三数据处理，得到所述时间索引比特；
根据除了所述载波索引比特和所述时间索引比特以外的所有比特确定所述调制比特。
可选地，所述对所述判决矩阵进行第二数据处理，得到所述载波索引比特包括：
将所述判决矩阵中的每一行的元素取绝对值后并相加，得到若干个第一决策变量；
从所述若干个第一决策变量中确定最小第一决策变量对应的行数，并将行数减1得到携带所述载波索引比特的元素的位置；
根据所述携带所述载波索引比特的元素确定所述载波索引比特。
可选地，所述对所述判决矩阵进行第三数据处理，得到所述时间索引比特包括：
将所述判决矩阵中的每一列的元素取绝对值并相加，得到若干个第二决策变量；
从所述若干个第二决策变量确定最小第二决策变量对应的列数，并将列数减1得到携带时间索引比特的元素的位置；
根据所述携带时间索引比特的元素确定所述时间索引比特。
本发明还提供一种差分混沌相移键控系统，所述系统包括发射机和接收机，所述发射机包括：
混沌信号发生器，用于生成参考信号；
获取模块，用于获取参考信号；
比特分割器，用于获取信息比特，并分割所述信息比特得到载波索引比特、时间索引比特和调制比特；
索引选择器，用于将载波索引比特映射至第一序列中的第一位置得到载波索引序列；并用于将时间索引比特映射至第二序列中的第二位置得到时间索引序列；
调制器，用于根据载波索引序列、时间索引序列生成第一信息矩阵，并用于将第一信息矩阵的第
Figure 793340DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 205867DEST_PATH_IMAGE002
列均设置为0；
Figure 296183DEST_PATH_IMAGE001
为第一位置在载波索引序列中对应的列数；
Figure 540082DEST_PATH_IMAGE002
为第二位置在时间索引序列中对应的列数，并用于根据调制比特调制第一信息矩阵中第三位置的元素，得到第二信息矩阵；第三位置是第一信息矩阵中除第
Figure 995335DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 691895DEST_PATH_IMAGE002
列以外的所有位置，并用于将第二信息矩阵与参考信号相乘得到信息信号；
发送模块，用于将所述信息信号和所述参考信号发送至所述接收机中；
可选地，所述发送模块还包括脉冲整形模块和第一发送子单元；
所述脉冲整形模块，用于将信息信号和参考信号进行脉冲整形并叠加后得到传输信号；
所述第一发送子单元，用于采用子载波将传输信号发送至接收机中。
可选地，所述接收机包括匹配滤波器、第一运算模块、第二运算模块、解调器；
所述匹配滤波器用于对传输信号进行分离，得到参考信号矩阵和信息信号矩阵；
所述第一运算模块，用于对参考信号矩阵进行第一数据处理得到平均参考信号矩阵；
所述第二运算模块，用于将平均参考信号矩阵与信息信号矩阵进行哈达码乘积操作，得到信息解调矩阵；
所述解调器，用于对信息解调矩阵进行解调，得到载波索引比特、时间索引比特、调制比特。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种差分混沌相移键控通信方法，包括：获取参考信号；获取信息比特，并分割信息比特得到载波索引比特、时间索引比特和调制比特；通过将所述载波索引比特映射至第一序列中的第一位置得到所述载波索引序列，将所述时间索引比特映射至第二序列中的第二位置得到所述时间索引序列，使用了载波和时隙两种资源作为索引去携带额外的信息比特，提高了系统的数据传输的效率；通过将载波索引序列、时间索引序列、调制比特和参考信号进行调制得到信息信号，在调制时，根据所述载波索引序列、所述时间索引序列生成第一信息矩阵；将所述第一信息矩阵的第
Figure 320323DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 621991DEST_PATH_IMAGE002
列均设置为0；
Figure 310461DEST_PATH_IMAGE001
为所述第一位置在所述载波索引序列中对应的列数；
Figure 494318DEST_PATH_IMAGE002
为所述第二位置在所述时间索引序列中对应的列数；根据所述调制比特调制所述第一信息矩阵中第三位置的元素，得到第二信息矩阵；所述第三位置是所述第一信息矩阵中除第
Figure 923506DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 79681DEST_PATH_IMAGE002
列以外的所有位置；将所述第二信息矩阵与所述参考信号相乘得到所述信息信号；并将所述信息信号和所述参考信号发送至接收机，使得多种信息比特共用一个参考信号，解决现有的差分混沌相移键控系统使用一半的比特传输时间和能量去传输参考信号的问题，提高了系统的能量效率、频谱效率和数据传输效率。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种差分混沌相移键控通信方法流程图；
图2为现有的差分混沌相移键控系统中发射机的原理框图；
图3为现有的差分混沌相移键控系统中接收机的原理框图；
图4为本发明实施例二提供的一种差分混沌相移键控通信方法流程图；
图5为本发明提供的差分相移键控系统的发射机原理框图；
图6为本发明提供的信息比特的位置示意图；
图7为本发明提供的差分相移键控系统的接收机原理框图；
图8为本发明实施例二与现有的通信方法在扩频因子
Figure 939053DEST_PATH_IMAGE003
下的误码率对比曲线图；
图9为本发明实施例二与现有的通信方法在扩频因子
