JP4765065B2 - Chaotic coded modulation demodulation method - Google Patents

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Description

本発明は、送信側と受信側との間で符号化変調により情報の伝送を行う符号化変調復調方法に関するものであり、特に、デジタル通信において通信路における雑音により受信信号が劣化した場合においても高品質な伝送を行うことができ、且つ他者からは容易に復号を行うことができないカオス符号化変調復調方法に関するものである。     The present invention relates to a coded modulation demodulation method in which information is transmitted by coded modulation between a transmission side and a reception side, and in particular, even when a received signal deteriorates due to noise in a communication channel in digital communication. The present invention relates to a chaotic coded modulation / demodulation method that can perform high-quality transmission and cannot be easily decoded by others.

移動無線通信や無線LANなどの分野では近年のマルチメディア通信の普及により、ますますの高速化、高効率化の需要が高まっている。しかし、移動通信などではマルチパスにより符号間干渉が発生し、伝搬路環境が頻繁に変化するため、劣悪な環境における高品質通信の確立が必要である。一方、近年では無線通信端末を用いた電子商取引のシステムなども徐々に普及してきており、通信におけるセキュリティーの確保、秘匿性の高い通信の実現が非常に重要なものになっている。   In the fields of mobile wireless communication and wireless LAN, the demand for higher speed and higher efficiency is increasing due to the recent spread of multimedia communication. However, in mobile communication or the like, intersymbol interference occurs due to multipath, and the propagation path environment frequently changes, so it is necessary to establish high-quality communication in a poor environment. On the other hand, in recent years, electronic commerce systems using wireless communication terminals are gradually spreading, and ensuring security in communication and realizing highly confidential communication are very important.

ところで、従来より通信路符号化技術の分野において、より劣悪な環境において高品質な通信を実現するために、変調方式や符号化技術の改良が行われている。その中でもターボ符号はシャノン限界に迫る高品質伝送を実現する手法である。これは符号の並列連接接続にインターリーバを介し、さらに繰り返し復号を行うことで誤り訂正能力を飛躍的に向上させたものである。また、暗号化技術の分野においても、従来から優れた特性を示す方法が多数提案されている(特許文献1参照。)。さらに、本発明者によりカオス方程式を用いたブロック符号化変調方式が提案されている(非特許文献1参照。)。   By the way, in the field of channel coding technology, in order to realize high-quality communication in a worse environment, modulation methods and coding technologies have been improved. Among them, the turbo code is a technique for realizing high quality transmission approaching the Shannon limit. In this method, error correction capability is greatly improved by performing iterative decoding via interleaver for parallel connection of codes. In the field of encryption technology, a number of methods that exhibit excellent characteristics have been proposed (see Patent Document 1). Furthermore, the present inventor has proposed a block coded modulation method using a chaotic equation (see Non-Patent Document 1).

特開2001−326631号公報JP 2001-326631 A 岡本英二,”カオス方程式を用いた符号化変調方式の一検討,”信学技法,RCS2001−307,pp.159−164,Mar.2002Eiji Okamoto, “A Study on Coded Modulation Using Chaotic Equations,” Shingaku Techniques, RCS2001-307, pp. 159-164, Mar. 2002

しかしながら、上述したターボ符号では比較的大きいサイズのインターリーバと繰り返し演算が必要なため、逐次的に復号結果を取り出すことができないという問題がある。一方、従来の暗号化技術は符号化とは別の概念で用いられており、高品質な伝送を行うための符号化技術と、秘匿性を高めるための暗号化技術とは別々に処理されていたため、計算規模が増大していたという問題がある。   However, since the turbo code described above requires a relatively large interleaver and iterative calculation, there is a problem that the decoding result cannot be extracted sequentially. On the other hand, the conventional encryption technology is used in a concept different from encoding, and the encoding technology for high-quality transmission and the encryption technology for enhancing confidentiality are processed separately. Therefore, there is a problem that the calculation scale has increased.

解決しようとする課題は、低受信信号品質でも比較的良好な伝送誤り率特性が得られ、かつ逐次復号が可能であり、さらに通信信号系列が雑音に近く、他者が通信内容を容易に解読できない秘匿性に優れたカオス符号化変調方式を提供することである。   The problem to be solved is that relatively good transmission error rate characteristics can be obtained even with low received signal quality, and that sequential decoding is possible, and that the communication signal sequence is close to noise, so that others can easily decode the communication contents. It is to provide a chaotic coded modulation system that is incapable of being concealed.

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果を付記しつつ説明する。   Hereinafter, each means suitable for solving the above-described problems will be described with additional effects as necessary.

1.送信側と受信側との間で符号化変調により情報の伝送を行う符号化変調復調方法であって、
前記送信側は、
伝送情報ビット列をカオス生成器に入力して符号化信号系列を生成し、符号化変調方式のカオス伝送信号系列として前記受信側へ伝送するカオス伝送信号系列生成ステップを備え、
前記受信側は、
推定送信系列を生成する推定送信系列生成ステップと、
前記推定送信系列を入力として前記送信側の前記カオス伝送信号系列生成ステップと同一の処理により推定伝送信号系列を生成する推定伝送信号系列生成ステップと、
前記送信側より受信した受信信号系列と前記推定伝送信号系列との誤差を計算し、その最小誤差を与える推定送信系列を前記受信信号系列の復号結果として出力する復号ステップと
を備え
前記送信側における前記カオス伝送信号系列生成ステップは、
前記伝送情報ビット列と帰還されたカオス系列とを入力として所定の入力側演算を施すことにより入力信号系列を生成する入力側演算ステップと、
前記入力信号系列を入力として前記カオス生成器によりカオス系列を生成するカオス系列生成ステップと、
前記カオス系列を入力として所定の出力側演算を施すことにより前記カオス伝送信号系列を生成する出力側演算ステップと
を備え、
前記受信側における前記推定伝送信号系列生成ステップは、
前記推定送信系列と帰還された推定カオス系列とを入力として前記送信側と同一の入力側演算を施すことにより推定入力信号系列を生成する入力側演算ステップと、
前記推定入力信号系列を入力として前記送信側と同一のカオス生成器により推定カオス系列を生成する推定カオス系列生成ステップと、
前記推定カオス系列を入力として前記送信側と同一の出力側演算を施すことにより推定伝送信号系列を生成する出力側演算ステップと
を備えたことを特徴とするカオス符号化変調復調方法。
手段1によれば、送信側において、カオス伝送信号系列生成ステップが伝送情報ビット列をカオス生成器に入力して符号化信号系列を生成し、符号化変調方式のカオス伝送信号系列として受信側へ伝送すると、受信側において、推定送信系列生成ステップが推定送信系列を生成し、推定伝送信号系列生成ステップが推定送信系列を入力として送信側のカオス伝送信号系列生成ステップと同一の処理により推定伝送信号系列を生成し、復号ステップが送信側より受信した受信信号系列と推定伝送信号系列との誤差を計算し、その最小誤差を与える推定送信系列を受信信号系列の復号結果として出力する。従って、カオス系列を用いたアナログ符号化、つまり信号波形による符号化を行うことにより、良好な伝送特性と伝送の秘匿性とを両立することができる。すなわち、低受信信号品質でも比較的良好な伝送誤り率特性が得られ、かつ逐次復号が可能である。さらに通信信号系列がカオスによってランダムに変動するため雑音に近く、他者が通信内容を容易に解読できない秘匿性に優れた情報の伝送を行うことができる。つまり、カオス系列を用いることにより伝送信号が疑似雑音的に変化するため信号自体では伝送情報が明確ではなく、かつ送信側及び受信側で用いるカオス伝送信号系列生成ステップにおけるパラメータを全て把握しなければ、カオス系列の無相関性から他者が復号を行うことがほぼ不可能であることから伝送の秘匿性が実現されている。尚、カオス生成器の種類は何を用いてもよく、複数の系統を混在させてもよい。符号化過程の演算の自由度も高く、符号化率の設定も自由である。
特に、送信側において、入力側演算ステップが伝送情報ビット列と帰還されたカオス系列とを入力として所定の入力側演算を施すことにより入力信号系列を生成し、カオス系列生成ステップが入力信号系列を入力としてカオス生成器によりカオス系列を生成し、出力側演算ステップが、カオス系列を入力として所定の出力側演算を施すことによりカオス伝送信号系列を生成する。一方、受信側において、推定送信系列生成ステップが推定送信系列を生成し、入力側演算ステップは推定送信系列と帰還された推定カオス系列とを入力として送信側と同一の入力側演算を施すことにより推定入力信号系列を生成し、推定カオス系列生成ステップは推定入力信号系列を入力として送信側と同一のカオス生成器により推定カオス系列を生成し、出力側演算ステップは推定カオス系列を入力として送信側と同一の出力側演算を施すことにより推定伝送信号系列を生成し、復号ステップは送信側より受信した受信信号系列と推定伝送信号系列との誤差を計算し、その最小誤差を与える推定送信系列を受信信号系列の復号結果として出力する。尚、入力側演算としては、カオス生成器の収束範囲内の演算であればどのような演算を用いてもよく、出力側演算としては、例えば、最大振幅等を制限する演算を用いてもよい。
1. A coded modulation demodulation method for transmitting information by coded modulation between a transmitting side and a receiving side,
The sender side
A transmission information bit sequence is input to a chaos generator to generate a coded signal sequence, and a chaos transmission signal sequence generation step for transmitting to the reception side as a chaos transmission signal sequence of a coded modulation scheme is provided,
The receiving side
An estimated transmission sequence generating step for generating an estimated transmission sequence;
An estimated transmission signal sequence generating step for generating an estimated transmission signal sequence by the same processing as the chaotic transmission signal sequence generating step on the transmission side with the estimated transmission sequence as an input;
A decoding step of calculating an error between the received signal sequence received from the transmitting side and the estimated transmission signal sequence, and outputting an estimated transmission sequence that gives the minimum error as a decoding result of the received signal sequence , and
The chaotic transmission signal sequence generation step on the transmission side includes:
An input-side operation step of generating an input signal sequence by performing a predetermined input-side operation with the transmission information bit string and the fed back chaotic sequence as inputs; and
A chaos sequence generation step of generating a chaos sequence by the chaos generator with the input signal sequence as an input; and
An output side computation step for generating the chaotic transmission signal sequence by performing a predetermined output side computation with the chaos sequence as an input; and
With
The estimated transmission signal sequence generation step on the receiving side includes:
An input side calculation step of generating an estimated input signal sequence by performing the same input side calculation as the transmission side with the estimated transmission sequence and the feedback estimated chaotic sequence as inputs,
An estimated chaos sequence generating step for generating an estimated chaos sequence by the same chaos generator as the transmission side with the estimated input signal sequence as an input;
A chaotic coded modulation / demodulation method comprising: an output-side operation step of generating an estimated transmission signal sequence by performing the same output-side operation as that of the transmitting side with the estimated chaotic sequence as an input .
According to the means 1, in the transmission side, the chaos transmission signal sequence generation step inputs the transmission information bit string to the chaos generator to generate the encoded signal sequence, and transmits it to the reception side as the chaotic transmission signal sequence of the coded modulation scheme. Then, on the receiving side, the estimated transmission sequence generation step generates an estimated transmission sequence, and the estimated transmission signal sequence generation step receives the estimated transmission sequence as an input and performs the same processing as the transmission side chaotic transmission signal sequence generation step. The decoding step calculates an error between the received signal sequence received from the transmitting side and the estimated transmission signal sequence, and outputs an estimated transmission sequence that gives the minimum error as a decoding result of the received signal sequence. Therefore, by performing analog coding using a chaotic sequence, that is, coding by a signal waveform, it is possible to achieve both good transmission characteristics and transmission confidentiality. That is, relatively good transmission error rate characteristics can be obtained even with low received signal quality, and sequential decoding is possible. Furthermore, since the communication signal sequence varies randomly due to chaos, it is close to noise, and it is possible to transmit information with excellent confidentiality that cannot be easily decoded by other people. In other words, because the transmission signal changes in a pseudo-noise manner by using a chaotic sequence, the transmission information is not clear in the signal itself, and all parameters in the chaotic transmission signal sequence generation step used on the transmission side and the reception side must be grasped. The secrecy of the transmission is realized because it is almost impossible for others to decode due to the uncorrelatedness of the chaotic sequence. Any type of chaos generator may be used, and a plurality of systems may be mixed. The degree of freedom of calculation in the encoding process is high, and the encoding rate can be set freely.
In particular, on the transmission side, the input side computation step generates the input signal sequence by performing a predetermined input side computation with the transmission information bit string and the fed back chaotic sequence as inputs, and the chaos sequence generation step inputs the input signal sequence. A chaos sequence is generated by a chaos generator, and an output side calculation step generates a chaos transmission signal sequence by performing a predetermined output side calculation with the chaos sequence as an input. On the other hand, on the receiving side, the estimated transmission sequence generation step generates an estimated transmission sequence, and the input side calculation step performs the same input side calculation as the transmission side with the estimated transmission sequence and the feedback estimated chaotic sequence as inputs. An estimated input signal sequence is generated, an estimated chaos sequence generation step receives the estimated input signal sequence as an input, generates an estimated chaos sequence by the same chaos generator as the transmission side, and an output side calculation step receives the estimated chaos sequence as an input side. The estimated transmission signal sequence is generated by performing the same output side calculation as in step (b), and the decoding step calculates the error between the received signal sequence received from the transmission side and the estimated transmission signal sequence, and calculates the estimated transmission sequence that gives the minimum error. Output as a decoding result of the received signal sequence. As the input side calculation, any calculation may be used as long as it is within the convergence range of the chaos generator, and as the output side calculation, for example, a calculation that limits the maximum amplitude or the like may be used. .

