基于OFDM-DCSK通信系统的信号发射和接收方法技术方案

OFDM‑DCSK通信系统，涉及无线通信领域，本发明专利技术是为了在OFDM‑DCSK系统中增加数据速率、解决RF延时问题，本发明专利技术是不相干的混沌通信方案，在该方案中，所有的子载波分为几组，每组的中央子载波传送混沌参考序列，而其它组内的子载波用来传送被调制的数据流。因此相比于传统的DCSK系统，这种发送结构提高了频谱利用率。在接收端无需射频延时电路来解调接收到的数据，这为该系统应用到实际中提供了便利条件。本发明专利技术适用于无线通信场合。

【技术实现步骤摘要】
基于OFDM-DCSK通信系统的信号发射和接收方法
本专利技术涉及无线通信领域。
技术介绍
由于混沌信号具有以下特性：非周期性、确定性、类噪声性、宽带以及易于产生。近年来混沌通信系统已被广泛的研究，在过去几年内，陆续提出了一系列混沌调制方案，其中差分混沌移位键控(DCSK)由于其良好的抗噪声性能和简单的发送需求，是最适合应用于实际的调制方式。见2011年公开的文献1：《PerformanceanalysisofdifferentialchaoticshiftkeyingcommunicationsinMIMOsystems》和2004年公开的文献2《Exactanalyticalbiterrorratesformultipleaccesschaos-basedcommunicationsystems》；为了提高DCSK系统的频谱利用率，2012年公开的文献3：《High-efficiencydifferential-chaos-shiftkeyingschemeforchaos-basednoncoherentcommunication》中提出了高效DCSK(HE-DCSK)。然而其接收端的射频(RF)延时电路不易于应用到CMOS技术中。在2011年公开的文献4：《Anoveldifferentialchaosshiftkeyingmodulationscheme》和2012年公开的文献5：《Designofahigh-data-ratedifferentialchaos-shiftkeyingsystem》中，作者提出了码复用DCSK(CS-DCSK)去克服RF延时的难题。参考信号和信息信号分别被沃尔什序列和混沌编码序列分离。H.Yang和G.Jiang提出来RM-DCSK方案减少复杂度以及提高信息速率。2010公开的文献6《M-DCSK-basedchaoticcommunicationsinMIMOmultipathchannelswithnochannelstateinformation》研究了MaryDCSK。作为多层次的DCSK，MaryDCSK系统提高了信息速率，但与DCSK系统相比，该系统过于复杂。2013年公开的文献7：《Designandanalysisofamulti-carrierdifferentialchaosshiftkeyingcommunicationsystem》中，作者提出了多载波DCSK(MC-DCSK)技术提高了能量效率，解决了RF演示问题，并且改善了BER性能。2012年公开的文献8：《OFDM-basedchaoticspreadspectrumcommunicationswithhighbandwidthefficiency》中，作者提出了不相干的基于正交频分复用(OFDM)的混沌通信系统。2014年公开的文献9：《AnOFDM-basedchaoticDSSScommunicationsystemwithM-PSKmodulation》中，作者结合Mary相移键控调制，基于OFDM技术，提出了一种相干的混沌直接序列扩频通信系统。将混沌通信应用于多输入多输出(MIMO)信道中的可行性已经在2009年公开的文献10：《Space-timecodingandprocessingwithdifferentialchaosshiftkeyingscheme》中证实，其中使用Alamouti码作为空时分组码(STBC)。接着在2011年公开的文献11：《PerformanceanalysisofdifferentialchaoticshiftkeyingcommunicationsinMIMOsystems》，作者分析了MIMO-DCSK的BER性能。然而，为了STBC解码，需要额外的硬件电路来估计信道状态信息(CSI)。为了解决CSI问题及减小实现的复杂度，作者在2013年公开的文献12：《OneanalogSTBC-DCSKtransmissionschemenotrequiringchannelstateinformation》中提出了模拟的STBC-DCSK方案，其中考虑了两个或三个发送天线和单接收天线的方式。许多文献提出了DCSK系统的性能分析方法，如2012年公开的文献13：《AgeneralizedBERpredictionmethodfordifferentialchaosshiftkeyingsystemthroughdifferentcommunicationchannels》、2010年公开的文献14：《DesignandsimulationofacooperativecommunicationsystembasedonDCSK/FM-DCSK》、2000的公开的文献15：《Performanceanalysisofcorrelation-basedcommunicationschemesutilizingchaos》。高斯近似方法(GA)可以在扩频因子比较大的条件下准确的估计出BER性能。然而当扩频因子较小时，GA表现出低精度的估计。精确的方法在文献13中给出。基于混沌能量分布的方法能在加性高斯白噪声AWGN信道、莱斯信道和瑞利信道中准确的估计DCSK系统的BER性能。当然也有许多文献关注于DCSK系统应用在协作通信领域的性能分析，例如2011年公开的文献16：《PerformanceofDCSKcooperativecommunicationsystemsovermultipathfadingchannels》和2013年公开的文献17《PerformanceofMIMOrelayDCSK-CDsystemsovernakagamifadingchannels》。
技术实现思路
本专利技术是为了在OFDM-DCSK系统中增加数据速率、解决RF延时问题，从而提供一种OFDM-DCSK通信系统。OFDM-DCSK通信系统的信号发射方法为：步骤一、在每帧OFDM-DCSK的传输下，原始信息比特b＝[b0,b1,…,bM×L]∈{0,1}经BPSK调制，获得串行的调制序列d；M+1为子载波数；步骤二、将串行的调制序列d进行串/并换，获得L组并行序列；对于第l组子载波，并行序列表示为m＝1，2，…，M；l＝1，2，…，L；β为扩频因子；步骤三、采用混沌参考序列xl分别将信息比特扩频为并分配到第l组的第m个子载波上；所述混沌参考序列xl由2阶切比雪夫不等式(CPF)产生；其中：2阶切比雪夫不等式为：对于第l组，令表示混沌参考序列；步骤四、将并行序列经过IFFT转换和并/串转换后，发送到无线信道中；OFDM-DCSK通信系统的信号接收方法为：步骤五、接收端从无线信道中接收信号r，并经串/并转换和FFT变换后，获得并行序列；步骤六、分别对每组序列进行解码，每组子载波的解码过程相同，以第一组子载波为例，其解码方法为：首先，中央子载波被存入矩阵P中，其余M个数据信号被存入第2个矩阵S中；矩阵P和S在下面的公式中分别给出：其中：为加到参考信号中AWGN的第j个样本，为加到第一组第m个子载波中的AWGN的第j个样本；经过β段时间后，所有的样本都被存入一个OFD本文档来自技高网...