Figure 610206DEST_PATH_IMAGE004
下的误码率对比曲线图。
具体实施方式
现有的差分混沌相移键控系统包括发射机和接收机。发射机的原理框图如图2所示，在差分混沌相移键控技术中，发射机传输的每一帧信号包括了两个时隙：第一个时隙内将混沌信号发生器产生的混沌序列作为参考信号；而在第二个时隙则传输与参考信号长度相等的混沌序列作为信息信号。该信息信号根据输入的信息比特类型被分为两种情况，如果发送的信息比特为‘1’时，信息信号就与参考信号完全相同；如果发送的信息比特为‘0’时，则信息信号为参考信号的负信号。
在发射机中，当开关连接到上支路时，传输的是参考信号；当开关连接到下支路时，传输的就是经过信息比特调制后的信息信号。所以，差分混沌相移键控系统在传输第帧信号时，其的表达式可以写成以下形式：
Figure 518119DEST_PATH_IMAGE005
式中，
Figure 591117DEST_PATH_IMAGE006
表示用作参考信号的混沌序列的长度，
Figure 621390DEST_PATH_IMAGE007
，在差分混沌相移键控系统中，其的扩频因子
Figure 717522DEST_PATH_IMAGE008
。
接收机的原理框图如图3所示，其原理为：将接收到的信号
Figure 491443DEST_PATH_IMAGE009
与其延时
Figure 418948DEST_PATH_IMAGE006
后的信号
Figure 557805DEST_PATH_IMAGE010
输入到相关器中进行相关运算，得到决策变量
Figure 203550DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 784091DEST_PATH_IMAGE011
可以表示为：
Figure 503786DEST_PATH_IMAGE012
将门限判决的门限设置为0，根据得到的决策变量的正负来恢复比特信息
Figure 875861DEST_PATH_IMAGE013
，具体如下所示：
Figure 8902DEST_PATH_IMAGE014
在上述提及的差分混沌相移键控系统，其将比特传输时间分成为两个时隙，使用前一个时隙来传输用于非相干解调的参考信号，而后一个时隙用来传输同参信号相同或相反的信息信号。这种操作使用了一半的比特传输时间和能量来用于传输参考信号，导致信号传输的能量效率、频谱效率和数据速率低。
有鉴于此，本发明实施例提供了一种差分混沌相移键控通信方法及装置，用于提高数据传输效率。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种差分混沌相移键控通信方法，应用于差分混沌相移键控系统，系统包括发射机和接收机，发射机用于进行信号调制，并将调制后的信号发射至接收机中，接收机用于接收发射机发送的信号，并对信号进行解调得到传输的信息。
其中，发射机包括混沌信号发生器，比特分割器、索引选择器、调制器。
请参阅图1、图5，图1为本发明实施例一提供的一种差分混沌相移键控通信方法流程图。其中，方法流程包括：
101、获取参考信号；
在本实施例中，获取混沌信号发生器生成的参考信号；该参考信号为1行R列的信号矩阵，其中R为正整数。将一路参考信号用于承载信息比特，以便进行信息传输。
请参阅图5，图5示出了本实施例应用的差分相移键控系统的发射机原理，混沌信号发生器生成参考信号
Figure 62309DEST_PATH_IMAGE015
，并将一路参考信号
Figure 964406DEST_PATH_IMAGE015
输入至脉冲整形模块中，将另一路参考信号
Figure 507383DEST_PATH_IMAGE015
输入至调制器中。
102、获取信息比特，并分割信息比特得到载波索引比特、时间索引比特和调制比特。
请参阅图5，假设系统在一个符号周期内传输的总信息比特数目为
Figure 127720DEST_PATH_IMAGE016
，利用比特分割器将总信息比特分割为三个部分：
Figure 719238DEST_PATH_IMAGE017
个载波索引比特、
Figure 475842DEST_PATH_IMAGE018
个时间索引比特和
Figure 455299DEST_PATH_IMAGE019
个调制比特。其中，调制比特的数目
Figure 235036DEST_PATH_IMAGE019
可以表示为
Figure 689633DEST_PATH_IMAGE020
。
103、将载波索引比特映射至第一序列中的第一位置得到载波索引序列；
104、将时间索引比特映射至第二序列中的第二位置得到时间索引序列。
需要说明的是，利用索引选择器，可以将载波索引比特，时间索引比特分别映射到第一序列
Figure 566322DEST_PATH_IMAGE021
和第二序列
Figure 388784DEST_PATH_IMAGE022
（其中
Figure 718134DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure 979352DEST_PATH_IMAGE024
），映射之后所得到的载波索引序列和时间索引序列分别为：
Figure 710547DEST_PATH_IMAGE025
Figure 703911DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure 520557DEST_PATH_IMAGE001
表示载波索引比特被映射至第一序列中的第一位置的列数，
Figure 319886DEST_PATH_IMAGE002
