一種改進(jìn)差分混沌鍵控通信系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 編 號(hào)： 審定成績(jī)：郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）設(shè)計(jì)（論文）題目：一種改進(jìn)差分混沌鍵控通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院 名 稱 ：通信與信息工程學(xué)院學(xué) 生 姓 名 ：?jiǎn)久穼?業(yè) ：電子信息工程班 級(jí) ：0121108學(xué) 號(hào) ：2010210678指 導(dǎo) 教 師 ：賀利芳答辯組 負(fù)責(zé)人：填表時(shí)間： 2015年 6 月郵電大學(xué)教務(wù)處制- 18 - / 24摘要混沌是一種非線性現(xiàn)象，普遍存在于自然界。混沌作為一門新興學(xué)科，越來越受到人們的關(guān)注。從上世紀(jì)九十年代起有由混沌與通信相結(jié)合而成的多種通信方式中，尤以差分混沌鍵控（DCSK）通信為最。本文在研究DCSK的基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)的方案。這種方案提高了信息傳輸速率

2、與信號(hào)在傳輸中的安全性。將差分混沌鍵控(DCSK)中的參考信號(hào)和信息信號(hào)通過不同的線路信道或不同的頻帶信道傳輸, 在接收端通過相關(guān)接收解調(diào)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。 這一方案回避了延時(shí)結(jié)構(gòu)和切換結(jié)構(gòu), 且發(fā)送端可以連續(xù)工作。改進(jìn)方案中參考信號(hào)和信息信號(hào)不在同一頻帶或線路信道中提高了信號(hào)在傳輸中的安全性。并對(duì)方案性能進(jìn)行了仿真分析, 仿真分析表明改進(jìn)方案具有與DCSK 相似的噪聲特性,在混沌信號(hào)源帶寬和信息信號(hào)長(zhǎng)度一樣的條件下, 改進(jìn)系統(tǒng)有更快的信息傳輸速率。仿真結(jié)果說明了該改進(jìn)系統(tǒng)有效可靠。上述研究容對(duì)于未來無線通信系統(tǒng)，有著積極的促進(jìn)作用。關(guān)鍵詞混沌差分混沌鍵控 參考信號(hào)傳輸系統(tǒng) 噪聲特性 ABSTR

3、ACTChaos，as an ubiquitous nonlinear phenomenon，has been integrated into various subjects，which attract more and more researchers in the past decadesChaotic signals with the extremesensitivity to initial conditions，noiselike characteristic and the continuous widebandspectrum，are natural candidates fo

4、r carrying information in the contemporary communicationenvironmentsFrom the last decade of the 20thcentury,the application of chaos toconventional communications has generated many novel communicationschemes，such as general CSK，DCSK，CDSK，and etc.In order to improve efficiency and safety , this pape

5、r presents an improved DCSKscheme ,which transmits the reference chip and information-bearing chip of the differential chaos shift keying (DCSK)through respectivechannels (line or bandwidth), and then demodulates the binary digital signal using correlatorin thereceiver. This scheme avoids delay and

6、switch construct and it can transmit continuously .Because the referencechip and information-bearing chip are transmit ted through respective channels , its signals are more difficult to interceptduring transmission. The performance of this scheme is simulated and analyzed , indicating that the nois

7、eperformance of the enhanced scheme is similar with DCSK .It cantransmit the signals more quickly than DCSKwhen they have the same chaotic signal bandwidth and information-bearing chip length .The result of the simulationproves the effect and reliability of the scheme . These working are good for wi

8、reless transmissionKey wordschaotic differential chaotic shift keying (DCSK)transmitted reference system noise performance 目錄前 言- 1 -第一章 緒論- 3 -第一節(jié) 混沌通信背景- 3 -第二節(jié) 國(guó)外研究現(xiàn)狀- 4 -第三節(jié) 本章小結(jié)- 6 -第二章 現(xiàn)有的混沌通信方案- 7 -第一節(jié) DCSK通信方案- 7 -一、DCSK通信原理- 7 -二、DCSK在高斯白噪聲信道下的性能分析- 8 -第二節(jié) CDSK通信方案- 9 -第三節(jié) 本章小結(jié)- 10 -第三章 改進(jìn)的

9、DCSK通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)- 11 -第一節(jié) 改進(jìn)的DCSK通信原理- 11 -第二節(jié) 改進(jìn)的DCSK性能分析- 11 -第三節(jié)本章小結(jié)- 11 -第四章 仿真與分析- 13 -第一節(jié) DCSK仿真- 13 -第二節(jié) 改進(jìn)的DCSK仿真- 14 -第三節(jié) 改進(jìn)的DCSK與DCSK方案仿真分析比較- 16 -第四節(jié) 本章小結(jié)- 16 -結(jié) 論- 17 -致 - 18 -參考文獻(xiàn)- 19 -附錄- 20 -一、英文原文- 20 -二、英文翻譯- 21 -三、其他- 22 -前 言混沌存在于自然界中，是一種區(qū)別于線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)形式。混沌通信是一門非常新的科目。上世紀(jì)七十年代初期開始研究的混沌學(xué)，它