2.前記所定の入力側演算fは、数式f(k,s (k−1))=s (k−1)で表される(但し、s はカオス生成器への入力信号系列を表し、k=0,1,…である。)ことを特徴とする手段1に記載のカオス符号化変調復調方法。
手段2によれば、送信側において、入力側演算ステップが伝送情報ビット列と帰還されたカオス系列とを入力としてカオス生成器の収束範囲内の演算である入力側演算fを施すことにより入力信号系列を生成し、カオス系列生成ステップが入力信号系列を入力としてカオス生成器によりカオス系列を生成し、出力側演算ステップが、カオス系列を入力として所定の出力側演算を施すことによりカオス伝送信号系列を生成する。一方、受信側において、推定送信系列生成ステップが推定送信系列を生成し、入力側演算ステップは推定送信系列と帰還された推定カオス系列とを入力として送信側と同一の入力側演算fを施すことにより推定入力信号系列を生成し、推定カオス系列生成ステップは推定入力信号系列を入力として送信側と同一のカオス生成器により推定カオス系列を生成し、出力側演算ステップは推定カオス系列を入力として送信側と同一の出力側演算を施すことにより推定伝送信号系列を生成し、復号ステップは送信側より受信した受信信号系列と推定伝送信号系列との誤差を計算し、その最小誤差を与える推定送信系列を受信信号系列の復号結果として出力する。
2. The predetermined input-side operation f is expressed by the formula f (k, s 1 (k−1)) = s 1 (k−1) (where s 1 represents an input signal sequence to the chaos generator). , K = 0, 1,... The chaos coded modulation / demodulation method according to means 1, characterized in that:
According to the means 2, on the transmission side, an input signal sequence is obtained by performing an input side operation f which is an operation within the convergence range of the chaos generator, with the input side operation step taking the transmission information bit string and the fed back chaotic sequence as inputs. The chaotic sequence generation step generates the chaotic sequence by the chaotic generator with the input signal sequence as the input, and the output side arithmetic step performs the predetermined output side arithmetic with the chaotic sequence as the input to generate the chaotic transmission signal sequence. Generate. On the other hand, on the receiving side, the estimated transmission sequence generation step generates an estimated transmission sequence, and the input side calculation step performs the same input side calculation f as that of the transmission side with the estimated transmission sequence and the feedback estimated chaotic sequence as inputs. To generate an estimated input signal sequence, the estimated chaos sequence generation step receives the estimated input signal sequence as an input, generates an estimated chaos sequence by the same chaos generator as the transmission side, and the output side computation step transmits the estimated chaos sequence as an input The estimated transmission signal sequence is generated by performing the same output side calculation as the transmission side, and the decoding step calculates the error between the received signal sequence received from the transmission side and the estimated transmission signal sequence, and gives the estimated transmission sequence that gives the minimum error Is output as a decoding result of the received signal sequence.

3.前記所定の出力側演算hは、以下の数式で表されることを特徴とする手段2に記載のカオス符号化変調復調方法。
但し、bはディジタルの伝送情報ビット列{0,1}を表し、n,k=0,1,…である。
手段3によれば、送信側において、入力側演算ステップが伝送情報ビット列と帰還されたカオス系列とを入力としてカオス生成器の収束範囲内の演算である入力側演算fを施すことにより入力信号系列を生成し、カオス系列生成ステップが入力信号系列を入力としてカオス生成器によりカオス系列を生成し、出力側演算ステップが、カオス系列を入力として出力側演算hを施すことによりカオス伝送信号系列を生成する。一方、受信側において、推定送信系列生成ステップが推定送信系列を生成し、入力側演算ステップは推定送信系列と帰還された推定カオス系列とを入力として送信側と同一の入力側演算fを施すことにより推定入力信号系列を生成し、推定カオス系列生成ステップは推定入力信号系列を入力として送信側と同一のカオス生成器により推定カオス系列を生成し、出力側演算ステップは推定カオス系列を入力として送信側と同一の出力側演算hを施すことにより推定伝送信号系列を生成し、復号ステップは送信側より受信した受信信号系列と推定伝送信号系列との誤差を計算し、その最小誤差を与える推定送信系列を受信信号系列の復号結果として出力する。尚、出力信号はb(n)の違いにより3以上のユークリッド距離を有する。
3. 3. The chaotic coded modulation / demodulation method according to claim 2, wherein the predetermined output side operation h is expressed by the following mathematical formula .
However, b represents a digital transmission information bit string {0, 1}, where n, k = 0, 1,.
According to the means 3, on the transmission side, an input signal sequence is obtained by performing an input-side operation f that is an operation within the convergence range of the chaos generator, with the input-side operation step as an input of the transmission information bit string and the fed back chaotic sequence. The chaos sequence generation step generates a chaos sequence by the chaos generator with the input signal sequence as input, and the output side operation step generates the chaos transmission signal sequence by performing the output side operation h with the chaos sequence as input. To do. On the other hand, on the receiving side, the estimated transmission sequence generation step generates an estimated transmission sequence, and the input side calculation step performs the same input side calculation f as that of the transmission side with the estimated transmission sequence and the feedback estimated chaotic sequence as inputs. To generate an estimated input signal sequence, the estimated chaos sequence generation step receives the estimated input signal sequence as an input, generates an estimated chaos sequence by the same chaos generator as the transmission side, and the output side computation step transmits the estimated chaos sequence as an input The estimated transmission signal sequence is generated by performing the same output side calculation h as the transmission side, and the decoding step calculates the error between the received signal sequence received from the transmission side and the estimated transmission signal sequence, and the estimated transmission giving the minimum error The sequence is output as a decoding result of the received signal sequence. The output signal has a Euclidean distance of 3 or more due to the difference of b (n).

4.前記s (k)は、以下の数式で表されることを特徴とする手段に記載のカオス符号化変調復調方法。
手段4において、s (k)は、円環状カオスの生成式により導かれる。
4). The chaotic coded modulation / demodulation method according to claim 3 , wherein s 2 (k) is expressed by the following mathematical formula .
Oite the means 4, s 2 (k) is derived by generation equation annular chaos.

5.前記カオス生成器は、円環状カオスの生成方程式を用いて、初期値をx 0 =Re[s i (k)],y 0 =Im[s i (k)]とし、以下の数式で表わされるものとしたことを特徴とする手段2乃至4のいずれかに記載のカオス符号化変調復調方法。
1(k)=x20+jy20
手段5によれば、上記s 1 (k)の式より、xl+1とyl+1の式が1出力ごとに20回繰り返されることになる。なお、出力される伝送信号は振幅と位相が変化するカオス変調信号(chaos shift keying:CSK)となる。
5. The chaos generator uses an annular chaos generation equation, the initial values are x 0 = Re [s i (k)], y 0 = Im [s i (k)], and are expressed by the following equations. chaotic coded modulation demodulating method according to any one of means 2 to 4, characterized in that the stuff.
s 1 (k) = x 20 + ji 20
According to the means 5, the expression of xl + 1 and yl + 1 is repeated 20 times for each output from the expression of s 1 (k). The output transmission signal is a chaotic shift keying (CSK) whose amplitude and phase change.

6.前記所定の出力側演算hは、以下の数式で表されることを特徴とする手段に記載のカオス符号化変調復調方法。
但し、bはディジタルの伝送情報ビット列{0,1}を表し、n,k=0,1,…である。
手段6によれば、送信側において、入力側演算ステップが伝送情報ビット列と帰還されたカオス系列とを入力としてカオス生成器の収束範囲内の演算である入力側演算fを施すことにより入力信号系列を生成し、カオス系列生成ステップが入力信号系列を入力としてカオス生成器によりカオス系列を生成し、出力側演算ステップが、カオス系列を入力として出力側演算hを施すことによりカオス伝送信号系列を生成する。一方、受信側において、推定送信系列生成ステップが推定送信系列を生成し、入力側演算ステップは推定送信系列と帰還された推定カオス系列とを入力として送信側と同一の入力側演算fを施すことにより推定入力信号系列を生成し、推定カオス系列生成ステップは推定入力信号系列を入力として送信側と同一のカオス生成器により推定カオス系列を生成し、出力側演算ステップは推定カオス系列を入力として送信側と同一の出力側演算hを施すことにより推定伝送信号系列を生成し、復号ステップは送信側より受信した受信信号系列と推定伝送信号系列との誤差を計算し、その最小誤差を与える推定送信系列を受信信号系列の復号結果として出力する。尚、変調信号は振幅1で位相のみ変動するカオス位相変調信号(chaos phase shift keying:CPSK)となる。
6). The chaotic coded modulation / demodulation method according to claim 2 , wherein the predetermined output-side operation h is expressed by the following equation .
However, b represents a digital transmission information bit string {0, 1}, where n, k = 0, 1,.
According to the means 6, on the transmission side, the input side operation step performs the input side operation f which is an operation within the convergence range of the chaos generator by using the transmission information bit string and the fed back chaotic sequence as inputs. The chaos sequence generation step generates a chaos sequence by the chaos generator with the input signal sequence as input, and the output side operation step generates the chaos transmission signal sequence by performing the output side operation h with the chaos sequence as input. To do. On the other hand, on the receiving side, the estimated transmission sequence generation step generates an estimated transmission sequence, and the input side calculation step performs the same input side calculation f as that of the transmission side with the estimated transmission sequence and the feedback estimated chaotic sequence as inputs. To generate an estimated input signal sequence, the estimated chaos sequence generation step receives the estimated input signal sequence as an input, generates an estimated chaos sequence by the same chaos generator as the transmission side, and the output side computation step transmits the estimated chaos sequence as an input The estimated transmission signal sequence is generated by performing the same output side calculation h as the transmission side, and the decoding step calculates the error between the received signal sequence received from the transmission side and the estimated transmission signal sequence, and the estimated transmission giving the minimum error The sequence is output as a decoding result of the received signal sequence. The modulation signal is a chaotic phase shift keying (CPSK) that varies only in phase with an amplitude of 1.