表示时间索引比特被映射至第二序列中的第二位置的列数。
可以理解的是，在载波索引序列中，第
Figure 843271DEST_PATH_IMAGE001
列携带的是载波索引比特。在时间索引序列中，第
Figure 335432DEST_PATH_IMAGE002
列携带的是时间索引比特。
需要说明的是，通过索引选择器可以将载波索引比特和时间索引比特分别映射至不同的序列中，得到载波索引序列和时间索引序列，使得载波索引序列中携带了载波索引比特的信息，时间索引序列中携带了时间索引比特的信息。其中，载波索引序列是列数为
Figure 642304DEST_PATH_IMAGE027
的行矩阵，
Figure 917428DEST_PATH_IMAGE023
，时间索引序列是列数为
Figure 623216DEST_PATH_IMAGE028
的行矩阵，
Figure 20699DEST_PATH_IMAGE024
。
本实施例采用载波索引和时隙索引两种索引资源，利用比特分割器将需要传输的信息比特分割成载波索引比特和时间索引比特，并通过索引选择器将载波索引比特和时间索引比特映射至对应的索引资源，去携带额外的信息比特，从而提高系统的能量效率、频谱效率和数据速率。
105、根据载波索引序列、时间索引序列生成第一信息矩阵；将第一信息矩阵的第
Figure 749621DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 890752DEST_PATH_IMAGE002
列均设置为0；
Figure 451046DEST_PATH_IMAGE001
为第一位置在载波索引序列中对应的列数；
Figure 285010DEST_PATH_IMAGE002
为第二位置在时间索引序列中对应的列数。
可以理解的是，在本实施例中，第一信息矩阵中的第
Figure 235649DEST_PATH_IMAGE001
行是零序列，用于反馈载波索引比特，第
Figure 180471DEST_PATH_IMAGE002
列是零序列，用于反馈时间索引比特。本实施例通过将载波索引比特和时间索引比特以零序列的形式映射至第一信息矩阵的特定行与特定列中，提高了数据传输的效率，同时便于接收机根据这种数据特性解调出对应的载波索引比特和时间索引比特。
106、根据调制比特调制第一信息矩阵中第三位置的元素，得到第二信息矩阵；第三位置是除第
Figure 595272DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 537820DEST_PATH_IMAGE002
列以外的所有位置。
107、将第二信息矩阵与参考信号相乘得到信息信号。
需要说明的是，可参阅图5，利用调制器根据载波索引序列和时间索引序列生成一个
Figure 871079DEST_PATH_IMAGE027
行
Figure 354013DEST_PATH_IMAGE028
列的第一信息矩阵。可以理解的是，第一信息矩阵的行数对应载波索引序列的列数，第一信息矩阵的列数对应时间索引序列的列数。第一信息矩阵中存在一行元素值用于反馈载波索引比特的信息，存在一列元素值用于反馈时间索引比特的信息，其余的行列的元素值则用于反馈调制比特的信息。
具体地，将载波索引序列和时间索引序列输入到调制器中，在调制器里面会生成一个第一信息矩阵
Figure 826583DEST_PATH_IMAGE029
，该信息矩阵是一个
Figure 2349DEST_PATH_IMAGE027
行
Figure 989897DEST_PATH_IMAGE028
列的矩阵，可以理解的是，第一信息矩阵的行数对应载波索引序列的列数，第一信息矩阵的列数对应时间索引序列的列数。当
Figure 276522DEST_PATH_IMAGE030
和
Figure 338019DEST_PATH_IMAGE031
时，
Figure 684686DEST_PATH_IMAGE032
是由调制比特进行调制的，即当调制比特为‘1’时，
Figure 159530DEST_PATH_IMAGE033
；当调制比特为‘0’时，
Figure 187529DEST_PATH_IMAGE034
，其它情况下，
Figure 431428DEST_PATH_IMAGE035
，即
Figure 686348DEST_PATH_IMAGE036
和
Figure 648488DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 214598DEST_PATH_IMAGE038
用于携带载波索引比特，
Figure 578583DEST_PATH_IMAGE039
用于携带时间索引比特。然后完成调制后的第二信息矩阵的
Figure 1474DEST_PATH_IMAGE032
与参考信号
Figure 388593DEST_PATH_IMAGE015
相乘得到信息信号。其中，第二信息矩阵的行列数与第一信息矩阵的行列数相同。在相乘时，第二信息矩阵中的每一个元素分别与参考信号
Figure 820712DEST_PATH_IMAGE015
相乘，得到对应的1行R列矩阵，将每一个元素对应的1行R列矩阵，替换对应的元素，得到信息信号，从而扩充了第二信息矩阵的列数，得到的信息信号为
Figure 773624DEST_PATH_IMAGE027
行
Figure 570679DEST_PATH_IMAGE040
列的矩阵。
在本实施例，信息信号存储有三种不同比特的信息，并通过同一个参考信号进行承载提高了系统的数据传输效率。
108、将信息信号和参考信号发送至接收机。