10、非常有氣勢(shì)，幾乎使整個(gè)科學(xué)領(lǐng)域階開了新的一頁(yè)，比如數(shù)學(xué)、物理學(xué)等領(lǐng)域。它的影響力跨越了不同的領(lǐng)域，諸如物理、化學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)，以與技術(shù)科學(xué)、社會(huì)科學(xué)等各種科學(xué)領(lǐng)域?；煦鐚W(xué)將確定論和概率論這兩大科學(xué)體系架起了橋梁，混沌通信、混沌控制以與混沌生命經(jīng)成為混沌的主要應(yīng)用領(lǐng)域，具有非常大的應(yīng)用價(jià)值。 由于混沌運(yùn)動(dòng)是不規(guī)則的以與不可預(yù)推測(cè)的，現(xiàn)今為止，這種令人難以捉摸運(yùn)動(dòng)都被忽略了，正式因?yàn)檫@樣，我們現(xiàn)在才可以用數(shù)學(xué)算式來很精確地描述真實(shí)自然。但許多電路與系統(tǒng)本身不是線性的。許多工程師仍然把更多的注意力投入到線性的東西和模型研究與應(yīng)用中，這雖然解決了實(shí)際中的一些問題，但這僅僅考慮了近似線性而忽略非線性

11、因素，它要付出的代價(jià)是非常巨大的。所以要對(duì)線性模型進(jìn)一步做出研究，就必須要考慮到非線性的因素，尤其它將很可能阻礙非線性系統(tǒng)特性的研究，而這種非線性系統(tǒng)的復(fù)雜性在信息的傳輸、編碼、存儲(chǔ)、安全等方面具有很大的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)今，全世界有關(guān)研究非線性的部門已經(jīng)逐漸意識(shí)到開發(fā)非線性系統(tǒng)的潛力,多個(gè)國(guó)家的科學(xué)家們也正進(jìn)行研究一些有關(guān)非線性的項(xiàng)目。人們幾乎評(píng)價(jià)混沌是上世紀(jì)最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。在近的十幾年來，混沌在數(shù)字通信領(lǐng)域的應(yīng)用有了很大的發(fā)展13在多種混沌通信系統(tǒng)中, 差分混沌鍵控(DCSK)4 具有極強(qiáng)的魯棒性。為了隱藏信號(hào)，同時(shí)又利用了混沌信號(hào)在時(shí)域和頻域同樣的類似噪聲的特性。近幾年來, DCSK 成為混

12、沌通信研究的主要方向。文獻(xiàn)59中從通信理論和統(tǒng)計(jì)分析對(duì)混沌數(shù)字通信技術(shù)作了研究。 通過對(duì)理論的分析和計(jì)算機(jī)仿真, 比較了差分混沌鍵控、相關(guān)延遲鍵控( Correlation Delay Shift Keying , CDSK) 等多種通信系統(tǒng)的噪聲性能, 并指出了各個(gè)通信體貼的優(yōu)點(diǎn)和在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用碰到的難點(diǎn)。像DCSK 通信方案具有良好的噪聲性能, 但是在發(fā)送端有延時(shí)結(jié)構(gòu)和Switch 結(jié)構(gòu)在硬件實(shí)現(xiàn)上有一定的難度, 參考信號(hào)和信息信號(hào)在同一頻帶信道中傳輸, 傳輸過程中被截獲后容易被破譯。 CDSK 方案的發(fā)送端用加法器代替了開關(guān)結(jié)構(gòu), 使它可以連續(xù)工作, 且信號(hào)更加均勻, 截獲后不容易被破

13、譯, 但是付出了非常大的代價(jià)比如噪聲性能下降。本文提出了一種改進(jìn)的DCSK通信方案, 該方案利用現(xiàn)有的通信方式中參考信道和信息信道的概念11 , 把參考信號(hào)和信息信號(hào)通過不同的線路信道或頻帶信道傳輸, 在接收端通過互相關(guān)器判決解調(diào), 并對(duì)它的性能進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真分析。針對(duì)上文提到的問題，本文主要完成了以下工作:第一章作為本文的開篇，介紹與通信相關(guān)的一些容。第二章介紹混沌系統(tǒng)和混沌鍵控通信，重點(diǎn)研究了數(shù)字混沌通信中的兩個(gè)重要的通信系統(tǒng)CSK、DCSK系統(tǒng)。第三章 對(duì)現(xiàn)有的差分混沌鍵控方式提出了一種改進(jìn)的方案。第四章，對(duì)差分混沌鍵控通信與其改進(jìn)的通信系統(tǒng)做了仿真并分析。本文通過對(duì)理論研究和仿真的比