7.前記所定の出力側演算hは、以下の数式で表されることを特徴とする手段に記載のカオス符号化変調復調方法。
但し、bはディジタルの伝送情報ビット列{0,1}を表し、n,k=0,1,…である。
手段7によれば、送信側において、入力側演算ステップが伝送情報ビット列と帰還されたカオス系列とを入力としてカオス生成器の収束範囲内の演算である入力側演算fを施すことにより入力信号系列を生成し、カオス系列生成ステップが入力信号系列を入力としてカオス生成器によりカオス系列を生成し、出力側演算ステップが、カオス系列を入力として出力側演算hを施すことによりカオス伝送信号系列を生成する。一方、受信側において、推定送信系列生成ステップが推定送信系列を生成し、入力側演算ステップは推定送信系列と帰還された推定カオス系列とを入力として送信側と同一の入力側演算fを施すことにより推定入力信号系列を生成し、推定カオス系列生成ステップは推定入力信号系列を入力として送信側と同一のカオス生成器により推定カオス系列を生成し、出力側演算ステップは推定カオス系列を入力として送信側と同一の出力側演算hを施すことにより推定伝送信号系列を生成し、復号ステップは送信側より受信した受信信号系列と推定伝送信号系列との誤差を計算し、その最小誤差を与える推定送信系列を受信信号系列の復号結果として出力する。尚、畳込み符号のパリティにより伝送信号の振幅を変動させ、過去のb(n)の違いによってもユークリッド距離が伸びる。
7). The chaotic coded modulation / demodulation method according to claim 2 , wherein the predetermined output-side operation h is expressed by the following equation .
However, b represents a digital transmission information bit string {0, 1}, where n, k = 0, 1,.
According to the means 7, on the transmission side, the input side operation step performs the input side operation f which is an operation within the convergence range of the chaos generator by using the transmission information bit string and the fed back chaotic sequence as inputs. The chaos sequence generation step generates a chaos sequence by the chaos generator with the input signal sequence as input, and the output side operation step generates the chaos transmission signal sequence by performing the output side operation h with the chaos sequence as input. To do. On the other hand, on the receiving side, the estimated transmission sequence generation step generates an estimated transmission sequence, and the input side calculation step performs the same input side calculation f as that of the transmission side with the estimated transmission sequence and the feedback estimated chaotic sequence as inputs. To generate an estimated input signal sequence, the estimated chaos sequence generation step receives the estimated input signal sequence as an input, generates an estimated chaos sequence by the same chaos generator as the transmission side, and the output side computation step transmits the estimated chaos sequence as an input The estimated transmission signal sequence is generated by performing the same output side calculation h as the transmission side, and the decoding step calculates the error between the received signal sequence received from the transmission side and the estimated transmission signal sequence, and the estimated transmission giving the minimum error The sequence is output as a decoding result of the received signal sequence. Note that the amplitude of the transmission signal is changed by the parity of the convolutional code, and the Euclidean distance is extended by the difference in the past b (n).

8.前記出力側演算は、前記カオス系列から振幅、位相とも疑似雑音的に変化するカオス伝送信号系列を生成することを特徴とする手段1乃至7のいずれかに記載のカオス符号化変調復調方法。
手段8によれば、出力側演算は、カオス系列から振幅、位相とも疑似雑音的に変化するカオス伝送信号系列を生成するので、極めて秘匿性の高い情報の伝送を行うことができる。
8). 8. The chaotic coded modulation / demodulation method according to claim 1 , wherein the output side operation generates a chaotic transmission signal sequence in which both amplitude and phase change in a pseudo-noise manner from the chaotic sequence .
According to the means 8, since the output side operation generates a chaotic transmission signal sequence in which both amplitude and phase change in a pseudo-noise manner from the chaotic sequence, it is possible to transmit information with extremely high confidentiality.

9.前記出力側演算は、前記カオス系列から振幅又は位相のいずれか一方のみが変化するカオス伝送信号系列を生成することを特徴とする手段1乃至7のいずれかに記載のカオス符号化変調復調方法。
手段9によれば、出力側演算は、カオス系列から振幅又は位相のいずれか一方のみが変化するカオス伝送信号系列を生成するので、安価なデバイスを用いてカオス伝送信号系列を生成することができる。
9. 8. The chaotic coded modulation and demodulation method according to claim 1, wherein the output side operation generates a chaotic transmission signal sequence in which only one of amplitude or phase changes from the chaotic sequence .
According to the means 9, since the output side operation generates a chaotic transmission signal sequence in which only one of the amplitude and phase changes from the chaotic sequence, the chaotic transmission signal sequence can be generated using an inexpensive device. .

10.前記受信側における前記復号ステップは、所定の長さvl以上の各系列に対して、復号拘束長を1増加させる毎に前記推定伝送信号系列を1/2ずつ廃棄して前記誤差計算を行うことを特徴とする手段1乃至9のいずれかに記載のカオス符号化変調復調方法。
手段10によれば、所定の長さvl未満の系列に対しては全探査を行って誤差計算を行い、vl以上の各系列に対しては復号拘束長を1増加させる毎に推定伝送信号系列を1/2ずつ廃棄して誤差計算を行うので、計算系列数を常に2 vl 個に保つことができ、計算量の発散を防止しつつ復号拘束長を増加させて復号誤り率を低減することができる。
10. The decoding step on the receiving side performs the error calculation by discarding the estimated transmission signal sequence by ½ each time the decoding constraint length is increased by 1 for each sequence having a predetermined length vl or more. 10. A chaotic code modulation demodulation method according to any one of means 1 to 9 .
According to the means 10, an error is calculated by performing a full search for a sequence of less than a predetermined length vl, and an estimated transmission signal sequence for each sequence of vl or more is incremented by 1 each time. Since the error calculation is performed by discarding ½ each, the number of calculation sequences can always be kept at 2 vl , and the decoding constraint length is increased while the divergence of the calculation amount is prevented, thereby reducing the decoding error rate. Can do.

11.送信側と受信側との間で符号化変調により情報の伝送を行う符号化変調復調方法であって、
前記送信側は、
伝送情報ビット列をカオス生成器に入力して符号化信号系列を生成し、符号化変調方式のカオス伝送信号系列として前記受信側へ伝送するカオス伝送信号系列生成ステップを備え、
前記受信側は、
推定送信系列を生成する推定送信系列生成ステップと、
前記推定送信系列を入力として前記送信側の前記カオス伝送信号系列生成ステップと同一の処理により推定伝送信号系列を生成する推定伝送信号系列生成ステップと、
前記送信側より受信した受信信号系列と前記推定伝送信号系列との誤差を計算し、その最小誤差を与える推定送信系列を前記受信信号系列の復号結果として出力する復号ステップと
を備え、
前記受信側における前記復号ステップは、所定の長さvl以上の各系列に対して、復号拘束長を1増加させる毎に前記推定伝送信号系列を1/2ずつ廃棄して前記誤差計算を行うことを特徴とするカオス符号化変調復調方法。
手段11によれば、送信側において、カオス伝送信号系列生成ステップが伝送情報ビット列をカオス生成器に入力して符号化信号系列を生成し、符号化変調方式のカオス伝送信号系列として受信側へ伝送すると、受信側において、推定送信系列生成ステップが推定送信系列を生成し、推定伝送信号系列生成ステップが推定送信系列を入力として送信側のカオス伝送信号系列生成ステップと同一の処理により推定伝送信号系列を生成し、復号ステップが送信側より受信した受信信号系列と推定伝送信号系列との誤差を計算し、その最小誤差を与える推定送信系列を受信信号系列の復号結果として出力する。従って、カオス系列を用いたアナログ符号化、つまり信号波形による符号化を行うことにより、良好な伝送特性と伝送の秘匿性とを両立することができる。すなわち、低受信信号品質でも比較的良好な伝送誤り率特性が得られ、かつ逐次復号が可能である。さらに通信信号系列がカオスによってランダムに変動するため雑音に近く、他者が通信内容を容易に解読できない秘匿性に優れた情報の伝送を行うことができる。つまり、カオス系列を用いることにより伝送信号が疑似雑音的に変化するため信号自体では伝送情報が明確ではなく、かつ送信側及び受信側で用いるカオス伝送信号系列生成ステップにおけるパラメータを全て把握しなければ、カオス系列の無相関性から他者が復号を行うことがほぼ不可能であることから伝送の秘匿性が実現されている。尚、カオス生成器の種類は何を用いてもよく、複数の系統を混在させてもよい。符号化過程の演算の自由度も高く、符号化率の設定も自由である。
特に、所定の長さvl未満の系列に対しては全探査を行って誤差計算を行い、vl以上の各系列に対しては復号拘束長を1増加させる毎に推定伝送信号系列を1/2ずつ廃棄して誤差計算を行うので、計算系列数を常に2 vl 個に保つことができ、計算量の発散を防止しつつ復号拘束長を増加させて復号誤り率を低減することができる。
11. A coded modulation demodulation method for transmitting information by coded modulation between a transmitting side and a receiving side,
The sender side
A transmission information bit sequence is input to a chaos generator to generate a coded signal sequence, and a chaos transmission signal sequence generation step for transmitting to the reception side as a chaos transmission signal sequence of a coded modulation scheme is provided,
The receiving side
An estimated transmission sequence generating step for generating an estimated transmission sequence;
An estimated transmission signal sequence generating step for generating an estimated transmission signal sequence by the same processing as the chaotic transmission signal sequence generating step on the transmission side with the estimated transmission sequence as an input;
A decoding step of calculating an error between the received signal sequence received from the transmitting side and the estimated transmission signal sequence, and outputting an estimated transmission sequence giving the minimum error as a decoding result of the received signal sequence;
With
The decoding step on the receiving side performs the error calculation by discarding the estimated transmission signal sequence by ½ each time the decoding constraint length is increased by 1 for each sequence having a predetermined length vl or more. A chaotic coded modulation and demodulation method characterized by the above.
According to the means 11, on the transmission side, the chaos transmission signal sequence generation step inputs the transmission information bit string to the chaos generator to generate the encoded signal sequence, and transmits it to the reception side as the chaotic transmission signal sequence of the coded modulation scheme. Then, on the receiving side, the estimated transmission sequence generation step generates an estimated transmission sequence, and the estimated transmission signal sequence generation step receives the estimated transmission sequence as an input and performs the same processing as the transmission side chaotic transmission signal sequence generation step. The decoding step calculates an error between the received signal sequence received from the transmitting side and the estimated transmission signal sequence, and outputs an estimated transmission sequence that gives the minimum error as a decoding result of the received signal sequence. Therefore, by performing analog coding using a chaotic sequence, that is, coding by a signal waveform, it is possible to achieve both good transmission characteristics and transmission confidentiality. That is, relatively good transmission error rate characteristics can be obtained even with low received signal quality, and sequential decoding is possible. Furthermore, since the communication signal sequence varies randomly due to chaos, it is close to noise, and it is possible to transmit information with excellent confidentiality that cannot be easily decoded by other people. In other words, because the transmission signal changes in a pseudo-noise manner by using a chaotic sequence, the transmission information is not clear in the signal itself, and all parameters in the chaotic transmission signal sequence generation step used on the transmission side and the reception side must be grasped. The secrecy of the transmission is realized because it is almost impossible for others to decode due to the uncorrelatedness of the chaotic sequence. Any type of chaos generator may be used, and a plurality of systems may be mixed. The degree of freedom of calculation in the encoding process is high, and the encoding rate can be set freely.
In particular, a full search is performed for a sequence of less than a predetermined length vl to perform error calculation, and for each sequence of vl or more, the estimated transmission signal sequence is reduced by 1/2 each time the decoding constraint length is increased by 1. Since the error calculation is performed by discarding each one, the number of calculation sequences can always be kept at 2 vl , and the decoding error rate can be reduced by increasing the decoding constraint length while preventing the amount of calculation from diverging.