需要说明的是，在发送时，对信息信号和参考信号进行脉冲整形并相加之后，利用不同的子载波将信息信号和参考信号共同发送至接收机中。接收机在接收到上述信号时，对信号进行信息解调，得到传输的信息比特。
本实施例提供了一种差分混沌相移键控通信方法，包括：获取参考信号；获取信息比特，并分割信息比特得到载波索引比特、时间索引比特和调制比特；通过将所述载波索引比特映射至第一序列中的第一位置得到所述载波索引序列，将所述时间索引比特映射至第二序列中的第二位置得到所述时间索引序列，使用了载波和时隙两种资源作为索引去携带额外的信息比特，提高了系统的数据传输的效率；通过将载波索引序列、时间索引序列、调制比特和参考信号进行调制得到信息信号，在调制时，根据所述载波索引序列、所述时间索引序列生成第一信息矩阵；将所述第一信息矩阵的第
Figure 241832DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 477641DEST_PATH_IMAGE002
列均设置为0；
Figure 488322DEST_PATH_IMAGE001
为所述第一位置在所述载波索引序列中对应的列数；
Figure 515666DEST_PATH_IMAGE002
为所述第二位置在所述时间索引序列中对应的列数；根据所述调制比特调制所述第一信息矩阵中第三位置的元素，得到第二信息矩阵；所述第三位置是所述第一信息矩阵中除第
Figure 674115DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 385719DEST_PATH_IMAGE002
列以外的所有位置；将所述第二信息矩阵与所述参考信号相乘得到所述信息信号；并将信息信号和所述参考信号发送至接收机，使得多种信息比特共用一个参考信号解决现有的差分混沌相移键控系统使用一半的比特传输时间和能量去传输参考信号的问题，提高了系统的能量效率、频谱效率和数据传输效率。
请参阅图4、图5-图9，图4为本发明实施例二提供的一种差分混沌相移键控通信方法流程图。本发明实施例二在包括实施例一的步骤101-107的基础上，对步骤108进行进一步地限定，在步骤107之后，所述方法包括：
201、将信息信号和参考信号进行脉冲整形得到传输信号。
需要说明的是，参阅图5，第二信息矩阵中的每一行中的每一个元素分别与参考信号相乘得到每一行信号结果，即
Figure 313223DEST_PATH_IMAGE041
、
Figure 514398DEST_PATH_IMAGE042
、……、
Figure 97826DEST_PATH_IMAGE043
，每一行的信号结果即为1行
Figure 409858DEST_PATH_IMAGE040
列的矩阵，而第二信息矩阵具有
Figure 457449DEST_PATH_IMAGE027
行，因而得到的信息信号即为
Figure 767207DEST_PATH_IMAGE027
行
Figure 900248DEST_PATH_IMAGE040
列的矩阵。之后，分别将每一行信号结果和参考信号进行脉冲整形后，并对应输入至加法器中得到传输信号。在加法器中，信息信号的每一行的最前面的位置均存放一个参考信号，得到传输信号，而参考信号为1行R列的矩阵，因此，传输信号则为
Figure 15972DEST_PATH_IMAGE027
行
Figure 855752DEST_PATH_IMAGE044
列的矩阵，即
Figure 401658DEST_PATH_IMAGE027
行
Figure 756416DEST_PATH_IMAGE045
列的矩阵。可以理解的是，信息信号中的每一行元素共用一个参考信号。
202、采用子载波将传输信号发送至接收机中。
需要说明的是，如图5所示，将传输信号中的每一行分别与对应的子载波相乘后，进行求和，得到总的传输信号
Figure 613514DEST_PATH_IMAGE046
，发送总的传输信号至接收机中。传输信号的一行需要用到一个子载波发送，而传输信号具有
Figure 370117DEST_PATH_IMAGE027
行，因而需要
Figure 83995DEST_PATH_IMAGE027
个子载波进行发送。即本实施例中，通过不同频率的子载波
Figure 129312DEST_PATH_IMAGE047
将传输信号传输至接收机中。接收机在接收传输信号之后，对传输信号进行解调，得到信息比特。
以下将举例具体说明本实施例，如图6所示，假设载波索引比特为‘10’，时间索引比特为‘11’，那么需要用到的子载波为4个，需要用到的时隙为4个，调制比特为9个，图6中空白格代表活跃状态，阴影格代表非活跃状态，设置活跃和非活跃状态的目的以便区分载波索引比特、时间索引比特和调制比特各自的位置，在本示例中，只有一个子载波和一个时隙为非活跃状态，即
Figure 586838DEST_PATH_IMAGE048
和
Figure 197948DEST_PATH_IMAGE049
。如图所示，9个调制比特是在三个活跃时隙（
Figure 285990DEST_PATH_IMAGE050
、
Figure 615340DEST_PATH_IMAGE051
、
Figure 876557DEST_PATH_IMAGE052
）中通过参考信号进行扩展，然后使用3个活跃的子载波（
Figure 339244DEST_PATH_IMAGE053
、
Figure 598187DEST_PATH_IMAGE054
、
Figure 414833DEST_PATH_IMAGE055