14、較，在差分混沌鍵控通信基礎(chǔ)上得到了改進(jìn)的系統(tǒng)。它改善了傳統(tǒng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ,并且參考信號(hào)和信息信號(hào)在不同的頻帶和線路信道中, 提高了信息在傳輸中的安全性。第一章 緒論第一節(jié) 混沌通信背景混沌是指沒有規(guī)則的、混亂的狀態(tài)。其實(shí)某種意義上來說，混沌又指宇宙初開，宇宙上的物質(zhì)處于原始狀態(tài)。如我國(guó)古代哲學(xué)認(rèn)為，盤古開天辟地之前，自然界處于混沌狀態(tài)?；煦缭诠畔ＥD的理解與在我國(guó)相似，混沌意味著各種物體、事物生成以前宇宙的原始狀態(tài)。上世紀(jì)六十年代，美國(guó)氣象學(xué)家Lorenz在研究?jī)蔁o限平面之間的流體，其下層加熱對(duì)流的運(yùn)動(dòng)，以模擬大氣在地面受加熱時(shí)氣流對(duì)流的情形。經(jīng)過簡(jiǎn)化后得到一個(gè)地表大氣對(duì)流模型，這就是所謂的“蝴蝶

15、效應(yīng)”。上世紀(jì)七十年代中期以后，是混沌學(xué)發(fā)展尤為迅速的年代。這時(shí)，混沌學(xué)作為一門新興學(xué)科正式誕生。近10年來，混沌學(xué)更是與其他學(xué)科相互滲透，在很多領(lǐng)域混沌都得到了廣泛的應(yīng)用。自八十年代以來，國(guó)際上混沌通信主要經(jīng)歷了具有歷史意義的三件大事：1983年，蔡少棠教授首次提出了著名的蔡氏電路。其過參數(shù)的改變，可產(chǎn)生從倍周期分岔、單渦卷、周期3到雙渦卷等十分復(fù)雜的混沌現(xiàn)象，從而使人們能從電路的角度較為方便地對(duì)混沌機(jī)理與特性進(jìn)行研究；1990年，美國(guó)研究人員Pecora和Carroll首次利用驅(qū)動(dòng)-響應(yīng)法實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)混沌的同步，這一進(jìn)展，將使混沌理論應(yīng)用于通信領(lǐng)域成為可能；自1991年以來，國(guó)際上相繼提出的

16、多種混沌通信與其理論與方法，使混沌通信成為現(xiàn)代通信領(lǐng)域的一個(gè)新的分支，隨著混沌通信不斷地發(fā)展，它將成為本世紀(jì)通信技術(shù)的一個(gè)重要方向。如今，混沌的發(fā)現(xiàn)是繼相對(duì)論和量子力學(xué)后，二十世紀(jì)物理學(xué)的第三次重大革命?；煦缡且环N非線性現(xiàn)象，它普遍存在于自然界?；煦缱鳛橐婚T新興學(xué)科，越來越受到人們的關(guān)注?；煦鐚W(xué)的創(chuàng)立，在確定論和概率論這兩大科學(xué)體系之間架起了橋梁，將揭開物理學(xué)、數(shù)學(xué)乃至整個(gè)現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的新篇章。按目前國(guó)際上的研究水平，混沌通信劃分為四大類：混沌擴(kuò)頻、混沌鍵控、混沌參數(shù)調(diào)制、混沌掩蓋。其中混沌擴(kuò)頻、混沌鍵控、混沌參數(shù)調(diào)制屬于混沌數(shù)字通信，混沌掩蓋屬于混沌模擬通信。 近年來，人們逐漸認(rèn)識(shí)到混沌數(shù)字

17、通信在混沌通信中的巨大應(yīng)用價(jià)值，現(xiàn)今，研究混沌數(shù)字通信的人數(shù)數(shù)量逐漸增加。如今，如何圍繞這四大類混沌通信系統(tǒng)進(jìn)行理論分析、仿真和研究，已經(jīng)成為通信界熱切關(guān)注的重點(diǎn)之一。在這四大類混沌通信中，混沌鍵控占有重要的地位，具有較大的發(fā)展前景與應(yīng)用價(jià)值。由于混沌信號(hào)對(duì)初始條件的敏感性，現(xiàn)今要利用信道傳輸實(shí)現(xiàn)混沌同步，進(jìn)行可靠地的通信,仍然有非常大的困難。由于非相干混沌通信不需要混沌同步，因此，它成了現(xiàn)今國(guó)際國(guó)研究的重點(diǎn)之一。在多種非同步通信中，DCSK具有極強(qiáng)的魯棒性，同事它有利于了混沌信號(hào)在時(shí)域和頻域圖中的相似的噪聲特性，起到了隱藏信號(hào)的目的，因此DCSK成為了在混沌通信界重點(diǎn)研究的方向之一。第2節(jié)

