一种高传输率的多用户多载波CDSK混沌通信方法及系统技术方案

本发明专利技术请求保护一种高传输率的多用户多载波CDSK混沌通信方法及系统，属于通信技术领域。该系统在发送端使用重复混沌信号发生器产生混沌序列，并通过与Walsh码进行克罗内克积运算实现复制P次，后通过归一化处理生成混沌序列，将传输的多进制信息映射为不同传输系数，传输系数分别与相对应的Walsh码进行相乘后调制在信息承载信号上，利用Walsh码序列正交性，使每一帧参考信号与信息承载信号彼此正交，以及结合多载波技术，实现多用户多进制信息传输，在接收端对各载波进行解调后通过滑动平均滤波器处理，有效降低噪声方差，再通过对应的相关运算，同一载波各相关值通过比较后，根据发送端映射规则进行判决，恢复出发送端原始信息。本系统有更好的误码性能。本系统有更好的误码性能。本系统有更好的误码性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高传输率的多用户多载波CDSK混沌通信方法及系统


[0001]本专利技术属于通信
，涉及一种多用户多载波CDSK混沌通信方法及系统。

技术介绍

[0002]混沌理论作为20世纪物理学三大成就之一，是继相对论、量子理论之后的又一重大发现，为了解决无线通信传输过程中容易受到反射，天气，衰落等影响的问题，混沌理论提供了较好的解决思路，由于混沌信号具有类随机性、初始条件敏感性、长期的不可预测性和良好的自(互)相关特性等良好特点，非周期信号被广泛作为信息的载体，在通信领域表现出卓越的效果。混沌数字调制技术的电路具备抗干扰强和实现简单等优点，因而受到许多研究者的广泛研究。
[0003]根据解调方式，混沌数字解调技术可分为相干解调和非相干解调，虽然理论上相干解调方式可以获得更好的可靠性能，但由于混沌同步的鲁棒性问题尚未获得有效的解决，因此采用相干解调的混沌数字调制未能应用于实践，更多的研究集中在使用非相干解调的混沌数字调制技术。而差分混沌移位键控(Differential Chaos Shift Keying,DCSK)和相关延迟移位键控(Correlation Delay Shift Keying,CDSK)成为了其中的重点研究对象，前者虽然具有较好的BER性能，但在传输过程中需要浪费大量比特时间用于传输不携带数据信息的参考信号，这使得前者系统有效性较差。后者利用了不同混沌序列之间的近似正交性，
[0004]对前者进行改进，提高了系统的传输速率与能量效率，但在接收方进行解调时，由于相邻混沌信号之间的互相关性，这使得后者的BER性能相较前者有所降低。为了解决两种系统所存在的问题，许多学者分别在两种系统之上展开了研究。
[0005]与本专利技术为同一专利技术人的论文无信号内干扰的降噪多用户CDSK混沌通信系统，提出一种无信号内干扰的降噪多用户CDSK(noisereduction multi
‑
