一种提高无线混沌通信系统性能的重复相关延迟键控方法技术方案

本发明专利技术提出一种提高无线混沌通信系统性能的重复相关延迟键控方法，通过在相关延迟键控CDSK发射端增加一个开关，即重复相关延迟键控R‑CDSK的发射端在两个符号周期内，连续发送同一信息对应的混沌调制信号及其差分混沌调制信号，以及两者共同的参考混沌信号。该方法充分利用无线信道的时间分集，通过重复发送彼此差分的混沌调制信号，降低了传输的误比特率，从而有效提高CDSK的可靠性。此外，由于R‑CDSK发送的是承载信息的差分调制符号，因此提高了系统的安全通信性能。与已有方案相比，本发明专利技术以较低的复杂度，实现了比CDSK更可靠、比DCSK更安全的信息传输。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术面向无线混沌通信领域，提出了一种提高系统可靠性及安全性的改进型重复相关延迟键控调制方法。
技术介绍
无线信道由于具有广播特性，因此信息传输易于受到恶意攻击及恶意窃听。混沌序列由于具有初值敏感性、非周期性、无限长等特点，在高安全性无线通信系统中得到了广泛的应用。将信号用混沌序列进行调制的技术可分为相干混沌调制和非相干混沌调制两类。其中，非相干混沌调制由于不需要在接收端采用复杂的混沌同步电路回复参考混沌信号，具有更强的实用性。在现有的非相干混沌调制技术中，差分混沌相移键控(DifferentialChaosShiftKeying，DCSK)和相关延迟键控(CorrelationDelayShiftKeying，CDSK)不需复杂的混沌同步技术，因其分别具有复杂度低及抗噪性能好等优点，成为实际高安全性混沌通信系统的调制方案。DCSK是为了解决信道不理想和门限偏移问题而提出来的非相干混沌键控调制技术，然而，DCSK技术发送的每比特能量不稳定并且非零方差的出现导致解调端估计判决速率受到限制。文献“Q.Ding,J.N.Wang,Designoffrequency-modulatedcorrelationdelayshiftkeyingchaoticcommunicationsystem[J],IETCommunications,5(7),2011,901-905”和“F.Lau,K.Y.Cheong,C.K.Tse,Permutation-basedDCSKandmultiple-accessDCSKsystems[J],IEEETransactionsonCircuitsandSystemsI:FundamentalTheoryandApplications,50(6),2003,733-742”提出的频率调制混沌差分键控调制技术(FrequencyModulationDCSK，FM-DCSK)和基于排列的混沌差分键控调制技术(Permutation-basedDCSK，P-DCSK)仍未能解决系统安全性能较差的问题发。为了提高DCSK的安全性、宽带利用率和传信率，文献“M.Sushchik,L.S.Tsimring,A.R.Volkovskii,Performanceanalysisofcorrelation-basedcommunicationschemesutilizingchaos[J],IEEETransactionsonCircuitsandSystemsI:FundamentalTheoryandApplications,47(12),2000,1684-1691”提出了CDSK系统，其收发信机分别如图1和图2所示。该调制方式将DCSK系统在发射端的开关换成了加法器，发射混沌信号和携带数据信息的信号的叠加信号，提高了宽带利用率及安全性能。然而，加法器的使用导致接收端相关运算后判决干扰较大，系统误码率性能较DCSK系统差。为此，文献“C.H.Jin,H.G.Ryu,DesignofchaoticCDSKmodulationsystemusingdifferentchaoticmaps[C],15thInternationalConferenceonAdvancedCommunicationTechnology(ICACT),IEEE,2013,222-226”尝试将不同的混沌图样应用于CDSK系统中，文献“W.M.Tam,F.Lau,C.K.Tse,Generalizedcorrelation-delay-shift-keyingschemefornoncoherentchaos-basedcommunicationsystems[J],IEEETransactionsonCircuitsandSystemsI:RegularPapers,53(3),2006,712-721”采用通用相关延迟键控技术减小解调端的不确定性，提高误比特性能。然而，该系统却需要增加延时单元和乘法器，硬件复杂度极大提升。文献“Q.Ding,J.N.Wang,Designoffrequency-modulatedcorrelationdelayshiftkeyingchaoticcommunicationsystem[J],IETCommunications,5(7),2011,901-905”将频率调制和CDSK结合，提出了频率调制混沌差分键控调制技术0(FrequencyModulationCDSK，FM-CDSK)，提高了安全性能和传输速率，但其误比特性能较差。