18、國(guó)外研究現(xiàn)狀1983年，蔡少棠教授首次提出了蔡氏電路，它是到目前今為止一直是研究混沌現(xiàn)象的重要模型之一。其優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單系統(tǒng)卻能產(chǎn)生非常復(fù)雜的行為，許多關(guān)于混沌的研究是在蔡氏電路的基礎(chǔ)上。其在混沌領(lǐng)域占有非常重的地位。使人們能從電路的角度較為方便地對(duì)混沌通信進(jìn)行研究；蔡氏電路現(xiàn)今已是研究混沌通信領(lǐng)域的先驅(qū)者。1987年，蔡少棠教授介紹了識(shí)別與分析混沌行為的基本方法，給出了一些解釋和預(yù)測(cè)混沌的屬性工具，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜非線性現(xiàn)象和混沌理論從屬性抽象到實(shí)際電路硬件實(shí)驗(yàn)研究的轉(zhuǎn)變，為以后進(jìn)一步研究混沌奠定了基礎(chǔ)。上世紀(jì)九十年代初期，美國(guó)三大物理學(xué)家Ott, Grebogi, Yorke合作研究實(shí)習(xí)了對(duì)混沌

19、的控制，美國(guó)科學(xué)家Pecora 和Carroll第一次用電子線路實(shí)現(xiàn)了對(duì)混沌的同步。這一研究，打破了傳統(tǒng)中混沌運(yùn)動(dòng)是一種危險(xiǎn)的運(yùn)動(dòng)這一觀念。研究結(jié)果表明，混沌不僅可以駕馭并且控制，且還可以作為信息傳輸與處理的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)，使混沌理論在通信中應(yīng)用成為可能。1992年，在“International Journal of Bifurcation and Chaos”期刊上關(guān)于混沌掩蓋通信的研究，在混沌通信方面開辟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。之后，國(guó)際上相繼提出了多種混沌通信方式與理論，致使混沌通信成為現(xiàn)代通信領(lǐng)域的一個(gè)新分支，現(xiàn)如今，由于混沌通信的不斷發(fā)展，它已經(jīng)成為本世紀(jì)通信領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。上世紀(jì)

20、九十年代中期以來，我國(guó)許多單位都在進(jìn)行這方面的研究。并且已經(jīng)取得一定的研究成績(jī)。如今混沌越來越受到中國(guó)學(xué)者的重視?；煦缤ㄐ旁谖覈?guó)乃至全世界都是一個(gè)新型的課題，尤其在混沌應(yīng)用領(lǐng)域還有待進(jìn)一步的深入研究。通信是未了傳遞消息，例如把地點(diǎn)A的消息傳輸?shù)降攸c(diǎn)B，或者把地點(diǎn)A和地點(diǎn)B的消息雙向傳輸。實(shí)現(xiàn)通信的方式很多。隨著科技的發(fā)展，目前電通信方式已是使用最廣泛的方式通信方式。即用電信號(hào)攜帶所要傳遞的消息，然后經(jīng)過各種電信道進(jìn)行傳輸，達(dá)到通信的目的。電信號(hào)由一個(gè)地方向另一地方傳輸需要通過媒質(zhì)，按照媒質(zhì)的不同通信方式可以分為兩大類：有線通信和無線通信。無論是有線通信還是無線通信，為了實(shí)現(xiàn)消息的傳遞和交換，都

21、需要一定的技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)。為完成通信任務(wù)所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)所構(gòu)成的總體稱為通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)的一般模型如圖1.1所示。圖源即原始電信號(hào)的來源，它的作用是將原始消息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。這樣的電信號(hào)一般稱為消息信號(hào)或基帶信號(hào)。二、通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)可以分為兩類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)的模型方框圖如圖1.2所示。發(fā)送設(shè)備一般說來包括調(diào)制、放大、天線等，這里只畫了一個(gè)調(diào)制器，目的是為了突出調(diào)制的重要性。同樣接收設(shè)備只畫了一個(gè)解調(diào)器。這樣，圖1.2就是一個(gè)最簡(jiǎn)化的模擬通信系統(tǒng)模型。三、數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖1.3。這里的發(fā)送設(shè)備包括信源編碼、信道編碼和

22、調(diào)制三部分。信源編碼是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行編碼，得到相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，而信道編碼則是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行再次編碼，使之具有自動(dòng)檢錯(cuò)或糾錯(cuò)的能力。數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制形成數(shù)字調(diào)制信號(hào)，高質(zhì)量的數(shù)字通信系統(tǒng)才有信道編碼部分。目前，無論是模擬通信還是數(shù)字通信，在通信業(yè)務(wù)中都得到了廣泛的應(yīng)用，但是，數(shù)字通信更能適應(yīng)對(duì)通信技術(shù)越來越高的要求。數(shù)字通信越來越成為當(dāng)代通信系統(tǒng)的主流。這是由于與模擬通信相比，數(shù)字通信有如下優(yōu)點(diǎn)：1抗干擾能力強(qiáng)、抗噪聲性能好。在遠(yuǎn)距離傳輸中，各中繼站可以對(duì)數(shù)字信號(hào)波形進(jìn)行整形再生而消除噪聲的積累。此外，還可以通過采用差錯(cuò)控制編碼方法進(jìn)一步改善傳輸質(zhì)量。2易加密，通性好。3設(shè)計(jì)和制造更容易，