）进行传输；而4个索引比特（10’和‘11’）则通过不活跃的子载波和不活跃的时隙所对应的位置来进行映射，即分别对应于信息矩阵中第
Figure 214162DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 737547DEST_PATH_IMAGE002
列，然后通过不活跃的子载波
Figure 229708DEST_PATH_IMAGE048
发送经过映射后的
Figure 268071DEST_PATH_IMAGE056
序列。
203、对传输信号进行分离，得到参考信号矩阵和信息信号矩阵。
需要说明的是，当发射机采用子载波将传输信号发送至接收机之后，当当接收机接收到传输信号时，如图7所示，接收机接收到传输信号后根据匹配滤波器匹配出不同频率的子载波，随后以预设间隔进行采样，得到离散输出矩阵C。离散输出矩阵C则为
Figure 808774DEST_PATH_IMAGE027
行
Figure 514562DEST_PATH_IMAGE045
列的矩阵。离散输出矩阵C可被分为两个部分：一部分是参考信号，另一部分是信息信号，其中参考信号用参考信号矩阵A表示，信息信号用信息信号矩阵B表示。由于在前述调制过程中，信息信号的每一行的最前面的位置均放置一个1行R列的参考信号得到传输信号，且信息信号具有
Figure 912045DEST_PATH_IMAGE027
行，因而可以分出
Figure 703284DEST_PATH_IMAGE027
行R列参考信号矩阵A，以及
Figure 782098DEST_PATH_IMAGE027
行
Figure 345322DEST_PATH_IMAGE040
列的信息信号矩阵B。
204、对参考信号矩阵进行第一数据处理得到平均参考信号矩阵。
需要说明的是，由于每一个子载波分别承载相同的参考信号，在分离时，
Figure 913707DEST_PATH_IMAGE027
个子载波会对应分离出
Figure 129924DEST_PATH_IMAGE027
个参考信号，因此参考信号矩阵A中的每一行分别代表一个参考信号，因此参考信号矩阵A中具有
Figure 74747DEST_PATH_IMAGE027
个参考信号。为了进一步降低信号传输过程中带来的误差影响，本实施例在接收机解调信号时，增加了降噪处理，第一数据处理则为降噪操作处理，其是通过将参考信号矩阵A中
Figure 489547DEST_PATH_IMAGE027
个参考信号进行相加并取平均值，得到第一参考信号
Figure 494413DEST_PATH_IMAGE057
。为了使第一参考信号与信息信号矩阵更好的进行运算，通过
Figure 932347DEST_PATH_IMAGE058
来获得一个平均参考信号矩阵，其中
Figure 415281DEST_PATH_IMAGE059
是
Figure 950168DEST_PATH_IMAGE027
行
Figure 860355DEST_PATH_IMAGE040
列的矩阵，I是一个
Figure 844973DEST_PATH_IMAGE027
行
Figure 69281DEST_PATH_IMAGE028
列的单位矩阵，
Figure 458674DEST_PATH_IMAGE060
表示克罗内克积。
在本实施例中，通过在接收机中加入降噪处理进一步改善了系统误码率的性能。
205、将平均参考信号矩阵与信息信号矩阵进行哈达码乘积操作，得到信息解调矩阵。
需要说明的是，通过公式
Figure 805341DEST_PATH_IMAGE061
得到信息解调矩阵
Figure 280185DEST_PATH_IMAGE062
，其中，解调矩阵
Figure 104922DEST_PATH_IMAGE062
是一个
Figure 286504DEST_PATH_IMAGE027
行
Figure 804073DEST_PATH_IMAGE040
列的矩阵，
Figure 703896DEST_PATH_IMAGE063
代表哈达玛积。
206、对信息解调矩阵进行解调，得到载波索引比特、时间索引比特、调制比特。
需要说明的是，将信息解调矩阵
Figure 332324DEST_PATH_IMAGE062
输入解调器中，解调器用于对信息解调矩阵
Figure 430730DEST_PATH_IMAGE062
进行解调得到载波索引比特、时间索引比特、调制比特。
具体的解调操作包括以下子步骤：
C1、将信息解调矩阵中的每一行的元素分成
Figure 56883DEST_PATH_IMAGE028
个分块，将
Figure 509249DEST_PATH_IMAGE028
个分块内的R个元素进行相加后，构成判决矩阵；
需要说明的是，每个分块内有R个元素，将R个元素相加之后的元素值作为分块的元素值，从而在C1中，将
Figure 675788DEST_PATH_IMAGE027
行
Figure 831963DEST_PATH_IMAGE040
列的解调矩阵
Figure 691334DEST_PATH_IMAGE062
构成了一个
Figure 362487DEST_PATH_IMAGE027
行
Figure 598296DEST_PATH_IMAGE028
列的判决矩阵。
C2、对判决矩阵进行第二数据处理，得到载波索引比特。
需要说明的是，C2具体为：将判决矩阵中的每一行的元素取绝对值后并相加，得到
Figure 671294DEST_PATH_IMAGE027
个第一决策变量；从
Figure 639250DEST_PATH_IMAGE027