12.前記受信側における前記復号ステップは、復号拘束長を可変的に設定することを特徴とする手段1乃至11のいずれかに記載のカオス符号化変調復調方法。
手段12によれば、受信側における復号ステップが、復号拘束長を可変的に設定するので、復号拘束長の長さによって計算量とビット誤り率とのトレードオフを得て、受信側のみで復号ビット誤り率を所望に制御することができる。尚、復号拘束長とは、復号結果を得るために用いる信号系列の長さであり、本発明では、復号ステップにおいて誤差計算の対象となる受信信号系列又は推定伝送信号系列の長さを意味する。
13.前記受信側における前記復号ステップは、復号ビットの確からしさの尺度に基づいて前記復号拘束長を可変的に設定することを特徴とする手段12に記載のカオス符号化変調復調方法。
手段13によれば、受信側における復号ステップが、復号ビットの確からしさの尺度に基づいて復号拘束長を可変的に設定するので、復号ビットの確からしさが高いときは復号拘束長を短く設定して計算量を低減し、復号ビットの確からしさが低いときは復号拘束長を長く設定して探索範囲を広げて確からしさを向上させることができる。
14.前記受信側における前記復号ステップは、前記推定送信系列における復号ビットを0とした場合の前記受信信号系列との最小誤差d と、前記復号ビットを1とした場合の最小誤差d とを比較し、前記最小誤差d の方が小さい場合は前記復号ビットを1と復号し、前記最小誤差d の方が小さい場合は前記復号ビットを0と復号することを特徴とする手段1乃至13のいずれかに記載のカオス符号化変調復調方法。
手段14によれば、最小誤差d よりも最小誤差d の方が小さい場合は、0よりも1の方がより確からしい値であるため、復号ビットが1と復号され、最小誤差d よりも最小誤差d の方が小さい場合は、1よりも0の方がより確からしい値であるため、復号ビットが0と復号される。尚、最小誤差d と最小誤差d とが等しい場合、0と1とで確からしさの優劣がつかないため、復号ビットを任意の値(0又は1)に復号するようにしてもよい。
12 12. The chaotic coded modulation / demodulation method according to any one of means 1 to 11, wherein the decoding step on the receiving side variably sets a decoding constraint length .
According to the means 12, since the decoding step on the receiving side variably sets the decoding constraint length, a trade-off between the calculation amount and the bit error rate is obtained by the length of the decoding constraint length, and decoding is performed only on the receiving side. The bit error rate can be controlled as desired. The decoding constraint length is the length of a signal sequence used to obtain a decoding result. In the present invention, it means the length of a received signal sequence or an estimated transmission signal sequence that is an error calculation target in a decoding step. .
13. 13. The chaotic coded modulation and demodulation method according to claim 12 , wherein the decoding step on the receiving side variably sets the decoding constraint length based on a measure of the probability of decoding bits .
According to the means 13, since the decoding step at the receiving side variably sets the decoding constraint length based on a measure of the probability of the decoded bit, when the probability of the decoded bit is high, the decoding constraint length is set short. Therefore, when the probability of decoding bits is low, the decoding constraint length can be set long to widen the search range and improve the certainty.
14 Said decoding step in the receiver side, compared the estimated transmission minimum error d between the received signal sequence when decoded bits in the sequence is set to 0 0 and a minimum error d 1 in the case where the decoded bits and 1 When the minimum error d 1 is smaller, the decoded bit is decoded as 1, and when the minimum error d 0 is smaller, the decoded bit is decoded as 0. The chaos coding modulation demodulation method in any one of.
According to the means 14, when the minimum error d 1 is smaller than the minimum error d 0, 1 is a more probable value than 0, so the decoded bit is decoded as 1 and the minimum error d 1 When the minimum error d 0 is smaller than 0, since 0 is more probable value than 1, the decoded bit is decoded as 0. If the minimum error d 0 is equal to the minimum error d 1 , the probability of the probability does not match between 0 and 1, so the decoded bit may be decoded to an arbitrary value (0 or 1).

15.前記受信側における前記復号ステップは、前記最小誤差d15. The decoding step at the receiving side includes the minimum error d. 0 と前記最小誤差dAnd the minimum error d 1 との差の絶対値を0以上の閾値と比較し、前記差の絶対値が前記閾値以上の場合は復号を行い、前記閾値未満の場合は復号拘束長を増加させて前記最小誤差dThe absolute value of the difference between the difference is compared with a threshold value greater than or equal to 0. If the absolute value of the difference is greater than or equal to the threshold value, decoding is performed. 0 、d, D 1 を再計算することを特徴とする手段14に記載のカオス符号化変調復調方法。The chaos coded modulation / demodulation method according to claim 14, wherein the chaos is recalculated.
手段15において、最小誤差dIn means 15, the minimum error d 0 と最小誤差dAnd the minimum error d 1 との差の絶対値が閾値以上の場合は、受信信号系列と推定伝送信号系列との最小誤差dIf the absolute value of the difference between the received signal sequence and the estimated transmission signal sequence is equal to or greater than the threshold, the minimum error d between the received signal sequence and the estimated transmission signal sequence 0 、d, D 1 の差が十分に大きく、確からしい復号結果を得ることができる。よって、この場合は、復号拘束長を増加させることなく復号を行うことにより、計算量の増大を抑えることができる。一方、最小誤差dThe difference between is sufficiently large, and a reliable decoding result can be obtained. Therefore, in this case, an increase in the amount of calculation can be suppressed by performing decoding without increasing the decoding constraint length. On the other hand, the minimum error d 0 と最小誤差dAnd the minimum error d 1 との差の絶対値が閾値未満の場合は、最小誤差dIf the absolute value of the difference between and is less than the threshold, the minimum error d 0 、d, D 1 の差が小さく、確からしい復号結果が得ることができない。よって、この場合は、復号拘束長を増加させてdThe difference between the two is small, and a reliable decoding result cannot be obtained. Therefore, in this case, the decoding constraint length is increased and d 0 、d, D 1 を再計算し、最小誤差dAnd recalculate the minimum error d 0 と最小誤差dAnd the minimum error d 1 との差の絶対値が閾値以上となるまで復号拘束長の増加と誤差計算とを繰り返すことによって、より確からしい復号結果を得ることができる。By repeating the increase of the decoding constraint length and the error calculation until the absolute value of the difference between and becomes equal to or greater than the threshold value, a more reliable decoding result can be obtained.
16.前記送信側における前記カオス伝送信号系列生成ステップは、複数のカオス生成器を用いて、前記伝送情報ビットの値によって異なるカオス生成器によりカオス伝送信号系列を生成することを特徴とする手段1乃至15のいずれかに記載のカオス符号化変調復調方法。16. The chaos transmission signal sequence generation step on the transmission side uses a plurality of chaos generators to generate a chaos transmission signal sequence using a chaos generator that varies depending on the value of the transmission information bit. The chaos coding modulation demodulation method in any one of.
手段16によれば、伝送情報ビットの値が0か1かによって、異なるカオス生成器によりカオス伝送信号系列を生成するので、同一の0,1の系列を与えない限り同一のカオス伝送信号系列を得ることができない(換言すれば、復号拘束長が無限大である)ため、良好な伝送誤り率特性を得ることができる。According to the means 16, since the chaotic transmission signal sequence is generated by different chaos generators depending on whether the value of the transmission information bit is 0 or 1, the same chaotic transmission signal sequence is obtained unless the same 0, 1 sequence is given. Since it cannot be obtained (in other words, the decoding constraint length is infinite), a good transmission error rate characteristic can be obtained.
17.前記送信側における前記カオス伝送信号系列生成ステップは、縦続又は並列或いはこれらの組合わせにより接続された複数のカオス生成器を用いて前記カオス伝送信号系列を生成することを特徴とする手段1乃至16のいずれかに記載のカオス符号化変調復調方法。17. The chaos transmission signal sequence generating step on the transmission side generates the chaos transmission signal sequence using a plurality of chaos generators connected in cascade, parallel or a combination thereof. The chaos coding modulation demodulation method in any one of.
手段17によれば、カオス伝送信号系列生成ステップが、縦続又は並列或いはこれらの組合わせにより接続された複数のカオス生成器を用いてカオス伝送信号系列を生成するので、信号系列のランダム性をより増大させて、情報伝送の秘匿性を向上させることができる。According to the means 17, the chaos transmission signal sequence generation step generates a chaos transmission signal sequence using a plurality of chaos generators connected in cascade or in parallel or a combination thereof. It is possible to increase the confidentiality of information transmission.

18.前記送信側における前記カオス伝送信号系列生成ステップは、18. The chaotic transmission signal sequence generation step on the transmission side includes:
前記カオス伝送信号系列をパケット化すると共に前記カオス生成器によるカオス系列の生成を一旦終了して前記カオス生成器を初期化するパケット化ステップを含むことを特徴とする手段1乃至17のいずれかにカオス符号化変調復調方法。Any one of means 1 to 17, further comprising a packetizing step of packetizing the chaotic transmission signal sequence and temporarily terminating generation of the chaotic sequence by the chaotic generator to initialize the chaotic generator. Chaos coded modulation demodulation method.
手段18によれば、カオス伝送信号系列生成ステップは、パケット化ステップにおいてカオス伝送信号系列をパケット化すると共にカオス生成器によるカオス系列の生成を一旦終了してカオス生成器を初期化するので、一部のビットに復号誤りが生じた場合でも、当該ビット以降の系列に誤りが伝搬することを抑制することができる。  According to the means 18, the chaotic transmission signal sequence generating step packetizes the chaotic transmission signal sequence in the packetizing step, and once completes generation of the chaotic sequence by the chaotic generator and initializes the chaotic generator. Even when a decoding error occurs in a part of the bits, it is possible to suppress the error from being propagated to a sequence subsequent to the bit.
19.前記パケット化ステップは、前記各パケットを終端させる際にテールビットを挿入することを特徴とする手段18に記載のカオス符号化変調復調方法。19. 19. The chaotic coded modulation and demodulation method according to claim 18, wherein the packetizing step inserts a tail bit when terminating each packet.
手段19によれば、パケット化ステップが、各パケットを終端させる際にテールビットを挿入するので、パケット終端付近でのビット誤りを抑制することができる。According to the means 19, since the packetizing step inserts a tail bit when terminating each packet, bit errors near the end of the packet can be suppressed.
20.前記カオス伝送信号系列生成ステップの前又は後に実行され且つ雑音的に変化する変調信号を許容する他方式の符号化ステップを更に備えたことを特徴とする手段1乃至19のいずれかに記載のカオス符号化変調復調方法。20. 20. The chaos according to any one of means 1 to 19, further comprising a coding step of another scheme that is executed before or after the chaotic transmission signal sequence generation step and allows a modulation signal that changes in a noise manner. Coded modulation demodulation method.
手段20によれば、カオス伝送信号系列生成ステップと他方式の符号化ステップとを組み合わせることにより、復号ステップにおける計算量をより一層低減することができる。例えば、他方式の符号化ステップとしては、雑音的に変化する変調信号を許容する他の符号化(ターボ符号など)、MIMO(Multiple−input multiple−output)伝送手法、多重伝送手法等を用いることができる。According to the means 20, the amount of calculation in the decoding step can be further reduced by combining the chaotic transmission signal sequence generation step and the encoding step of another method. For example, as an encoding step of another method, other encoding (such as a turbo code) that allows a noise-changing modulation signal, a MIMO (Multiple-input multiple-output) transmission method, a multiplex transmission method, or the like is used. Can do.