23、通信設(shè)備的體積小、重量輕、功耗低。4與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合。數(shù)字信號(hào)便于處理、存儲(chǔ)和交換，便于和計(jì)算機(jī)相連接，也便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理。當(dāng)然，數(shù)字通信的許多優(yōu)點(diǎn)都是用比模擬通信占據(jù)更寬的系統(tǒng)頻帶而換得的。如，一般模擬只占據(jù)4kHz帶寬，但一路數(shù)字卻要占據(jù)2060kHz的帶寬。因此數(shù)字通信中頻帶利用率不高。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，有待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不斷增加，傳輸可靠性和性要求越來越高，所以實(shí)際工程中寧可犧牲系統(tǒng)頻帶而要采用數(shù)字通信。至于在頻帶較多的場(chǎng)合，比如毫米波通信、光通信等，當(dāng)然都選擇數(shù)字通信了。第三節(jié) 本章小結(jié)本章節(jié)主要是對(duì)混沌通信目前已有的研究結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，包括混沌通信的發(fā)展背景，其次就是國(guó)外研

24、究現(xiàn)狀，以與我們對(duì)于現(xiàn)在要去攻克的難題的提出。而本文，我們挑選了一種差分混沌通信進(jìn)行詳細(xì)介紹，具體會(huì)在第二章介紹，其他的方法也會(huì)簡(jiǎn)單提到原理。本章作為研究背景為后續(xù)章節(jié)提供了研究必要性與研究方向性的闡述。第2章 現(xiàn)有的混沌通信方案第1節(jié) DCSK通信方案一、DCSK通信原理DCSK 系統(tǒng)的發(fā)送端，每一比特信息由2段一樣長(zhǎng)度的混沌信號(hào)組成，第一段為參考信號(hào)，第二段為信息信號(hào)。信息信號(hào)與先前的參考信號(hào)一樣還是相反，取決于當(dāng)前比特符號(hào)是“1”還是“0”。當(dāng)傳輸?shù)氖恰?”時(shí)信息信號(hào)與參考信號(hào)為兩段一樣的同向信號(hào); 假設(shè)傳輸?shù)氖恰?”時(shí)發(fā)送端兩段信號(hào)反相，即信息信號(hào)與參考信號(hào)反相。在接收端接收了參考信號(hào)

25、與信息信號(hào)后，送入與之相關(guān)的計(jì)算機(jī)，計(jì)算這兩段信號(hào)的相關(guān)特性，根據(jù)相關(guān)特性的正負(fù)進(jìn)行信息恢復(fù)，相關(guān)特性大于零，則信息信號(hào)為“1”；反之，相關(guān)特性小于零則信息信號(hào)為“0”。DCSK 系統(tǒng)原理圖如圖2.1所示。圖 1.1圖2.1 DCSK系統(tǒng)框圖差分混沌鍵控通信是目前研究最多的鍵控通信系統(tǒng)，其系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，誤碼率低，抗干擾能力強(qiáng)，這些優(yōu)點(diǎn)都非常適用于實(shí)際系統(tǒng)的傳輸。DCSK系統(tǒng)尤為明顯的優(yōu)點(diǎn)是其在有噪信道或者無噪信道下，它的判決門限值都為0，并且由于參考信號(hào)和信息信號(hào)要經(jīng)過同一信道，故DCSK的調(diào)制方式對(duì)信道畸變不敏感，并且在參數(shù)變化比較慢（在M 相對(duì)為常數(shù)）的時(shí)變信道中具有較好的性能。但DC

26、SK最主要的缺點(diǎn)是傳輸速率只有其他系統(tǒng)的一半,因?yàn)橄到y(tǒng)在一個(gè)信號(hào)傳輸周期，其中發(fā)送不含信息的參考信號(hào)用去了半個(gè)信號(hào)傳輸時(shí)間，系統(tǒng)帶寬利用率和數(shù)據(jù)的傳輸速率都隨之降低，而且該通信信道發(fā)送的信息信號(hào)只有攜帶信息信號(hào)和參考信號(hào)的同相和反相的區(qū)別，所以信道的安全性較低，發(fā)送的信息被獲取后通過分析很容易破譯出傳輸信號(hào)。二、DCSK在高斯白噪聲信道下的性能分析在每個(gè)信息比特時(shí)間間隔發(fā)送（為擴(kuò)頻系數(shù)）個(gè)離散樣值，發(fā)送機(jī)先發(fā)送長(zhǎng)度為的混沌序列作為參考信號(hào)，接著發(fā)送序列(參考序列與信息序列的相乘得到的序列), 從發(fā)送端輸出的每一比特信號(hào)由參考信號(hào)和信息信號(hào)組成,表示為: (2.1) 接收機(jī)通過相關(guān)器恢復(fù)出碼元信