个第一决策变量中确定最小第一决策变量对应的行数，并将行数减1得到携带载波索引比特的元素的位置；根据携带载波索引比特的元素确定载波索引比特。具体地，将判决矩阵中携带载波索引比特的元素值从十进制转换为二进制，即得到载波索引比特。
C3、对判决矩阵进行第三数据处理，得到时间索引比特。
需要说明的是，C3具体为将判决矩阵中的每一列的元素取绝对值并相加，得到
Figure 797699DEST_PATH_IMAGE028
个第二决策变量；从
Figure 306041DEST_PATH_IMAGE028
个第二决策变量确定最小第二决策变量对应的列数，并将列数减1得到携带时间索引比特的元素的位置；根据携带时间索引比特的元素确定时间索引比特。具体地，将判决矩阵中携带时间索引比特的元素值从十进制转换为二进制，即得到时间索引比特。
C4、根据除了载波索引比特和时间索引比特以外的所有比特确定调制比特。
在本实施例中，将信息信号矩阵
Figure 436808DEST_PATH_IMAGE062
的每一行按照长度R分成
Figure 658490DEST_PATH_IMAGE028
个部分，将这每一部分的R个元素相加并存储在判决矩阵
Figure 304235DEST_PATH_IMAGE064
中（
Figure 553951DEST_PATH_IMAGE064
是一个
Figure 601541DEST_PATH_IMAGE027
行
Figure 973617DEST_PATH_IMAGE028
列的矩阵）。将判决矩阵
Figure 44341DEST_PATH_IMAGE064
的每一行的元素取绝对值并相加，得到
Figure 160064DEST_PATH_IMAGE027
个第一决策变量，比较
Figure 62161DEST_PATH_IMAGE027
个第一决策变量，确定
Figure 542821DEST_PATH_IMAGE027
个第一决策变量中的最小第一决策变量，根据最小第一决策变量所在位置对应的行数减1，并将行数减1对应的元素，从十进制转成二进制，就能得到相应的载波索引比特。可以理解的是，最小第一决策变量为第一决策变量中的最小值。
为了解调出时间索引波特，将判决矩阵
Figure 897579DEST_PATH_IMAGE064
的每一列的元素取绝对值并相加，得到
Figure 816994DEST_PATH_IMAGE028
个第二决策变量，确定
Figure 576527DEST_PATH_IMAGE028
个第二决策变量中的最小第二决策变量，将这个最小第二决策变量所在位置对应的列数减1，并将列数减1对应的元素，从十进制转换成二进制，就能够解调出对应的时间索引比特。
而对于调制比特，只需将判决矩阵
Figure 228088DEST_PATH_IMAGE064
中对应载波索引比特和时间索引比特的行和列去掉，然后根据剩下的元素的正负值进行变换就能解调出调制比特。即当对应的元素为正数时，调制比特为‘1’，当对应的元素为负数时，调制比特为‘0’。
以下将结合仿真试验结果，进一步说明本实施例所取得效果。
请参阅图8-图9，图8本发明实施例二与现有的通信方法在扩频因子
Figure 335721DEST_PATH_IMAGE003
下的误码率对比曲线图。图9为本发明实施例二与现有的通信方法在扩频因子
Figure 793247DEST_PATH_IMAGE004
下的误码率对比曲线图。
首先，本实施例设置扩频因子
Figure 342040DEST_PATH_IMAGE003
，多路径瑞利衰落信道的参数设置如下：路径数
Figure 492399DEST_PATH_IMAGE065
，具有相同的功率增益
Figure 821749DEST_PATH_IMAGE066
，路径延迟
Figure 755070DEST_PATH_IMAGE067
，
Figure 486266DEST_PATH_IMAGE068
，
Figure 807526DEST_PATH_IMAGE069
，参阅图9，高斯信道下，在误码率为
Figure 358593DEST_PATH_IMAGE070
的时候，本实施例对比现有的差分混沌相移键控系统来说，有6dB的性能增益。而在多径瑞利衰落信道下时，同样在误码率为
Figure 361184DEST_PATH_IMAGE070
时，是有5.5dB的性能增益。
由上述仿真结果可以得出，相比于现有的差分混沌相移键控系统，本实施例大大改善了差分混沌相移键控系统的误码率性能，达到了高数据速率传输的效果。
本实施例提供了一种差分混沌相移键控通信方法，包括：获取参考信号；获取信息比特，并分割信息比特得到载波索引比特、时间索引比特和调制比特；通过将所述载波索引比特映射至第一序列中的第一位置得到所述载波索引序列，将所述时间索引比特映射至第二序列中的第二位置得到所述时间索引序列，使用了载波和时隙两种资源作为索引去携带额外的信息比特，提高了系统的数据传输的效率；通过将载波索引序列、时间索引序列、调制比特和参考信号进行调制得到信息信号，在调制时，根据所述载波索引序列、所述时间索引序列生成第一信息矩阵；将所述第一信息矩阵的第
Figure 943956DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 170538DEST_PATH_IMAGE002
列均设置为0；
Figure 474481DEST_PATH_IMAGE001
为所述第一位置在所述载波索引序列中对应的列数；
Figure 15183DEST_PATH_IMAGE002
为所述第二位置在所述时间索引序列中对应的列数；根据所述调制比特调制所述第一信息矩阵中第三位置的元素，得到第二信息矩阵；所述第三位置是所述第一信息矩阵中除第