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提出一种提高无线混沌通信系统性能的重复相关延迟键控(RepeatedCoherentDelayShiftKeying,R-CDSK)方法。一种提高无线混沌通信系统性能的重复相关延迟键控方法，通过在相关延迟键控CDSK发射端增加一个开关，即重复相关延迟键控R-CDSK的发射端在两个符号周期内，连续发送同一信息对应的混沌调制信号及其差分混沌调制信号，以及两者共同的参考混沌信号。优选地，R-CDSK的发射端执行R-CDSK调制，继而传输混沌调制信号和混沌参考信号的线性运算符号；且对于同一信息比特，R-CDSK发射端通过采用开关进行控制，连续两次发送代表同一比特信息的差分调制符号：第一次是混沌参考信号和混沌调制信号的和，第二次是两者之差，其数学表达式如下：Si=xi+dkxi-LSi,=xi-dkxi-L---(1)]]>式中：Si和S'i分别表示参考混沌信号与混沌调制信号的和项与差项，它们将在信道上先后分别发送；i表示信息序列的序号；dk表示待传输的信息比特；xi表示第i个混沌序列；xi-L表示第i-L个混沌序列；即对应于同一个信息比特，采用R-CDSK的发射端将分别发送混沌调制信号与参考混沌序列的和信号与差信号，在差分符号的传输过程中，参考混沌信号保持不变。优选地，在无线信道传输时，信号承受乘性衰落和加性噪声，在R-CDSK的接收端，令h表示平坦慢衰落信道的信道衰落因子，则基于式(1)，接收信号表示为：ri=hxi+dkxi-L+ξiri,=hxi-dkxi-L+ξi,---(2)]]>其中ri和r'i表示接收到的符号，它们分别与Si和S'i对应，平坦慢衰落信道中，h在一个码元周期内不变，ξi和ξ'i都表示在加性高斯白噪声(AdditiveWhiteGaussianNoise，AWGN)信道中的加性噪声，并且它们的方差为σ2、双边功率谱密度为N0/2。优选地，为了能够对R-CDSK的误比特率可靠性能、安全性能进行判断，还包括对R-CDSK接收端进行确定：接收机符号判决因子表示为：D=Σi=1M(ri-ri,)×(ri-L+ri-L,)---(3)]]>将式(2)代入到式(3)中，得：D=4h2dkΣi=1Mxi-L2+2hxi-LΣi=1M[dk(ξi-L+ξi-L,)(ξi-ξi,)]+Σi=1M[(ξi-L+ξi-L,)(ξ-ξi,)&rsqb本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高无线混沌通信系统性能的重复相关延迟键控方法，其特征在于，通过在相关延迟键控CDSK发射端增加一个开关，即重复相关延迟键控R‑CDSK的发射端在两个符号周期内，连续发送同一信息对应的混沌调制信号及其差分混沌调制信号，以及两者共同的参考混沌信号。

【技术特征摘要】
1.一种提高无线混沌通信系统性能的重复相关延迟键控方法，其特征在于，通过在相关延迟键控CDSK发射端增加一个开关，即重复相关延迟键控R-CDSK的发射端在两个符号周期内，连续发送同一信息对应的混沌调制信号及其差分混沌调制信号，以及两者共同的参考混沌信号。2.根据权利要求1所述的的重复相关延迟键控方法，其特征在于，R-CDSK的发射端执行重复相关延迟键控调制，并继而传输混沌调制信号和混沌参考信号的线性运算符号；且对于同一信息比特，R-CDSK发射端通过采用开关进行控制，连续两次发送代表同一比特信息的差分调制符号：第一次是混沌参考信号和混沌调制信号的和，第二次是两者之差，其数学表达式如下：Si=xi+dkxi-LSi,=xi-dkxi-L---(1)]]>式中：Si和S'i分别表示参考混沌信号与混沌调制信号的和项与差项，它们将在信道上先后分别发送；i表示信息序列的序号；dk表示待传输的信息比特；xi表示第i个混沌序列；xi-L表示第i-L个混沌序列；即对应于同一个信息比特，采用R-CDSK的发射端将分别发送混沌调制信号与参考混沌序列的和信号与差信号，在差分符号的传输过程中，参考混沌信号保持不变。3.根据权利要求2所述的的重复相关延迟键控方法，其特征在于，在无线信道传输时，信号承受乘性衰落和加性噪声，在R-CDSK的接收端，令h表示平坦慢衰落信道的信道衰落因子，则基于式(1)，接收信号表示为：ri=hxi+dkxi-L+ξiri,=hxi-dkxi-Lξi,---(2)]]>其中ri和ri'表示接收到的符号，它们分别与Si和S'i对应，平坦慢衰落信道中，h在一个码元周期内不变，ξi...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琳，饶伟炜，沈金田，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44