本発明によれば、カオス系列を用いたアナログ符号化、つまり信号波形による符号化を行うことにより、良好な伝送特性と伝送の秘匿性とを両立することができる。すなわち、低受信信号品質でも比較的良好な伝送誤り率特性が得られ、かつ逐次復号が可能である。さらに通信信号系列がカオスによってランダムに変動するため雑音に近く、他者が通信内容を容易に解読できない秘匿性に優れた情報の伝送を行うことができる。   According to the present invention, it is possible to achieve both good transmission characteristics and transmission confidentiality by performing analog encoding using a chaotic sequence, that is, encoding by a signal waveform. That is, relatively good transmission error rate characteristics can be obtained even with low received signal quality, and sequential decoding is possible. Furthermore, since the communication signal sequence varies randomly due to chaos, it is close to noise, and it is possible to transmit information with excellent confidentiality that cannot be easily decoded by other people.

以下、本発明のカオス符号化変調復調方法を具体化した実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、本実施形態の構成を説明し、続いて伝送特性について、シミュレーション結果を用いて説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying a chaos coded modulation / demodulation method of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. First, the configuration of this embodiment will be described, and then the transmission characteristics will be described using simulation results.

図1に、送信側に設けられるカオス符号化器の構成を示す。カオス符号化器は、伝送情報ビット列をカオス生成器に入力して符号化信号系列を生成し、符号化変調方式のカオス伝送信号系列として受信側へ伝送する(カオス伝送信号系列生成ステップ)。   FIG. 1 shows a configuration of a chaos encoder provided on the transmission side. The chaos encoder inputs a transmission information bit string to a chaos generator, generates an encoded signal sequence, and transmits the encoded signal sequence to a reception side as a chaotic transmission signal sequence of an encoded modulation scheme (chaos transmission signal sequence generation step).

以下、カオス符号化器において実行されるカオス伝送信号系列生成ステップの具体的な内容を説明する。まず、ディジタルの伝送情報ビット列b(n)∈{0,1},(n=0,1,…)が、1ビットずつ演算部fに入力され、カオス生成器への入力信号系列sが生成される(入力側演算ステップ)。このとき、
(k)=f(k,b(n),s(k−1)),(k=0,1,…)(1)
で表される。s(k−1)は、後述する帰還をかけるカオス信号である。fは、後段のカオス生成部の収束範囲内の演算であればどのようなものでもよい。
The specific contents of the chaotic transmission signal sequence generation step executed in the chaotic encoder will be described below. First, a digital transmission information bit string b (n) ε {0, 1}, (n = 0, 1,...) Is input to the arithmetic unit f bit by bit, and an input signal sequence s i to the chaos generator is obtained. Is generated (input-side calculation step). At this time,
s i (k) = f (k, b (n), s 1 (k−1)), (k = 0, 1,...) (1)
It is represented by s i (k−1) is a chaotic signal to which feedback to be described later is applied. f may be any calculation as long as it is within the convergence range of the chaos generation unit at the subsequent stage.

次に、このs(k)を入力として、カオス生成器によりカオスの特性をもつベクトルs(k)が生成される(カオス系列生成ステップ)。これは出力信号となると同時に、次のs(k+1)の入力ともなり、カオス系列生成を継続させる。なお、初期値s(−1)は事前に与えておく。 Next, using this s i (k) as an input, the chaos generator generates a vector s 1 (k) having chaos characteristics (chaos sequence generation step). This becomes an output signal and at the same time, becomes an input of the next s i (k + 1), and continues the generation of the chaotic sequence. The initial value s 1 (−1) is given in advance.

そして、s(k)は、出力側演算hにより、
s(k)=h(b(n),s(k)) (2)
として最大振幅などが制限されて、出力信号s(k)が得られる(出力側演算ステップ)。これは、カオス変調信号(本発明のカオス伝送信号系列)となる。
And s 1 (k) is calculated by the output side calculation h.
s (k) = h (b (n), s 1 (k)) (2)
As a result, the output signal s (k) is obtained (output side calculation step). This becomes a chaotic modulation signal (the chaotic transmission signal sequence of the present invention).

なお、図2に示すカオス符号化器の変形例のように、複数のカオス生成器(カオス生成器1、カオス生成器2)を設け、演算fにおいて入力ビットもしくは入力系列によりカオス生成器を変更するように構成することも可能である。或いは、s(k)を他のカオス生成器の入力として用い、カオス生成器を多段縦続接続したり、並列接続して他のカオス系列信号と多重させてもよい。   In addition, like the modified example of the chaos encoder shown in FIG. 2, a plurality of chaos generators (chaos generator 1 and chaos generator 2) are provided, and the chaos generator is changed by an input bit or an input sequence in the operation f. It is also possible to configure so as to. Alternatively, s (k) may be used as an input to another chaos generator, and the chaos generators may be cascaded in multiple stages or connected in parallel to be multiplexed with other chaos sequence signals.

図1に示すように、本実施形態では、カオス系列を帰還し伝送ビットによって演算を施すことで、伝送ビット列ごとに各々対応した伝送信号が発生されるが、カオスの特性によりこれらは伝送ビットが異なればまったく異なる信号系列となる。つまり、(1),(2)式において発生する伝送信号s(k)は、必ずb(0),..,b(n−1)の値にも依存して変化することになる。したがって、本実施形態を符号化変調方式としてみたとき、符号の拘束長は任意に伸ばすことが可能であるといえる。   As shown in FIG. 1, in the present embodiment, a transmission signal corresponding to each transmission bit string is generated by feeding back a chaotic sequence and performing an operation with transmission bits. If they are different, the signal sequence is completely different. That is, the transmission signal s (k) generated in the equations (1) and (2) is always b (0),. . , B (n-1) also varies depending on the value. Accordingly, when the present embodiment is viewed as a coded modulation system, it can be said that the code constraint length can be arbitrarily extended.

図3に、受信側に設けられるカオス復号器の構成を示す。図中のカオス生成器、演算部f,hなどのカオス系列生成部分は送信側と同一のものを用いる。まず、カオス復号器内の図3左端に示すブロックにおいて、以下の数式で表わす推定送信系列を生成する(推定送信系列生成ステップ)。
FIG. 3 shows a configuration of a chaos decoder provided on the receiving side. In the figure, the same chaos generators as those on the transmission side are used for the chaos sequence generators such as the chaos generator and the calculation units f and h. First, in the block shown in the left end of FIG. 3 in the chaos decoder, an estimated transmission sequence represented by the following equation is generated (estimated transmission sequence generation step).

次に、この推定送信系列(上記数式を入力として送信側のカオス伝送信号系列生成ステップと同一の処理により、以下の数式で表わす推定伝送信号系列を生成する(推定伝送信号系列生成ステップ)。
Next, an estimated transmission signal sequence represented by the following formula is generated by the same processing as the transmission-side chaotic transmission signal sequence generation step using this estimated transmission sequence (the above formula ) as an input (estimated transmission signal sequence generation step).

すなわち、推定伝送信号系列生成ステップは、推定送信系列と帰還された推定カオス系列とを入力として送信側と同一の入力側演算fを施すことにより推定入力信号系列を生成する入力側演算ステップと、推定入力信号系列を入力として送信側と同一のカオス生成器により推定カオス系列を生成する推定カオス系列生成ステップと、推定カオス系列を入力として送信側と同一の出力側演算hを施すことにより推定伝送信号系列を生成する出力側演算ステップとを含んでいる。   That is, the estimated transmission signal sequence generation step receives the estimated transmission sequence and the feedback estimated chaotic sequence as inputs, and performs the same input side operation f as the transmission side to generate an estimated input signal sequence, Estimated chaos sequence generation step by which the estimated chaos sequence is generated by the same chaos generator as the transmitting side with the estimated input signal sequence as an input, and the estimated transmission is performed by performing the same output side calculation h as the transmitting side with the estimated chaos sequence as an input And an output side calculation step for generating a signal sequence.

次に、送信側より受信された受信信号系列r(k)と推定伝送信号系列(上記数式)との誤差Erを算出する。誤差Erは、以下のように表わされる。
Next, an error Er between the received signal sequence r (k) received from the transmitting side and the estimated transmission signal sequence (the above formula) is calculated. The error Er is expressed as follows.

そして、最小誤差min|Er|を与える上述した推定送信系列を復号結果とする(復号ステップ)。ここで、err()は何らかの距離を導出する関数、例えば、以下の数式に示す2乗ユークリッド距離である。
Then, the estimated transmission sequence giving the minimum error min | Er | is used as a decoding result (decoding step). Here, err () is a function for deriving some distance, for example, a square Euclidean distance represented by the following equation.

復号は各n毎に単独に行うこともできるが、lビット(l>0)を1フレームとして、以下に示すように、一括して復号することも可能である。
Decoding can be performed independently for each n, but it is also possible to perform lump decoding with l bits (l> 0) as one frame as shown below.

この場合、推定送信系列[数10]の全系列を生成し、比較する必要がある。誤差の関数として2乗ユークリッド距離を用いる場合、Erは、以下のように表わされる。
In this case, it is necessary to generate and compare all sequences of the estimated transmission sequence [ Equation 10 ]. When the square Euclidean distance is used as a function of error, Er is expressed as follows.

(4)式において、lは復号拘束長に相当するものである。また、閾値を用いることによりフレーム長(復号拘束長)を適応的に可変としてもよい。以下に復号拘束長を可変的に設定する方法について説明する。   In the equation (4), l corresponds to the decoding constraint length. Further, the frame length (decoding constraint length) may be adaptively changed by using a threshold value. A method for variably setting the decoding constraint length will be described below.

復号ビット(先頭ビット)が0であるときの推定送信系列を次式に、復号ビットが1であるときの推定送信系列を次々式にそれぞれ表わす。
The estimated transmission sequence when decoded bit (first bit) is 0 in the formula, represents respectively one after another wherein the estimated transmission sequence when decoded bit is 1.

また、それぞれの最小誤差min|Er|をd、dと表わし、(5)式に示すパラメータを導入する。
d[b(n)]=d−d (5)
Further, the respective minimum errors min | Er | are represented as d 0 and d 1 and parameters shown in the equation (5) are introduced.
d [b (n)] = d 0 −d 1 (5)

そして、d[b(n)]>0のときb(n)=1,d[b(n)]<0のときb(n)=0(d[b(n)]=0のときは任意)のように復号する。すなわち、最小誤差dよりも最小誤差dの方が小さい場合は、0よりも1の方がより確からしい値であるため、復号ビットが1と復号され、最小誤差dよりも最小誤差dの方が小さい場合は、1よりも0の方がより確からしい値であるため、復号ビットが0と復号される。また、最小誤差dと最小誤差dとが等しい場合、0と1とで確からしさの優劣がつかないため、復号ビットを任意の値(0又は1)に復号する。 When d [b (n)]> 0, b (n) = 1, and when d [b (n)] <0, when b (n) = 0 (d [b (n)] = 0 (Optional) That is, when the minimum error d 1 is smaller than the minimum error d 0, 1 is a more probable value than 0, so that the decoded bit is decoded as 1, and the minimum error is smaller than the minimum error d 1. When d 0 is smaller, 0 is a more probable value than 1, so the decoded bit is decoded as 0. Further, when the minimum error d 0 and the minimum error d 1 are equal, since 0 and 1 do not give the superiority or inferiority, the decoded bit is decoded to an arbitrary value (0 or 1).