user CDSK)混沌通信系统。在发送端，参考信号为R长的混沌序列复制P次所得，之后分为两路，利用Walsh码序列的正交性，使得每路中参考信号与N个信息信号之间彼此正交，并结合正交调制进一步提升数据传输速率。在接收端，接收信号利用滑动平均滤波器降低噪声方差，并进行相关解调。区别：1、该论文采用的混沌信号发生器产生混沌信号，本专利技术采用的重复混沌信号发生器进行产生。2、该论文采用的一个正交载波进行传输，而本专利技术采用的多载波传输，传输效率不如本专利技术。3、该论文采用的二进制比特传输，本专利技术采用的二进制比特转换为的传输系数进行传输，误码性能随着二进制比特位数的增多而得到优化，更适合传输大容量的二进制比特信息。4、该论文每一用户均发送一条参考信号，造成了能量的浪费，能量效率低下，本专利技术多个载波，仅传输一条参考信号，载波数增多，能量效率更低。
[0006]申请公布号为CN111770040A，一种改进型多用户DCSK混沌通信系统，本方案属于通信
将传统的差分混沌键控(DCSK)调制技术进行改进，以达到提升误码性能的目的。在发送端使用改进的混沌信号发生器产生一组正交的混沌序列x
i,k
和使每一路信息信号可以传输两比特，并扩展为多用户，使每帧信号能传输2N个信息比特。在接收端，将接
收到的信号r
i,k
通过发送端所使用的编辑器转换为然后进行对应的相关运算，并进行门限判决后，就可以恢复出相应的比特信息。门限判决准则为：若相关解调器的输出结果大于等于0，则判定发送的信息信号为“+1”；反之，则判定发送的信息信号为
“‑
1”。区别：论文未采用滑动平均滤波器进行降低噪声方差的处理，本专利技术使用了滑动平均滤波器，使误码性能得到了提升。2、该论文采用了大量的延时器，浪费了大量时隙进行传输信息，本专利技术使用了多载波结构，利用码分复用的方式，在一个时隙内传输了大量的信息。3、该论文每一用户仅能传输2bit数据信息，而本专利技术每一用户传输的二进制信息不受限制，且随着每一用户传输信息的增多，误码性能得到优化。
[0007]申请公布号为CN105933104A，一种基于Walsh码的多用户混沌通信系统，属于通信息系统领域。通过对DCSK通信系统的数据帧进行改造，使每一帧包含N个用户数据，每个数据帧分配不同的Walsh码区分不同用户，这样发送的每帧信号携带N bit用户数据。发送端采用传输参考的方式，首先在一个帧周期的前半个周期直接传输由符号函数调制后的混到参考信号，其次，在后半个周期并行传输N个用户的数据信息，并为每个用户分别不同的正交Walsh码。接收端采用相关解调法解调出每个用户的数据信息，最后进行判决解调，若相关解调的结果大于零，则判定发送的信息信号为“+1”，若关解调的结果小于零，那么判定发送的信息信号为“1”。MU DCSK优良的性能，使其在通信领域有广泛的应用前景。与本专利技术的区别：1、该论文未使用滑动平均滤波器进行降噪处理，本专利技术使用了滑动平均滤波器进行降噪处理，提高了误码性能。2、该论文采用了时分复用方式，浪费了一半的时隙进行传输参考信号，本专利技术采用码分复用方式，在同一时隙同时传输了参考信号与信息信号。3、该论文一个时隙仅能传输一组用户信息，而本专利技术采用多载波传输和码分复用方式，实现了一个时隙内传输多个信息用户。4、该论文的误码性能随着传输信息的增多，误码性能变差，本专利技术采用将二进制数据转换为传输系数的方式，既提高了传输速率，同时由于传输数据的增多会使误码性能得到优化，这使得本专利技术更适合传输大容量的数据信息。