27、息，（接收信號(hào))和(時(shí)延為)在M區(qū)間進(jìn)行相關(guān)，相關(guān)輸出Z的表達(dá)式如下： (2.2)其中，接收信號(hào)，是均值為0的加性高斯白噪聲，相關(guān)輸出Z可以改寫成 （2.3）該式中前一項(xiàng)為有用信號(hào)，后一項(xiàng)代表信道噪聲產(chǎn)生的影響，因其為均值為零的隨機(jī)噪聲。故這種情況下，接收機(jī)為無偏估計(jì)器，判決電路的門限電平為零，與信噪比無關(guān)。因此可把上式改寫為 （2.4）該式中，前一項(xiàng)為有用信息，對(duì)于DCSK來說，后面的兩項(xiàng)是干擾信息。是由擴(kuò)頻后“混沌”引起的估計(jì)干擾，是噪聲項(xiàng)。隨著擴(kuò)頻增益的變大，越來越像高斯分布，故只需要算出的均值和方差就可以確定來源于噪聲和干擾帶來的影響。對(duì)于任意的統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，且對(duì)任意的統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。因此很容易

28、得出和兩者積德均值，和兩者的和的方差，同理也可以得到的方差為 （2.5）該式中，是噪聲方差，是前面所說的擴(kuò)頻后信息比特能量“混沌”變化引起的估計(jì)干擾的的方差，與混沌映射有關(guān)。故可得到的方差為,由于估計(jì)干擾和噪聲的和均值為0，故的方差為 （2.6）于是得出其誤碼率為 （2.7）將式（2.6）代入式（2.7）中可以得到 （2.8）第2節(jié) CDSK通信方案1、 CDSK通信原理CDSK可以看作是DCSK的一種演變形式。這一方案中，傳輸?shù)男盘?hào)是混沌信號(hào)與其延時(shí)后信號(hào)同信息符號(hào)乘積的和。如圖2.2(a)所示。同DCSK通信不同，CDSK調(diào)制端并沒有切換開關(guān)，因此能產(chǎn)生連續(xù)的傳輸信號(hào)。而且，延時(shí)時(shí)間也不一

29、定要精確到等于符號(hào)周期的一半，傳輸?shù)男盘?hào)再一個(gè)符號(hào)周期也不會(huì)出現(xiàn)重復(fù)的情況。這樣的傳輸信號(hào)是均勻的，減小了截獲后可破譯的可能性。除了延遲的時(shí)間不同以外，CDSK的解調(diào)端與DCSK的解調(diào)端相類似。同時(shí)，由于不同部分的混沌信號(hào)是不相關(guān)的，相關(guān)器的輸出就更加不確定，它的誤碼性能也就要比DCSK的誤碼性能差。2、 CDSK性能分析CDSK(見圖2)與DCSK 的不同之處在于發(fā)送端的開關(guān)結(jié)構(gòu)被加法器代替。CDSK 的信號(hào)沒有重復(fù)的信號(hào)。接收端與DCSK 一樣。CDSK的信號(hào)一個(gè)混沌序列與延遲后的信息序列的和, 可以表示為第3節(jié) 本章小結(jié)本章首先講述了DCSK系統(tǒng)的基本原理，隨后推導(dǎo)出DCSK在萊斯信道的

30、誤碼率公式，進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)；又分析了DCSK在高斯白噪聲信道、瑞利衰落信道的誤碼性能，并對(duì)其分析進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。 通過仿真證明了DCSK通信系統(tǒng)在萊斯信道中比在瑞利信道中國(guó)具有更好的誤碼率，這與前面的理論分析結(jié)果是一致的。為第四章相應(yīng)的仿真提供了理論基礎(chǔ)。第三章 改進(jìn)的DCSK通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第一節(jié) 改進(jìn)的DCSK通信原理本文提出的改進(jìn)的差分混沌鍵控通信方案原理圖如圖(3.1)所示。在發(fā)送端將二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為不同的極性信號(hào), 用混沌信號(hào)源作為擴(kuò)頻信號(hào), 一個(gè)信道中傳輸數(shù)字信號(hào)和混沌擴(kuò)頻信號(hào)的乘積, 另一個(gè)信道傳輸擴(kuò)頻信號(hào), 在接收端將兩路信號(hào)輸入相關(guān)器, 進(jìn)行判決接收。對(duì)DCSK誤碼率的分