【技术保护点】
OFDM‑DCSK通信系统，其特征是：OFDM‑DCSK通信系统的信号发射方法为：步骤一、在每帧OFDM‑DCSK的传输下，原始信息比特b＝[b0,b1,…,bM×L]∈{0,1}经BPSK调制，获得串行的调制序列d；M+1为子载波数数量；步骤二、将串行的调制序列d进行串/并换，获得L组并行序列；对于第l组子载波，并行序列表示为m＝1，2，…，M；l＝1，2，…，L；β为扩频因子；步骤三、采用混沌参考序列xl分别将信息比特扩频为并分配到第l组的第m个子载波上；所述混沌参考序列xl由2阶切比雪夫不等式(CPF)产生；其中：2阶切比雪夫不等式为：xj+1=1-2xj2,(-1<xj<1,≠{0,±0.5})]]>对于第l组，令表示混沌参考序列；步骤四、将并行序列经过IFFT转换和并/串转换后，发送到无线信道中；OFDM‑DCSK通信系统的信号接收方法为：步骤五、接收端从无线信道中接收信号r，并经串/并转换和FFT变换后，获得并行序列；步骤六、分别对每组序列进行解码，每组子载波的解码过程相同，以第一组子载波为例，其解码方法为：首先，中央子载波被存入矩阵P中，其余M个数据信号被存入第二个矩阵S中；矩阵P和S在下面的公式中分别给出：P=(x01+n01,x11+n11,...,xβ-11+nβ-11)---(1)]]>S=d11x01+n1,01...d11xβ-11+n1,β-11.........dM1x01+nM,01...dM1xβ-11+nM,β-11,---(2)]]>其中：为加到参考信号中AWGN的第j个样本，为加到第一组第m个子载波中的AWGN的第j个样本；经过β段时间后，所有的样本都被存入一个OFDM‑DCSK帧内，并且解码步骤被激活，最终，发送的M个比特通过计算矩阵乘积的符号并行解码；其中：×是矩阵的乘法，’表示矩阵的转置；步骤七、将解码后的信号进行并/串转换，并进行解调，获得原始信息比特b，并输出。...

【技术特征摘要】
1.基于OFDM-DCSK通信系统的信号发射和接收方法，其特征是，具体步骤如下：步骤一、在每帧OFDM-DCSK的传输下，原始信息比特b＝[b0,b1,…,bM×L]∈{0,1}经BPSK调制，获得串行的调制序列d；L为子载波组数；M+1为L组子载波中每组的子载波数量；步骤二、将串行的调制序列d进行串/并换，获得L组并行序列；对于第l组子载波，并行序列表示为m＝1，2，…，M；l＝1，2，…，L；β为扩频因子；步骤三、采用混沌参考序列分别将信息比特扩频为并分配到第l组的第m个子载波上；所述混沌参考序列由2阶切比雪夫不等式(CPF)产生；其中：2阶切比雪夫不等式为：j为混沌参考信号中的元素的序数；对于第l组，令表示混沌参考序列；步骤四、将并行序列经过IFFT转换和并/串转换后，发送到无线信道中；OFDM-DCSK通信系统的信号接收方法为：步骤五、接收端从无线信道中接收信号r，并经串/并转换和FFT变换后，获得并行序列；步骤六、分别对每组序列进行解码，每组子载...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵雅琴，李书营，任广辉，吴芝路，米雪龙，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23