技术实现思路

[0008]本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种高传输率的多用户多载波CDSK混沌通信方法。本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种高传输率的多用户多载波CDSK混沌通信方法，其包括以下步骤：
[0010]步骤1：采用重复混沌信号发生器生成承载混沌序列和调制参考信号；步骤2：调制信息信号及发送信号，将参考信号与信息信号共N+1路分别用频率为f1,f2,...f
N+1
的子载波进行传输；步骤3：信道传输步骤；步骤4：不同载波的解调和初始信息的还原。
[0011]进一步的，所述步骤1采用重复混沌信号发生器生成承载混沌序列和调制参考信号，具体包括：
[0012]步骤1.1：生成承载混沌序列：在发送端采用重复混沌信号发生器产生了一段长为R的混沌序列y
i,k
，其中y
i,k
由Logistic混沌映射产生，再通过与Walsh码进行克罗内克积运算：其中
⊙
代表克罗内克积运算，实现复制P次目的，以此产生长度为β＝PR混沌序列再进行符号处理归一化后得到归一化后的混沌序列x
i,k
，通过归一化处理后得到的混沌序列x
i,k
具有E[x
i,k
]＝0，var[x
i,k
]＝1的性质；其中E[x
i,k
]表示x
i,k
的均值，
var[x...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高传输率的多用户多载波CDSK混沌通信方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用重复混沌信号发生器生成承载混沌序列和调制参考信号；步骤2：调制信息信号及发送信号，将参考信号与信息信号共N+1路分别用频率为f1,f2,...f
N+1
的子载波进行传输；步骤3：信道传输步骤；步骤4：不同载波的解调和初始信息的还原。2.根据权利要求1所述的一种高传输率的多用户多载波CDSK混沌通信方法，其特征在于，所述步骤1采用重复混沌信号发生器生成承载混沌序列和调制参考信号，具体包括：步骤1.1：生成承载混沌序列：在发送端采用重复混沌信号发生器产生了一段长为R的混沌序列y
i,k
，其中y
i,k
由Logistic混沌映射产生，再通过与Walsh码进行克罗内克积运算：其中代表克罗内克积运算，实现复制P次目的，以此产生长度为β＝PR混沌序列再进行符号处理归一化后得到归一化后的混沌序列x
i,k
，通过归一化处理后得到的混沌序列x
i,k
具有E[x
i,k
]＝0，var[x
i,k
]＝1的性质；其中E[x
i,k
]表示x
i,k
的均值，var[x
i,k
]表示x
i,k
的方差。步骤1.2：产生参考信号：将通过步骤1.1处理后的混沌序列再通过数模转换得到连续模拟信号作为参考信号。3.根据权利要求1或2所述的一种高传输率的多用户多载波CDSK混沌通信方法，其特征在于，所述步骤2：调制信息信号及发送信号，具体包括：步骤2.1：调制信息信号：将发送端的二进制比特分为了N组，代表着N个用户需传输的多进制信息，每个用户传输K个二进制比特，通过相应映射规则被映射为M(M＝2
K
)位传输系数，将每个用户的传输系数分别乘以对应的Walsh码序列：W
0,k
,W
1,k
,...,W
M
‑
1,k
后调制到重复混沌信号发生器产生的混沌序列上相加和，从而产生了信息信号，其中Walsh码是一组同步正交码，由Hadamard矩阵生成，Hadamard矩阵是仅由“+1”或
“‑
1”两种元素组成的正交矩阵，它的阶数是2或4的倍数，根据这一特性，可以构造出2
n
阶的Walsh码序列；步骤2.2：调制发送信号：将参考信号与信息信号共N+1路分别用频率为f1,f2,...f
N+1
的子载波进行传输，一帧的传输持续时间为βT
c
，可得发送端在第K帧的发送信号s
k
(t)为使每一帧可以传输NK个二进制比特，W
1,β
是步骤2.1中的Hadamard矩阵的第一行，a
m,n
是第n组载波二进制比特映射后的第m位传输系数，和表示载波调制中出现的相位角频率。4.根据权利要求3所述的一种高传输率的多用户多载波CDSK混沌通信方法，其特征在于，根据系统映射规则，每个符号携带K位数据比特信息，则发送端信号的平均比特能量E
b
为：5.根据权利要求4所述的一种高传输率的多用户多载波CDSK混沌通信方法，其特征在于，所述步骤3信道传输步骤具体包括以下步骤：发送端输出信号s
k
(t)在AWGN信道传输的过程中受噪声n
i,k
(t)干扰，n
i,k
(t)具备均值为0，方差为1的数学特征，同时对于传输中信道
产生噪声和n
j,k
，当i≠j时，它们之间相互独立；对于x
i,k
与n
j,k
，若i≠j时，它们之间也是相互独立的，最终在接收端得到接收信号r
k
(t)＝s
k
(t)+n
i,k
(t)。6.根据权利要求5所述的一种高传输率的多用户多载波CDSK混沌通信方法，其特征在于，所述步骤4：不同载波的解调和初始信息的还...

【专利技术属性】
技术研发人员：张刚，王磊，雷家洪，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：