31、析過程5 , 根據(jù)改進(jìn)的DCSK系統(tǒng)框圖可以得到發(fā)送端發(fā)送的兩路信號(hào)可以表示為,在接收端，相關(guān)器的輸出可以表示為 （3.1） 將相關(guān)器的輸出寫成如下形式： (3.2)式中：。對(duì)于整個(gè)信號(hào)來說。在混沌系統(tǒng)中和之間的相關(guān)性隨著的增大快速衰減。假定足夠大，和可近似看作高斯過程。由于在任何條件下，統(tǒng)計(jì)獨(dú)立于，可以得到對(duì)于任何，和的互相關(guān)為0.同理，中的各項(xiàng)間的互相關(guān)性也為0.所以，的方差可以表示為對(duì)于整個(gè)信號(hào)來說，A=Eb/2。在混沌系統(tǒng)中，與之間的相關(guān)性隨著k的絕對(duì)值的而快速衰減。假如M 足夠大，和可以近似看作高斯過程。由于無論（,）為多少，都統(tǒng)計(jì)獨(dú)立于，可以得出對(duì)于任何,與的相互關(guān)系為0。同理，中

32、各項(xiàng)間的相互關(guān)系也為0。故其方差可以表示為第二節(jié) 改進(jìn)的DCSK性能分析第三節(jié)本章小結(jié)本章主要介紹的是一種改進(jìn)的混沌差分鍵控通信系統(tǒng)，讓讀者能夠快速的了解各種方法的原理以與目前達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。其次就是重點(diǎn)說明了改進(jìn)的這種通信方案的原理與其性能，因?yàn)檫@種通信是在傳統(tǒng)的差分混沌鍵控基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成。因此，它們具有很大的聯(lián)系，又有著明顯的差別，本文給出其具體的通信原理以與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)流程。關(guān)于改進(jìn)的通信系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果將在第四章單獨(dú)給出，以與他們的相關(guān)性能比較會(huì)在第四章和結(jié)論中給出。第4章 仿真與分析第1節(jié) DCSK仿真一、高斯白噪聲信道從下圖4.1中可以看出,當(dāng)為較小信噪比時(shí)，誤碼率隨著M值的增大而增大；

33、當(dāng)為較大信噪比時(shí)，誤碼率隨著M值得增大而減小。圖4.1 DCSK在不同M值下的理論誤碼率從圖4.2中可以看出，M值越大，理論誤碼率與仿真誤碼率越接近、吻合，這是因?yàn)槭剑?.5）中 近似當(dāng)作是高斯隨機(jī)變量是在M足夠的情況下提出來的。圖4.2 DCSK理論誤碼率與仿真誤碼率比較二、DSCK在瑞利衰落噪聲信道下的性能分析三、DSCK萊斯信道下的性能分析第二節(jié) 改進(jìn)的DCSK仿真仿真改進(jìn)的DCSK 通信方案。在仿真中假設(shè)M=100 ,統(tǒng)計(jì)10000比特信息的誤碼率。圖4.6和圖4.7是對(duì)改進(jìn)的差分混沌鍵控通信方案噪聲性能的仿真曲線。圖4.6中其中一條曲線是兩條信道的噪聲情況一樣的條件下的噪聲特性曲線,

34、 另一條曲線則是一條信道的噪聲固定在15dB的情況下,另一條信道的噪聲變化的曲線,兩條曲線在15 dB 左右相交。圖4.7中一條曲線是兩條信道的噪聲情況一樣的條件下的噪聲特性曲線,另一條曲線是一條信道的噪聲固定在5dB的情況下, 另一條信道的噪聲變化的曲線, 兩條曲線在5 dB左右相交?？梢钥闯鰯?shù)值仿真與理論曲線是基本相符合的, 在信噪比較高的情況下受到仿真用的比特?cái)?shù)的限制, 有一定的不同。圖4.6 信道1信噪比為15dB圖4.7信道1信噪比為5dB第三節(jié) 改進(jìn)的DCSK與DCSK方案仿真分析比較圖4.8是改進(jìn)的混沌通信方案、DCSK 、CDSK 噪聲性能的仿真曲線和理論曲線。當(dāng)改進(jìn)的混沌通信

35、方案的兩條信道有一樣的噪聲條件時(shí), 它具有和DCSK 一樣的噪聲性能。而CDSK 的噪聲性能要比前DCSK和改進(jìn)的DCSK的噪聲性能要差。圖4.8 DCSK 、改進(jìn)DCSK 和CDSK 方案的比較在實(shí)際的通信系統(tǒng)中更應(yīng)關(guān)注的是在信噪比條件下的誤碼率。通過公式可以知道在較大的信噪比情況下誤碼率主要取決于信噪比。第四節(jié) 本章小結(jié)本章節(jié)作為整篇論文的核心章節(jié)。按照前言給出的課程框架順序?qū)Ω鞣N混沌通信在不同的信道下逐一進(jìn)行仿真并分析。最后對(duì)各種混沌通信之間的仿真結(jié)果進(jìn)行相互比較，并分析相互間的關(guān)系,得出各通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。為后續(xù)的研究提供基礎(chǔ)。結(jié) 論混沌學(xué)從創(chuàng)立至今不過短短幾十載，而混沌通信也不過是十