Figure 455392DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 118455DEST_PATH_IMAGE002
列以外的所有位置；将所述第二信息矩阵与所述参考信号相乘得到所述信息信号；并将所述信息信号和所述参考信号发送至接收机，使得多种信息比特共用一个参考信号解决现有的差分混沌相移键控系统使用一半的比特传输时间和能量去传输参考信号的问题，提高了系统的能量效率、频谱效率和数据传输效率，并且通过在接收机中加入降噪操作进一步改善了误码性能。
本发明实施例三还提供的一种差分相移键控通信系统，系统包括发射机和接收机，发射机包括：
混沌信号发生器，用于生成参考信号；
获取模块，用于获取参考信号；
比特分割器，用于获取信息比特，并分割信息比特得到载波索引比特、时间索引比特和调制比特；
索引选择器，用于将载波索引比特映射至第一序列中的第一位置得到载波索引序列；并用于将时间索引比特映射至第二序列中的第二位置得到时间索引序列；
调制器，用于根据载波索引序列、时间索引序列生成第一信息矩阵，并用于将第一信息矩阵的第
Figure 581797DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 988508DEST_PATH_IMAGE002
列均设置为0；
Figure 548802DEST_PATH_IMAGE001
为第一位置在载波索引序列中对应的列数；
Figure 54870DEST_PATH_IMAGE002
为第二位置在时间索引序列中对应的列数，并用于根据调制比特调制第一信息矩阵中第三位置的元素，得到第二信息矩阵；第三位置是第一信息矩阵中除第
Figure 333404DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 281156DEST_PATH_IMAGE002
列以外的所有位置，并用于将第二信息矩阵与参考信号相乘得到信息信号；
发送模块，用于将信息信号和参考信号发送至接收机中。
进一步地，发送模块还包括脉冲整形模块和第一发送子单元；
脉冲整形模块，用于将信息信号和参考信号进行脉冲整形并叠加后得到传输信号；
第一发送子单元，用于采用子载波将传输信号发送至接收机中。
进一步地，接收机用于对接收到的传输信号进行解调得到信息比特。
进一步地，接收机包括匹配滤波器、第一运算模块、第二运算模块、解调器；
匹配滤波器用于对传输信号进行分离，得到参考信号矩阵和信息信号矩阵；
第一运算模块，用于对参考信号矩阵进行第一数据处理得到平均参考信号矩阵；
第二运算模块，用于将平均参考信号矩阵与信息信号矩阵进行哈达码乘积操作，得到信息解调矩阵；
解调器，用于对信息解调矩阵进行解调，得到载波索引比特、时间索引比特、调制比特。
进一步地，第一运算模块包括第一运算子单元和第二运算子单元。
第一运算子单元，用于将所述参考信号矩阵中的每一个参考信号进行相加后取平均值，得到第一参考信号；
第二运算子单元，用于将所述第一参考信号与单位矩阵进行克罗内克乘积操作，得到平均参考信号矩阵。
进一步，解调器包括构建模块、第二数据处理模块、第三数据处理模块、确定模块；
构建模块用于将信息解调矩阵中的每一行的元素分成若干个分块，将若干个分块内的所有元素进行相加后，构成判决矩阵；
第二数据处理模块，用于对判决矩阵进行第二数据处理，得到载波索引比特；
第三数据处理模块，用于对判决矩阵进行第三数据处理，得到时间索引比特。
确定模块，用于根据除了载波索引比特和时间索引比特以外的所有比特确定调制比特。
第二数据处理模块，包括第一相加子单元、第一确定子单元、第二确定子单元。
第一相加子单元，用于将判决矩阵中的每一行的元素取绝对值后并相加，得到若干个第一决策变量；
第一确定子单元，用于从若干个第一决策变量中确定最小第一决策变量对应的行数，并将行数减1得到携带载波索引比特的元素的位置；
第二确定子单元，用于根据携带载波索引比特的元素确定载波索引比特。
进一步地，第三数据处理模块，包括第二相加子单元、第三确定子单元、第四确定子单元；
第二相加子单元，用于将判决矩阵中的每一列的元素取绝对值并相加，得到若干个第二决策变量；
第三确定子单元，用于从若干个第二决策变量确定最小第二决策变量对应的列数，并将列数减1得到携带时间索引比特的元素的位置；
第四确定子单元，用于根据携带时间索引比特的元素确定时间索引比特。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种差分混沌相移键控通信方法，其特征在于，所述方法包括：
获取参考信号；
获取信息比特，并分割所述信息比特得到载波索引比特、时间索引比特和调制比特；
将所述载波索引比特映射至第一序列中的第一位置得到载波索引序列；
将所述时间索引比特映射至第二序列中的第二位置得到时间索引序列；
根据所述载波索引序列、所述时间索引序列生成第一信息矩阵；
将所述第一信息矩阵的第
Figure 436419DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 577550DEST_PATH_IMAGE002
列均设置为0；
Figure 200161DEST_PATH_IMAGE001
为所述第一位置在所述载波索引序列中对应的列数；
Figure 34125DEST_PATH_IMAGE002
为所述第二位置在所述时间索引序列中对应的列数；
根据所述调制比特调制所述第一信息矩阵中第三位置的元素，得到第二信息矩阵；所述第三位置是所述第一信息矩阵中除第