図4にこの復号手法の概念を示す。図4下の0,1の並びにおいて、四角で囲んだ左端のビットが復号ビットであり、それ以外は復号結果を得るために必要とされるビットであって、全体でlビットの長さとなっている。このd[b(n)]に対してある閾値sh(≧ 0)を用いて、|d[b(n)]|≧shなら復号、そうでなければl → l+1としてd、dの再計算を行うというアルゴリズムを実行する。つまり、最小誤差dと最小誤差dとの差の絶対値が閾値以上の場合は、受信信号系列と推定伝送信号系列との最小誤差d、dの差が十分に大きく、確からしい復号結果を得ることができる。よって、この場合は、復号拘束長を増加させることなく復号を行うことにより、計算量の増大を抑えることができる。一方、最小誤差dと最小誤差dとの差の絶対値が閾値未満の場合は、最小誤差d、dの差が小さく、確からしい復号結果が得ることができない。よって、この場合は、復号拘束長を増加させてd、dを再計算し、最小誤差dと最小誤差dとの差の絶対値が閾値以上となるまで復号拘束長の増加と誤差計算とを繰り返すことによって、より確からしい復号結果を得ることができる。 FIG. 4 shows the concept of this decoding method. In the sequence of 0 and 1 in the lower part of FIG. 4, the leftmost bit enclosed by a square is a decoded bit, and the other bits are bits required to obtain a decoded result, and the length is l bits as a whole. ing. Using a certain threshold sh (≧ 0) for this d [b (n)], if | d [b (n)] | ≧ sh, decoding is performed, otherwise l → l + 1 is set to d 0 , d 1 Executes an algorithm that performs recalculation. That is, if the absolute value of the difference between the minimum error d 0 and the minimum error d 1 is not less than the threshold value, the difference between the minimum error d 0, d 1 between the received signal sequence and the estimated transmission signal sequence is sufficiently large, probable A decoding result can be obtained. Therefore, in this case, an increase in the amount of calculation can be suppressed by performing decoding without increasing the decoding constraint length. On the other hand, when the absolute value of the difference between the minimum error d 0 and the minimum error d 1 is less than the threshold value, the difference between the minimum errors d 0 and d 1 is small and a reliable decoding result cannot be obtained. Therefore, in this case, the decoding constraint length is increased, d 0 and d 1 are recalculated, and the decoding constraint length is increased until the absolute value of the difference between the minimum error d 0 and the minimum error d 1 is equal to or greater than the threshold value. By repeating the error calculation, a more reliable decoding result can be obtained.

以上により、閾値shの設定によって復号計算量とビット誤り率(BER)とのトレードオフをある程度制御することが可能となる。すなわち、閾値shを大きくするとlが大きくなるまで計算を繰り返す場合が多くなり、あまりshが大きすぎると|d[b(n)]|≧ shなるlが増大して計算量が発散してしまうかもしれないが、信号系列s(k)における伝送符号自体の拘束長は信号系列長と同じ長さであるため、復号の拘束長であるlが延びるほど復号ビット誤りが起こる確率が減ることになる。   As described above, the trade-off between the decoding calculation amount and the bit error rate (BER) can be controlled to some extent by setting the threshold sh. That is, if the threshold sh is increased, the calculation is often repeated until l becomes large, and if sh is too large, l satisfying | d [b (n)] | ≧ sh is increased and the amount of calculation is diverged. However, since the constraint length of the transmission code itself in the signal sequence s (k) is the same length as the signal sequence length, the probability that a decoding bit error will occur decreases as the decoding constraint length l increases. Become.

したがって、本実施形態は、同一の受信信号系列においても、拘束長lもしくはshの値の設定により受信側のみでビット誤り率と計算複雑度とのトレードオフを実現することができる。しかし、復号拘束長lのときの次式に示す推定送信系列の系列数は2となるため、lの増加に伴いすぐに計算量は発散してしまう。
Therefore, this embodiment can realize a trade-off between the bit error rate and the calculation complexity only on the receiving side by setting the value of the constraint length l or sh even in the same received signal sequence. However, since the number of sequences of the estimated transmission sequence shown in the following equation when the decoding constraint length is 1 is 2 l , the amount of calculation immediately diverges as l increases.

そこで、(4)式の計算時に図5に示すように、2vlまでの系列は全探査を行い、それ以降は毎回b(n)={0,1}のそれぞれの領域においてErの大きい系列を1/2ずつ廃棄し、計算系列数を常に2vl個に保つことを考える。これにより、計算量の発散を防ぎつつlを増加させることが可能となる。v1が小さい場合は正しい復号系列を誤って廃棄する確率が上がるためlを伸ばしても効果が少ないが、v1とlとを大きくすることで受信側のみで復号誤り率を下げることが可能となる。また、一旦、推定送信系列[数式1]を誤って復号すると、以降の復号器内のカオス系列が送信側と合致しなくなり、復号誤りが以降のビットに伝播して正常な復号が行えなくなる。この誤り伝播を防ぐために、カオス伝送信号系列のパケット化を行うようにしてもよい。 Therefore, as shown in FIG. 5 at the time of calculation of equation (4), all the sequences up to 2 vl are searched, and after that, sequences with large Er in each region of b (n) = {0, 1} each time. Is discarded at a time, and the number of calculation sequences is always kept at 2 vl . This makes it possible to increase l while preventing divergence of the calculation amount. If v1 is small, the probability of erroneously discarding a correct decoding sequence increases, so even if l is increased, the effect is small. However, by increasing v1 and l, it is possible to reduce the decoding error rate only on the receiving side. . Also, once the estimated transmission sequence [Formula 1] is decoded in error, the subsequent chaotic sequence in the decoder does not match the transmission side, and the decoding error propagates to the subsequent bits and normal decoding cannot be performed. In order to prevent this error propagation, the chaotic transmission signal sequence may be packetized.

例えば、送信器側で、図6に示すようなパケット化を行い、パケットの終端にテールビットを挿入し、パケット終端でカオス生成器を初期化する(パケット化ステップ)。カオス生成器の初期化とは、カオス生成器を初期値s(−1)に戻すことである。受信側でも同様にパケット終端で初期化を行うことで、パケット内に誤りが生じても後段のパケットへの誤り伝播を防ぐことができる。 For example, packetization as shown in FIG. 6 is performed on the transmitter side, tail bits are inserted at the end of the packet, and a chaos generator is initialized at the end of the packet (packetization step). The initialization of the chaos generator is to return the chaos generator to the initial value s 1 (−1). Similarly, by performing initialization at the end of the packet on the receiving side, it is possible to prevent error propagation to a subsequent packet even if an error occurs in the packet.

原理的には、テールビットを挿入せずカオス生成器の状態をパケットの終端で初期化するだけでもよいが、その場合パケット終端付近のデータは復号拘束長を伸ばすことができないため誤り確率が上昇する。   In principle, it is only necessary to initialize the state of the chaos generator at the end of the packet without inserting tail bits, but in this case, the error probability increases because the data near the end of the packet cannot be extended. To do.

これまでの検討では、入力b(n)は1ビットであったが、図7に示すように数ビットのb(n)として演算fに入力することも可能である。この一度に入力するb(n)のビット数をnとし、b(n)に対して出力されるs(k)の数をr個とした場合、r/n>1であれば冗長度を付加する符号化を施すことになる。このとき、図6のパケット構成を含めると全体の伝送効率は、次式によって表わされる。
In the examination so far, the input b (n) is 1 bit. However, as shown in FIG. 7, it is also possible to input it to the operation f as b (n) of several bits. Any number of bits b (n) to be input to this once and n d, the number of b s which is outputted to (n) (k) when a r c pieces, with r c / n d> 1 For example, encoding to add redundancy is performed. At this time, when the packet configuration of FIG. 6 is included, the overall transmission efficiency is expressed by the following equation .

図8に示すような、入力ビットにより後段の出力側演算hのみを操作する符号化器を用いて伝送信号を発生させる符号の伝送を考える。受信器においても同じ構成のカオス生成器、f,h,初期値s(−1)を持つものとする。 Consider transmission of a code that generates a transmission signal by using an encoder that operates only the output-side operation h in the subsequent stage using input bits as shown in FIG. The receiver also has a chaos generator having the same configuration, f, h, and an initial value s 1 (−1).

図9のような等価低域系、ガウス雑音通信路の等価低域系伝送システムにおけるシミュレーションを行い、伝送特性を調べた。なお、以降では受信側での同期は完全に取れていることを仮定する。伝送システムのパラメータは表1のとおりであり、符号化器におけるパラメータは、入力側演算fを、
f(k,s(k−1))=s(k−1) (6)
とし、出力側演算hを以下のようにした。
A simulation was performed in an equivalent low-frequency transmission system of an equivalent low-frequency system and a Gaussian noise communication channel as shown in FIG. In the following, it is assumed that the receiver side is completely synchronized. The parameters of the transmission system are as shown in Table 1. The parameters in the encoder are the input side operation f,
f (k, s 1 (k−1)) = s 1 (k−1) (6)
And the output side calculation h is as follows.

ここで、s(k)は、以下のとおりである。
Here, s 2 (k) is as follows.

カオス生成器には、円環状カオスの生成方程式を用いて、初期値をx0=Re[si(k)],y0=Im[si(k)]とし、以下の(9)式,(10)式で表わされるものとした。
1(k)=x20+jy20 (10)
In the chaos generator, the initial value is set to x 0 = Re [s i (k)], y 0 = Im [s i (k)] using the generation equation of the annular chaos, and the following equation (9) , (10).
s 1 (k) = x 20 + ji 20 (10)

(7)式より、出力信号はb(n)の違いにより3以上のユークリッド距離を有することになる。(8)式は、(9)式のカオス生成式より導かれる式であり、(10)式より(9)式は1出力ごとに20回繰り返されることになる。また、初期値s(−1)は乱数によって発生させた。なお、出力される伝送信号は振幅と位相が変化するカオス変調信号(chaos shift keying:CSK)となる。また、出力側演算hを(11)式のようにすると、変調信号は振幅1で位相のみ変動するカオス位相変調信号(chaos phase shift keying:CPSK)となる。
From the expression (7), the output signal has a Euclidean distance of 3 or more due to the difference of b (n). Expression (8) is an expression derived from the chaos generation expression of Expression (9). From Expression (10), Expression (9) is repeated 20 times for each output. The initial value s 1 (−1) was generated by a random number. The output transmission signal is a chaotic shift keying (CSK) whose amplitude and phase change. Further, when the output side calculation h is expressed by the equation (11), the modulation signal becomes a chaotic phase shift keying (CPSK) in which only the phase varies with an amplitude of 1.