36、多年，就將混沌應(yīng)用于通信系統(tǒng)中，使得人們對(duì)混沌系統(tǒng)有了更加深入的認(rèn)識(shí)?；煦缤ㄐ攀且粋€(gè)非常新的領(lǐng)域，對(duì)于其在理論研究和實(shí)驗(yàn)方面等領(lǐng)域都非常有待于進(jìn)一步完善。較之混沌數(shù)字調(diào)制中的其他調(diào)制，混沌鍵控調(diào)制系統(tǒng)是非常重要的一類調(diào)制，其中非相干解調(diào)的差分混沌鍵控調(diào)制系統(tǒng)不收混沌同步的限制，無論在有沒有噪聲的情況下，它的判決門限值都可以設(shè)置為0，而且差分混沌鍵控調(diào)制方式對(duì)信道的畸變不敏感，在參數(shù)變化較慢的情況下，時(shí)變信號(hào)具有較好的性能。在多種非同步通信中，差分混沌鍵控通信具有極強(qiáng)的魯棒性。本文主要致力于差分混沌鍵控通信系統(tǒng)的研究，主要對(duì)差分混沌鍵控通信調(diào)制系統(tǒng)在不同的信道下的誤碼性能與其改進(jìn)的通信系統(tǒng)進(jìn)行了

37、分析。差分混沌鍵控( DCSK) 具有極強(qiáng)的魯棒性，同時(shí)又利用了混沌信號(hào)類似噪聲的特性，采用非相干接收，避免了混沌同步問題，因而得到廣泛應(yīng)用。本文針對(duì)DCSK 的傳輸效率問題，對(duì)其加以改進(jìn)，并與傳統(tǒng)DCSK系統(tǒng)進(jìn)行性能比較。通過仿真可以看出，仿真結(jié)果與理論結(jié)果一致，從而驗(yàn)證了該方案的正確性。而且和傳統(tǒng)的DCSK 系統(tǒng)相比，改進(jìn)的DCSK系統(tǒng)較之傳統(tǒng)的DCSK系統(tǒng)，其在數(shù)據(jù)傳輸中的誤碼率更低，性也更好。本文對(duì)傳統(tǒng)的DCSK通信系統(tǒng)中造成估值誤差的因素進(jìn)行了分類, 并提出了改進(jìn)的DCSK通信系統(tǒng), 該系統(tǒng)具有克服估值誤差和降低信道嗓聲干擾帶來的誤差的特性, 仿真結(jié)果表明, 新型測(cè)DCSK 通信系統(tǒng)

38、具有較好的抗嗓聲特性。與陽(yáng)FM-DCSK 系統(tǒng)比較, 雖然在該系統(tǒng)中由于去噪聲模塊帶來的誤差使其嗓聲特性略遜于FM-DCSK系統(tǒng), 但是，該系統(tǒng)降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性, 易于實(shí)現(xiàn)。致 至此，畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，這也意味著我在郵電大學(xué)美好而難忘的大學(xué)學(xué)習(xí)生涯即將結(jié)束。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)與論文寫作的過程中我學(xué)到了很多東西。首先我要感我的導(dǎo)師剛老師，他在我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)與論文的過程中，給予了我很大的幫助。從課題的選擇到論文的最終完成，老師始終都給予我耐心幫組與細(xì)心指導(dǎo)。這使我一步步走出最開始的迷惑，最終完成了論文。值得一提的是，老師宅心仁厚，親切和藹，對(duì)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)。在她的身上，我感受到一個(gè)學(xué)者的嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)與人

39、師的無私奉獻(xiàn)，這些都讓我們獲益菲淺，并且將終生受用無窮。畢竟“經(jīng)師易得，人師難求”，借此機(jī)會(huì)我再次向儐老師表示我最衷心的感！然后感妮婷學(xué)姐，在畢設(shè)時(shí)候給予我很大的幫助，而且一邊是老師給的項(xiàng)目要交，一邊還要幫我解決各種問題，真的十分感！回首大學(xué)幾年，可愛的母校越變?cè)矫利?，而我也從懵懂的少年蛻變?yōu)橐粋€(gè)有理想，敢于擔(dān)當(dāng)?shù)那嗄?。在此我還要感四年來所有教授過我的老師們，你們的敦敦教導(dǎo)我永遠(yuǎn)銘記在心。雖然我不是你們最優(yōu)秀的學(xué)生，但你們都是我最尊敬的老師。參考文獻(xiàn)1 KOLUMB N G, KENNEDY M P, CH UA L O.The role ofsynchronization in digita

40、l communications using chaosPartI :Fundamentals of digitalcommunicationsJ.IEEE TransCircuits Syst,1997,44(10):927-936.2 ROVATTI R, SETTI G, MAZZINI G.Chaotic complexspreading sequences forasynchronous DS-CDMAPart II :Some theoretical performance boundsJ .IEEE Trans CircuitsSyst,1998,45(6):496-506.3 KOLUMB N G, KENNEDY M P.The role of synchronizationin dig