基于Walsh码的多进制高效混沌通信系统技术方案

本发明专利技术请求保护一种基于Walsh码的多进制高效混沌通信方案，本方案属于通信系统领域。通过利用一组相互正交的Walsh码序列来代替CDSK系统的延迟结构，达到消除信号间干扰的目的。调制端将携带N个用户信息的多进制符号通过混沌序列进行调制处理，然后通过一组相互正交的Walsh码序列进行编码处理。解调端通过相关解调法进行解调，首先将接收到的信号分别与发送端对应分配的Walsh码序列进行解码，最后通过判决门限来解调出每个用户的多进制符号，最后根据调制端的多进制映射关系即可确定每个用户发送的二进制数据信息流。本方案误码性能和传输速率相比于CDSK、RA‑CDSK系统有了很大提升，同时消耗更低的比特能量。MAHE‑CDSK良好的性能，使其在无线通信领域有着广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于Walsh码的多进制高效混沌通信系统
本专利技术旨在设计一种基于Walsh码的多进制高效混沌通信系统(MAHE-CDSK)，具体为对传统的相关延迟键控(CDSK)技术进行改进，是一种提高传输速率和误码性能的新方法。
技术介绍
混沌理论作为近三十年来发展的一门新兴的学科，与量子力学和相对论一样被认为是二十世纪的三大科学发现之一。由于混沌信号存在良好的非周期性、内在随机性、类噪声性和对系统的初始条件非常敏感的特点，使其被广泛的应用于各种高安全性的通信系统中。混沌信号可以由微分方程或混沌映射表示的动态非线性系统分别在连续或离散的时域内产生。其中离散信号即混沌序列是由迭代函数产生，命名为混沌映射，其输出是通过将当前状态变量反馈到输入端而形成新的状态变量。相比于模拟形式，由于离散形式定义了迭代间隔，所以更适用于扩频通信，这个定义的间隔常被称为扩频序列的码片周期。正是由于混沌序列的这一系列特点，作为混沌通信三大保密技术之一的混沌键控技术就采用了混沌映射生成的混沌扩频序列，其解调方式主要分为两种：相干解调与非相干解调。虽然相干解调的可靠性相对较好，但是由于相干解调需要用到混沌同步技术，而混沌同步技术目前还不太成熟，实现起来比较困难。所以非相干解调方式仍然是目前混沌键控技术中应用最多的一种解调方法。目前研究最广泛的系统就是差分混沌移位键控(DifferentialChaosShiftKeying,DCSK)系统和相关延迟键控(CorrelationDelayShiftKeying,CDSK)系统。其中DCSK系统的调制部分采用的调制方式为传输-参考(Transmitted-Reference,T-R)模式，所以误码性能很好，但是该方案在一个帧周期内只有一半的时间用于传输信息信号，所以存在传输速率低的缺点。而CDSK系统用加法器代替了DCSK系统的开关结构，能够连续的发射信号，即同时发送信息信号和参考信号，使得每帧之间发送的信息没有相关性，所以数据传输速率是DCSK系统的2倍，且保密性更好。但是由于调制端发送的是参考信号与信息信号之和，所以解调端进行相关解调时会引入信号内干扰，使得CDSK系统的误码性能相比于DCSK系统差了许多。综上所述，针对CDSK系统误码性能差的不足和进一步提高传输速率，提出了一种新型的混沌数字通信方案——基于Walsh码的多进制高效混沌通信系统(MAHE-CDSK)。
技术实现思路
本专利技术针对CDSK误码性能差以及进一步提高传输速率的问题，提出了一种基于Walsh码的多进制高效混沌通信系统。本专利技术所要解决的技术问题是：本专利技术分别在加性高斯白噪声信道(AWGN)和瑞利衰落信道上对其性能进行了研究，并探究了不同参考序列长度对系统性能的影响。最后将高斯近似法(GA)推导出来的误码率公式和蒙特卡洛仿真实验进行了对比，从而证明了理论的正确性。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：通过利用一组相互正交的Walsh码序列来代替传统CDSK系统的延迟结构，并将多进制和多用户技术同混沌键控通信系统相结合。在系统的调制端，将混沌信号发生器产生的混沌序列经特殊符号函数归一化后产生一个新的混沌序列，然后将新的混沌序列和携带N个用户信息的多进制符号进行调制处理，最后将这个新的混沌序列和调制后的序列用一组相互正交的Walsh码序列进行编码后求和作为发射信号。在系统的解调端，通过相关解调法分别解调出每个用户的多进制符号，首先将接收到的信号分别与发送端对应分配的Walsh码序列进行解码，最后进行门限判决后就可以解调出发送的多级符号，然后根据调制端的多进制映射关系即可确定每个用户发送的二进制数据信息流。将判定结果与实际发送的数据信息进行异或操作，统计出错判的数据个数，将错判的数据个数除以发送的总数据数，则可求得系统的误码率。