ここで、CSKにより構成された伝送信号系列をベースバンドにおけるIQ平面で示すと図10のようになる。この点列はカオス系列の特徴として、初期値s(−1),伝送情報ビット列,カオス方程式の種類などによって互いに異なる無相関な遷移を示すため、第三者はこれら全てのパラメータが一致し、フレーム同期,シンボル同期を獲得し、その時点以前のb(n)を正しく把握している場合以外には元のデータ系列b(n)を復号することは困難である。したがって、本手法は秘匿性の高さを併せ持つ方式であるといえる。なお、表1から全体の伝送効率は、ほぼ0.1 bit/symbolとなる。 Here, a transmission signal sequence configured by CSK is shown in FIG. 10 on the IQ plane in the baseband. This point sequence is a characteristic of the chaotic sequence, and shows an uncorrelated transition that differs depending on the initial value s 1 (−1), the transmission information bit sequence, the type of the chaotic equation, etc. It is difficult to decode the original data sequence b (n) except when frame synchronization and symbol synchronization are acquired and b (n) before that time is correctly grasped. Therefore, it can be said that this method is a method having both high confidentiality. From Table 1, the overall transmission efficiency is about 0.1 bit / symbol.

図11に復号器の構成を示す。図中のカオス生成部分は図8の符号化器のものと同じである。誤差の計算には(4)式の2乗ユークリッド距離を用い、(5)式のパラメータに対し閾値shを設定して拘束長を可変とし、1ビットずつ復号する復号法を適用した。ここで、表1に示すように、v=8〜13、最大の拘束長をlmaxとした。 FIG. 11 shows the configuration of the decoder. The chaos generation part in the figure is the same as that of the encoder of FIG. For the calculation of the error, a square Euclidean distance of equation (4) was used, a threshold sh was set for the parameter of equation (5), the constraint length was variable, and a decoding method of decoding bit by bit was applied. Here, as shown in Table 1, v l = 8 to 13 and the maximum constraint length was l max .

すなわち、復号においては、まず、v=8とし、(4),(5)式により復号計算を行う。拘束長がlmaxに達するまでに(5)式のd[b(n)]がshを越えた場合は判定を行い、次のビットへと進む。shを越えずにlmaxに達した場合は、v→v+1として同様に計算を繰り返す。最終的にv=13、拘束長がlmaxとなってもshを越えない場合は、その時点までの|d[b(n)]|が最大となるb(n)の値により判定を行う。 That is, in decoding, first, v l = 8 is set, and decoding calculation is performed according to the equations (4) and (5). If d [b (n)] in equation (5) exceeds sh by the time when the constraint length reaches l max , a determination is made and the process proceeds to the next bit. When l max is reached without exceeding sh, the calculation is repeated in the same manner as v l → v l +1. If v l = 13 and the constraint length becomes l max but does not exceed sh, the determination is made based on the value of b (n) at which | d [b (n)] | Do.

シミュレーションではEb/N0が2〜10dB、5フレーム(10ビット)伝送時の平均復号拘束長と平均のv(平均復号状態指数)を評価した。計算結果を図12に示す。なお、この設定ではいずれの場合も復号誤りは発生しなかった。図のようにEb/N0が大きくなるにつれて、平均復号拘束長が短くなり、平均vも低減していることがわかる。Eb/N0の向上にともないvが8を若干下回っているが、これはテールビット付近で実効的に復号複雑度がv=1相当まで下がるためである。 In the simulation, the average decoding constraint length and the average v l (average decoding state index) when Eb / N0 was 2 to 10 dB and 5 frames (10 5 bits) were transmitted were evaluated. The calculation results are shown in FIG. In this setting, no decoding error occurred in any case. As shown in the figure, as Eb / N0 increases, the average decoding constraint length decreases and the average v l also decreases. With the improvement of Eb / N0, v l is slightly lower than 8. This is because the decoding complexity is effectively reduced to the equivalent of v l = 1 in the vicinity of the tail bit.

以上のように、カオス方程式に基づく符号化変調を行い、閾値を用いて復号拘束長を適応的に可変とすることにより、10ビットの伝送においてEb/N0=2dBで無誤り伝送が実現された。v,lmaxの値を増加させることにより計算量とトレードオフの関係でこの特性はさらに改善されることが予想できる。さらに、伝送系列は第三者からは容易に復号できないという特徴を持つ。用いるカオス系列や符号化率,フレーム長,テールビット長,復号拘束長によりさまざま伝送特性が実現できると考えられる。 As described above, performs encoding based modulation chaotic equations, by setting adaptively vary the decoding constraint length using a threshold, error-free transmission at Eb / N0 = 2 dB is realized in the transmission of 10 5 bits It was. By increasing the values of v l and l max , it can be expected that this characteristic is further improved in a trade-off relationship with the calculation amount. Furthermore, the transmission sequence has a feature that it cannot be easily decoded by a third party. It is considered that various transmission characteristics can be realized depending on the chaotic sequence used, coding rate, frame length, tail bit length, and decoding constraint length.

次に、図13に示すように、カオス符号化器の前段にトレリス符号化器を連接させて、b(n)をトレリス符号のパリティとした場合の特性を評価した。この例に示すように本装置はその他の伝送手法と組み合わせて用いることが可能である。   Next, as shown in FIG. 13, a trellis encoder is connected to the previous stage of the chaos encoder, and the characteristics when b (n) is the parity of the trellis code were evaluated. As shown in this example, the present apparatus can be used in combination with other transmission methods.

用いたトレリス符号は、再帰的組織畳込み符号RSC[1 5/7]であり、b(n)はトレリス符号語のパリティビットとし無符号化情報ビットは伝送しない。そのため、トレリス符号化器による伝送効率の低下はなく、全体の伝送効率は実施例1と同じである。符号化器におけるパラメータは、実施例1の(7)式部分が以下の(12)式に示すとおりとなり、畳込み符号のパリティにより伝送信号の振幅を変動させ、過去のb(n)の違いによってもユークリッド距離が伸びるように設定した。それ以外は、実施例1と同じである。
The trellis code used is a recursive systematic convolutional code RSC [15/7], b (n) is a parity bit of the trellis codeword, and no uncoded information bits are transmitted. Therefore, there is no decrease in transmission efficiency due to the trellis encoder, and the overall transmission efficiency is the same as in the first embodiment. The parameters in the encoder are as shown in the following equation (12) in the part (7) of the first embodiment. The amplitude of the transmission signal is changed by the parity of the convolutional code, and the difference in the past b (n) The Euclidean distance was also set to be longer. The rest is the same as the first embodiment.

復号側は、v=8〜13の(4),(5)式の計算が畳込み符号のトレリス線図も内包しているため、実施例1と同様に行う。 On the decoding side, since the calculations of equations (4) and (5) with v l = 8 to 13 include the trellis diagram of the convolutional code, the decoding is performed in the same manner as in the first embodiment.

実施例1のシミュレーション条件と同様にEb/N0が2〜10dB、5フレーム(10ビット)伝送時の平均復号拘束長と平均のv(平均復号状態指数)を計算した。結果を図14に示す。本例においてもいずれの場合も復号誤りは発生しなかった。図12と同様にEb/N0が大きくなるにつれて平均復号拘束長が短くなり、平均vも低減しており、しかも無符号化時に比べどちらもさらに低減していることが分かる。すなわち、外部の符号化器と組み合わせることで、復号計算量が低減されるということが示されている。以上のように、カオス符号化変調を用いて外部の伝送システムと組み合わせることで、さまざま伝送形態が実現できると考えられる。 Simulation conditions as well as Eb / N0 of Example 1 2~10dB, v l (average decoding condition index) and average 5 frames (105-bit) average decoding constraint length at the time of transmission was calculated. The results are shown in FIG. Also in this example, no decoding error occurred in either case. As in FIG. 12, as Eb / N0 increases, the average decoding constraint length decreases, the average v l also decreases, and both are further reduced compared to the case of no encoding. That is, it is shown that the decoding calculation amount is reduced by combining with an external encoder. As described above, it is considered that various transmission forms can be realized by combining with an external transmission system using chaotic coded modulation.

カオス符号化器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a chaos encoder. カオス生成器を2系統用いた符号化器の変形例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the modification of the encoder which used two chaotic generators. カオス復号器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a chaos decoder. フレームを用いた復号の概念図である。It is a conceptual diagram of the decoding using a frame. 探査系列数の削減手法について概要を説明した図である。It is the figure explaining the outline | summary about the reduction method of the number of exploration series. データビットとテールビットとからなるパケットの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the packet which consists of a data bit and a tail bit. 入力ビット数及び演算fの例を示す図である。It is a figure which shows the example of an input bit number and the calculation f. 実施例1で使用した符号化器の構成を示すブロック図である。3 is a block diagram illustrating a configuration of an encoder used in Embodiment 1. FIG. シミュレーションに用いるカオス符号を用いた伝送システムのブロック図である。It is a block diagram of the transmission system using the chaos code used for simulation. CSKの伝送信号系列の例を示したものである。An example of a transmission signal sequence of CSK is shown. 実施例2で使用した復号器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the decoder used in Example 2. FIG. カオス符号化変調復調方法の伝送時における復号の平均復号拘束長と平均復号状態指数とを示すグラフである。It is a graph which shows the average decoding constraint length of decoding at the time of transmission of a chaos coding modulation demodulation method, and an average decoding state index. 畳込み符号を連接したカオス符号化器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the chaotic encoder which connected the convolutional code. 畳込み符号を連接した場合の伝送時における復号の平均復号拘束長と平均復号状態指数とを示すグラフである。It is a graph which shows the average decoding constraint length and average decoding state index | exponent of decoding at the time of transmission at the time of concatenating a convolutional code.

Claims (20)