Figure 109397DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 113607DEST_PATH_IMAGE002
列以外的所有位置；
将所述第二信息矩阵与所述参考信号相乘得到信息信号；
将所述信息信号和所述参考信号发送至接收机。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述信息信号和所述参考信号发送至接收机包括：
将所述信息信号和所述参考信号进行脉冲整形得到传输信号；
采用子载波将所述传输信号发送至所述接收机。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用子载波将所述传输信号发送至所述接收机之后，当所述接收机接收到所述传输信号时，所述方法还包括：
对所述传输信号进行分离，得到参考信号矩阵和信息信号矩阵；
对所述参考信号矩阵进行第一数据处理得到平均参考信号矩阵；
将所述平均参考信号矩阵与所述信息信号矩阵进行哈达码乘积操作，得到信息解调矩阵；
对所述信息解调矩阵进行解调，得到所述载波索引比特、所述时间索引比特、所述调制比特。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述参考信号矩阵的每一行分别代表一个参考信号，所述对所述参考信号矩阵进行第一数据处理得到平均参考信号矩阵包括：
将所述参考信号矩阵中的每一个参考信号进行相加后取平均值，得到第一参考信号；
将所述第一参考信号与单位矩阵进行克罗内克乘积操作，得到平均参考信号矩阵。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述信息解调矩阵进行解调，得到所述载波索引比特、所述时间索引比特、所述调制比特包括：
将所述信息解调矩阵中的每一行的元素分成若干个分块，将若干个所述分块内的所有元素进行相加后，构成判决矩阵；
对所述判决矩阵进行第二数据处理，得到所述载波索引比特；
对所述判决矩阵进行第三数据处理，得到所述时间索引比特；
根据除了所述载波索引比特和所述时间索引比特以外的所有比特确定所述调制比特。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对所述判决矩阵进行第二数据处理，得到所述载波索引比特包括：
将所述判决矩阵中的每一行的元素取绝对值后并相加，得到若干个第一决策变量；
从所述若干个第一决策变量中确定最小第一决策变量对应的行数，并将行数减1得到携带所述载波索引比特的元素的位置；
根据所述携带所述载波索引比特的元素确定所述载波索引比特。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对所述判决矩阵进行第三数据处理，得到所述时间索引比特包括：
将所述判决矩阵中的每一列的元素取绝对值并相加，得到若干个第二决策变量；
从所述若干个第二决策变量确定最小第二决策变量对应的列数，并将列数减1得到携带时间索引比特的元素的位置；
根据所述携带时间索引比特的元素确定所述时间索引比特。
8.一种差分混沌相移键控系统，其特征在于，所述系统包括发射机和接收机，所述发射机包括：
混沌信号发生器，用于生成参考信号；
获取模块，用于获取参考信号；
比特分割器，用于获取信息比特，并分割所述信息比特得到载波索引比特、时间索引比特和调制比特；
索引选择器，用于将所述载波索引比特映射至第一序列中的第一位置得到载波索引序列；并用于将所述时间索引比特映射至第二序列中的第二位置得到时间索引序列；
调制器，用于根据所述载波索引序列、所述时间索引序列生成第一信息矩阵，并用于将所述第一信息矩阵的第
Figure 466091DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 533273DEST_PATH_IMAGE002
列均设置为0；
Figure 95841DEST_PATH_IMAGE001
为所述第一位置在所述载波索引序列中对应的列数；
Figure 641092DEST_PATH_IMAGE002
为所述第二位置在所述时间索引序列中对应的列数，并用于根据所述调制比特调制所述第一信息矩阵中第三位置的元素，得到第二信息矩阵；所述第三位置是所述第一信息矩阵中除第
Figure 241225DEST_PATH_IMAGE001
行和第
Figure 416992DEST_PATH_IMAGE002
列以外的所有位置，并用于将所述第二信息矩阵与所述参考信号相乘得到信息信号；
发送模块，用于将所述信息信号和所述参考信号发送至所述接收机中。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述发送模块还包括脉冲整形模块和第一发送子单元；
所述脉冲整形模块，用于将所述信息信号和所述参考信号进行脉冲整形并叠加后得到传输信号；
所述第一发送子单元，用于采用子载波将所述传输信号发送至接收机中。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述接收机包括匹配滤波器、第一运算模块、第二运算模块、解调器；
所述匹配滤波器，用于对所述传输信号进行分离，得到参考信号矩阵和信息信号矩阵；
所述第一运算模块，用于对所述参考信号矩阵进行第一数据处理得到平均参考信号矩阵；
所述第二运算模块，用于将所述平均参考信号矩阵与所述信息信号矩阵进行哈达码乘积操作，得到信息解调矩阵；
所述解调器，用于对所述信息解调矩阵进行解调，得到所述载波索引比特、所述时间索引比特、所述调制比特。
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