附图说明图1为本专利技术MAHE-CDSK系统调制端框图；图2为两径瑞利衰落信道模型；图3为本专利技术MAHE-CDSK系统解调端框图；图4为本专利技术MAHE-CDSK系统判决门限和抗噪声能力的关系；图5为本专利技术M＝2,N＝4,β＝64,128,256在瑞利衰落信道的BER曲线；图6为M＝2,N＝4,β＝128时本专利技术在瑞利衰落信道和其它系统BER比较曲线；图7为本专利技术M＝2,N＝3,5,7,β＝64在AWGN信道的BER曲线；图8为本专利技术M＝2,4,8,N＝4,β＝64在AWGN信道的BER曲线；图9为本专利技术M＝2,N＝6,Eb/N0＝8,12,16dB在AWGN信道的BER曲线；具体实施方式以下结合附图和具体实例，对本专利技术的实施作进一步的描述。图1所示为专利技术MAHE-CDSK系统调制框图，具体步骤：利用Hadamard矩阵构造2n阶Walsh码序列如下：其中：每列都代表一个Walsh码序列，序列长度β＝2n，且β为扩频因子，系统一共有N(N＜β)个用户。首先使用Logistic映射产生混沌序列yi,k，再经过特殊符号函数映射产生混沌序列xi,k，具体过程如下式(2)所示：(2)式中i＝(0,1,2,...β)，yi,k是由Logistic映射生成的混沌序列，xi,k是yi,k经特殊符号函数映射后生成的混沌序列。则可知xi∈{+1,-1}，并具有以下性质：E[xi]＝0，var[xi]＝1,E[*]表示均值，var[*]表示方差，所以经过特殊符号函数映射后的混沌序列比特能量恒定。在MAHE-CDSK系统的调制端，由于传输多进制信息，所以每个用户所携带的二进制数据信息流先经过分组处理后生成表示不同信息的M组，每组包括log2M比特数据，然后每log2M比特数据被映射为一个相对应的多进制信息信号bm,(k-1)N+j，其中bm,(k-1)N+j∈(±1,±2,…,±M)，m＝(1,2,...,M)，j＝(1,2,…,N)。例如当M＝4进制时，二进制数据信息流分成4组，每组包括2比特数据，然后每组的2比特数据被映射为一个相对应的多进制符号，映射结果如表1所示。表1M＝4进制时的映射结果MAHE-CDSK系统的调制端在第k帧中，将经特殊符号函数归一化后的混沌序列xi,k与其携带N路信息的调制序列bm,(k-1)N+jxi,kj＝(1,2,…,N)和各自分配的Walsh码序列wi,β和wi,j之积做叠加后发送出去。则第k帧内的发送信号si,k如式(3)：公式(3)中，bm,(k-1)N+j表示第k帧内的第j个用户的第m组多进制符号；wi,j表示长度为β的第j个用户对应的Walsh码。由第k帧内的发送信号si,k的表达式(3)，可求得MAHE-CDSK系统的平均比特能量Eb为：由于多进制符号bm,(k-1)N+j是等概率发送，所以可得式(4)中的的均值为：所以由式(4)和式(5)可求得平均比特能量Eb为：图2所示为两条独立路径的Rayleigh衰落信道。其中α1和α2是服从Rayleigh分布的相互独立的随机变量，τ是两条路径之间的时间延迟(τ＜＜β)。ξi,k满足均值为零，方差为N0/2的AWGN噪声。所以发送信号si,k经过Rayleigh衰落信道后，解调端接收到的信号为ri,k＝α1si,k+α2si-τ,k+ξi,k(7)图3为MAHE-CDSK系统的解调端框图，在发送第k帧信息对应的解调端中，接收到的信号ri,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Walsh码的多进制高效混沌通信系统，其步骤在于，通过利用一组相互正交的Walsh码序列来代替传统的CDSK系统的延迟结构，并将多进制和多用户技术同混沌键控通信系统相结合；在系统的调制端，将混沌信号发生器产生的混沌序列经特殊符号函数归一化后产生一个新的混沌序列，然后将新的混沌序列和携带N个用户信息的多进制符号进行调制处理，最后将这个新的混沌序列和调制后的序列用一组相互正交的Walsh码序列进行编码后求和作为发射信号；在系统的解调端，通过相关解调法分别解调出每个用户的多进制符号，首先将接收到的信号分别与发送端对应分配的Walsh码序列进行解码，最后进行门限判决后就可以解调出发送的多级符号，然后根据调制端的多进制映射关系即可确定每个用户发送的二进制数据信息流，将判定结果与实际发送的数据信息进行异或操作，统计出错判的数据个数，将错判的数据个数除以发送的总数据数，则可求得系统的误码率。

【技术特征摘要】
1.一种基于Walsh码的多进制高效混沌通信系统，其步骤在于，通过利用一组相互正交的Walsh码序列来代替传统的CDSK系统的延迟结构，并将多进制和多用户技术同混沌键控通信系统相结合；在系统的调制端，将混沌信号发生器产生的混沌序列经特殊符号函数归一化后产生一个新的混沌序列，然后将新的混沌序列和携带N个用户信息的多进制符号进行调制处理，最后将这个新的混沌序列和调制后的序列用一组相互正交的Walsh码序列进行编码后求和作为发射信号；在系统的解调端，通过相关解调法分别解调出每个用户的多进制符号，首先将接收到的信号分别与发送端对应分配的Walsh码序列进行解码，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张刚，徐联冰，许嘉平，陈和祥，石佳蓓，周熙程，张天骐，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50