送信側と受信側との間で符号化変調により情報の伝送を行う符号化変調復調方法であって、
前記送信側は、
伝送情報ビット列をカオス生成器に入力して符号化信号系列を生成し、符号化変調方式のカオス伝送信号系列として前記受信側へ伝送するカオス伝送信号系列生成ステップを備え、
前記受信側は、
推定送信系列を生成する推定送信系列生成ステップと、
前記推定送信系列を入力として前記送信側の前記カオス伝送信号系列生成ステップと同一の処理により推定伝送信号系列を生成する推定伝送信号系列生成ステップと、
前記送信側より受信した受信信号系列と前記推定伝送信号系列との誤差を計算し、その最小誤差を与える推定送信系列を前記受信信号系列の復号結果として出力する復号ステップと
を備え
前記送信側における前記カオス伝送信号系列生成ステップは、
前記伝送情報ビット列と帰還されたカオス系列とを入力として所定の入力側演算を施すことにより入力信号系列を生成する入力側演算ステップと、
前記入力信号系列を入力として前記カオス生成器によりカオス系列を生成するカオス系列生成ステップと、
前記カオス系列を入力として所定の出力側演算を施すことにより前記カオス伝送信号系列を生成する出力側演算ステップと
を備え、
前記受信側における前記推定伝送信号系列生成ステップは、
前記推定送信系列と帰還された推定カオス系列とを入力として前記送信側と同一の入力側演算を施すことにより推定入力信号系列を生成する入力側演算ステップと、
前記推定入力信号系列を入力として前記送信側と同一のカオス生成器により推定カオス系列を生成する推定カオス系列生成ステップと、
前記推定カオス系列を入力として前記送信側と同一の出力側演算を施すことにより推定伝送信号系列を生成する出力側演算ステップと
を備えたことを特徴とするカオス符号化変調復調方法。
A coded modulation demodulation method for transmitting information by coded modulation between a transmitting side and a receiving side,
The sender side
A transmission information bit sequence is input to a chaos generator to generate a coded signal sequence, and a chaos transmission signal sequence generation step for transmitting to the reception side as a chaos transmission signal sequence of a coded modulation scheme is provided,
The receiving side
An estimated transmission sequence generating step for generating an estimated transmission sequence;
An estimated transmission signal sequence generating step for generating an estimated transmission signal sequence by the same processing as the chaotic transmission signal sequence generating step on the transmission side with the estimated transmission sequence as an input;
A decoding step of calculating an error between the received signal sequence received from the transmitting side and the estimated transmission signal sequence, and outputting an estimated transmission sequence that gives the minimum error as a decoding result of the received signal sequence , and
The chaotic transmission signal sequence generation step on the transmission side includes:
An input-side operation step of generating an input signal sequence by performing a predetermined input-side operation with the transmission information bit string and the fed back chaotic sequence as inputs; and
A chaos sequence generation step of generating a chaos sequence by the chaos generator with the input signal sequence as an input; and
An output side computation step for generating the chaotic transmission signal sequence by performing a predetermined output side computation with the chaos sequence as an input; and
With
The estimated transmission signal sequence generation step on the receiving side includes:
An input side calculation step of generating an estimated input signal sequence by performing the same input side calculation as the transmission side with the estimated transmission sequence and the feedback estimated chaotic sequence as inputs,
An estimated chaos sequence generating step for generating an estimated chaos sequence by the same chaos generator as the transmission side with the estimated input signal sequence as an input;
A chaotic coded modulation / demodulation method comprising: an output-side operation step of generating an estimated transmission signal sequence by performing the same output-side operation as that of the transmitting side with the estimated chaotic sequence as an input .
前記所定の入力側演算fは、数式f(k,s (k−1))=s (k−1)で表される(但し、s はカオス生成器への入力信号系列を表し、k=0,1,…である。)ことを特徴とする請求項1に記載のカオス符号化変調復調方法。 The predetermined input-side operation f is expressed by the formula f (k, s 1 (k−1)) = s 1 (k−1) (where s 1 represents an input signal sequence to the chaos generator). , K = 0, 1,...) , The chaotic coded modulation and demodulation method according to claim 1. 前記所定の出力側演算hは、以下の数式で表されることを特徴とする請求項に記載のカオス符号化変調復調方法。
但し、bはディジタルの伝送情報ビット列{0,1}を表し、n,k=0,1,…である。
3. The chaotic coded modulation / demodulation method according to claim 2 , wherein the predetermined output-side operation h is expressed by the following equation .
However, b represents a digital transmission information bit string {0, 1}, where n, k = 0, 1,.
前記s (k)は、以下の数式で表されることを特徴とする請求項に記載のカオス符号化変調復調方法。
The chaotic coded modulation / demodulation method according to claim 3 , wherein the s 2 (k) is expressed by the following mathematical formula .
前記カオス生成器は、円環状カオスの生成方程式を用いて、初期値をx 0 =Re[s i (k)],y 0 =Im[s i (k)]とし、以下の数式で表わされるものとしたことを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載のカオス符号化変調復調方法。
1(k)=x20+jy20
The chaos generator uses an annular chaos generation equation, the initial values are x 0 = Re [s i (k)], y 0 = Im [s i (k)], and are expressed by the following equations. chaotic coded modulation demodulating method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that a thing.
s 1 (k) = x 20 + ji 20
前記所定の出力側演算hは、以下の数式で表されることを特徴とする請求項に記載のカオス符号化変調復調方法。
但し、bはディジタルの伝送情報ビット列{0,1}を表し、n,k=0,1,…である。
3. The chaotic coded modulation / demodulation method according to claim 2 , wherein the predetermined output-side operation h is expressed by the following equation .
However, b represents a digital transmission information bit string {0, 1}, where n, k = 0, 1,.
前記所定の出力側演算hは、以下の数式で表されることを特徴とする請求項に記載のカオス符号化変調復調方法。
但し、bはディジタルの伝送情報ビット列{0,1}を表し、n,k=0,1,…である。
3. The chaotic coded modulation / demodulation method according to claim 2 , wherein the predetermined output-side operation h is expressed by the following equation .
However, b represents a digital transmission information bit string {0, 1}, where n, k = 0, 1,.
前記出力側演算は、前記カオス系列から振幅、位相とも疑似雑音的に変化するカオス伝送信号系列を生成することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のカオス符号化変調復調方法。 8. The chaotic coded modulation and demodulation method according to claim 1, wherein the output side operation generates a chaotic transmission signal sequence whose amplitude and phase change in a pseudo-noise manner from the chaotic sequence . 前記出力側演算は、前記カオス系列から振幅又は位相のいずれか一方のみが変化するカオス伝送信号系列を生成することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のカオス符号化変調復調方法。 8. The chaotic coded modulation / demodulation method according to claim 1, wherein the output side operation generates a chaotic transmission signal sequence in which only one of amplitude and phase changes from the chaotic sequence. . 前記受信側における前記復号ステップは、所定の長さvl以上の各系列に対して、復号拘束長を1増加させる毎に前記推定伝送信号系列を1/2ずつ廃棄して前記誤差計算を行うことを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載のカオス符号化変調復調方法。 The decoding step on the receiving side performs the error calculation by discarding the estimated transmission signal sequence by ½ each time the decoding constraint length is increased by 1 for each sequence having a predetermined length vl or more. A chaotic code modulation demodulation method according to any one of claims 1 to 9 . 送信側と受信側との間で符号化変調により情報の伝送を行う符号化変調復調方法であって、
前記送信側は、
伝送情報ビット列をカオス生成器に入力して符号化信号系列を生成し、符号化変調方式のカオス伝送信号系列として前記受信側へ伝送するカオス伝送信号系列生成ステップを備え、
前記受信側は、
推定送信系列を生成する推定送信系列生成ステップと、
前記推定送信系列を入力として前記送信側の前記カオス伝送信号系列生成ステップと同一の処理により推定伝送信号系列を生成する推定伝送信号系列生成ステップと、
前記送信側より受信した受信信号系列と前記推定伝送信号系列との誤差を計算し、その最小誤差を与える推定送信系列を前記受信信号系列の復号結果として出力する復号ステップと
を備え、
前記受信側における前記復号ステップは、所定の長さvl以上の各系列に対して、復号拘束長を1増加させる毎に前記推定伝送信号系列を1/2ずつ廃棄して前記誤差計算を行うことを特徴とするカオス符号化変調復調方法。
A coded modulation demodulation method for transmitting information by coded modulation between a transmitting side and a receiving side,
The sender side
A transmission information bit sequence is input to a chaos generator to generate a coded signal sequence, and a chaos transmission signal sequence generation step for transmitting to the reception side as a chaos transmission signal sequence of a coded modulation scheme is provided,
The receiving side
An estimated transmission sequence generating step for generating an estimated transmission sequence;
An estimated transmission signal sequence generating step for generating an estimated transmission signal sequence by the same processing as the chaotic transmission signal sequence generating step on the transmission side with the estimated transmission sequence as an input;
A decoding step of calculating an error between the received signal sequence received from the transmitting side and the estimated transmission signal sequence, and outputting an estimated transmission sequence giving the minimum error as a decoding result of the received signal sequence;
With
The decoding step on the receiving side performs the error calculation by discarding the estimated transmission signal sequence by ½ each time the decoding constraint length is increased by 1 for each sequence having a predetermined length vl or more. A chaotic coded modulation and demodulation method characterized by the above.
前記受信側における前記復号ステップは、復号拘束長を可変的に設定することを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載のカオス符号化変調復調方法。 12. The chaotic coding modulation demodulation method according to claim 1, wherein the decoding step on the receiving side variably sets a decoding constraint length . 前記受信側における前記復号ステップは、復号ビットの確からしさの尺度に基づいて前記復号拘束長を可変的に設定することを特徴とする請求項12に記載のカオス符号化変調復調方法。 13. The chaotic coding modulation demodulation method according to claim 12 , wherein the decoding step on the receiving side variably sets the decoding constraint length based on a measure of the probability of decoding bits . 前記受信側における前記復号ステップは、前記推定送信系列における復号ビットを0とした場合の前記受信信号系列との最小誤差d と、前記復号ビットを1とした場合の最小誤差d とを比較し、前記最小誤差d の方が小さい場合は前記復号ビットを1と復号し、前記最小誤差d の方が小さい場合は前記復号ビットを0と復号することを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載のカオス符号化変調復調方法。 Said decoding step in the receiver side, compared the estimated transmission minimum error d between the received signal sequence when decoded bits in the sequence is set to 0 0 and a minimum error d 1 in the case where the decoded bits and 1 The decoded bit is decoded as 1 when the minimum error d 1 is smaller, and the decoded bit is decoded as 0 when the minimum error d 0 is smaller. 14. The chaos coding modulation demodulation method according to any one of the above. 前記受信側における前記復号ステップは、前記最小誤差dThe decoding step at the receiving side includes the minimum error d. 0 と前記最小誤差dAnd the minimum error d 1 との差の絶対値を0以上の閾値と比較し、前記差の絶対値が前記閾値以上の場合は復号を行い、前記閾値未満の場合は復号拘束長を増加させて前記最小誤差dThe absolute value of the difference between the difference is compared with a threshold value greater than or equal to 0. If the absolute value of the difference is greater than or equal to the threshold value, decoding is performed. 0 、d, D 1 を再計算することを特徴とする請求項14に記載のカオス符号化変調復調方法。The chaos coded modulation / demodulation method according to claim 14, wherein the chaos is recalculated. 前記送信側における前記カオス伝送信号系列生成ステップは、複数のカオス生成器を用いて、前記伝送情報ビットの値によって異なるカオス生成器によりカオス伝送信号系列を生成することを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載のカオス符号化変調復調方法。The chaotic transmission signal sequence generation step on the transmission side uses a plurality of chaos generators to generate a chaos transmission signal sequence using a chaos generator that varies depending on a value of the transmission information bit. 15. The chaos coding modulation demodulation method according to any one of 15. 前記送信側における前記カオス伝送信号系列生成ステップは、縦続又は並列或いはこれらの組合わせにより接続された複数のカオス生成器を用いて前記カオス伝送信号系列を生成することを特徴とする請求項1乃至16のいずれかに記載のカオス符号化変調復調方法。2. The chaotic transmission signal sequence generation step on the transmission side generates the chaotic transmission signal sequence using a plurality of chaos generators connected in cascade, parallel, or a combination thereof. 16. The method for demodulating chaotically coded modulation according to any one of 16 above. 前記送信側における前記カオス伝送信号系列生成ステップは、The chaotic transmission signal sequence generation step on the transmission side includes:
前記カオス伝送信号系列をパケット化すると共に前記カオス生成器によるカオス系列の生成を一旦終了して前記カオス生成器を初期化するパケット化ステップを含むことを特徴とする請求項1乃至17のいずれかにカオス符号化変調復調方法。    The packetizing step of packetizing the chaotic transmission signal sequence and temporarily terminating generation of the chaotic sequence by the chaotic generator to initialize the chaotic generator. And chaotic coded modulation demodulation method.
前記パケット化ステップは、前記各パケットを終端させる際にテールビットを挿入することを特徴とする請求項18に記載のカオス符号化変調復調方法。19. The chaotic coded modulation and demodulation method according to claim 18, wherein in the packetizing step, a tail bit is inserted when terminating each packet. 前記カオス伝送信号系列生成ステップの前又は後に実行され且つ雑音的に変化する変調信号を許容する他方式の符号化ステップを更に備えたことを特徴とする請求項1乃至19のいずれかに記載のカオス符号化変調復調方法。The encoding method according to any one of claims 1 to 19, further comprising an encoding step of another method that is executed before or after the chaotic transmission signal sequence generation step and allows a modulation signal that changes in a noise manner. Chaos coded modulation demodulation method.
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