正交多载波降噪差分混沌键控通信系统.docx

"正交多载波降噪差分混沌键控通信系统" 本文讨论了正交多载波降噪差分混沌键控（Quadrature MultiCarrier Noise Reduction Differential Chaos Shift Keying，QMC-NR-DCSK）通信系统的原理和实现。该系统通过采用多个载波传输低速并行的数据比特流，减小了因信道时延扩展引起的信号间干扰，具有良好的抗多径干扰特性，且减少了开关和延时电路的使用，降低了系统的硬件复杂度。 混沌信号是确定系统受到内部随机性影响后，对外表现出的一种无规则的有序行为。这类信号具有两种重要特征：（1）当初始值被确定，运动轨迹也将被确定；（2）在初始值未知的情况下，运动轨迹也未知。这类信号在通信与信息领域展现出了诱人的应用前景和重大的实用价值。 传统差分混沌移位键控（Differential Chaos Shift Keying，DCSK）通信系统作为扩频通信方案的重要代表，具有误码性能好和抗干扰能力强的优点，但存在传输速率低的缺点。为提升系统的传输速率，众多学者对 DCSK 提出改进。然而，传统的以 DCSK 为基础改进的多用户 DCSK 系统往往需要使用大量的延时单元和开关，极大程度上增加了系统的硬件复杂度。 为解决上述问题，Kaddoum 等人提出了多载波差分混沌移位键控（MultiCarrier Differential Chaos Shift Keying，MC-DCSK）系统，使用多个不同中心频率的载波信号发送低速子数据流，分散了接收端由衰落或干扰引起的错误。文献[12]将多载波调制（MultiCarrier Modulation，MCM）和 Hilbert 变换技术与 DCSK 系统相结合，并利用凸优算法寻找最佳参数因子用于优化系统误码性能。文献[13]在 MC-DCSK 系统上做出改进，采用正交调制（Quadrature Modulation，QM）技术在同一频率的正、余弦载波上发送信息比特，将传输速率和频带利用率提高为 MC-DCSK 系统的两倍。 本文所提的 QMC-NR-DCSK 系统采用多个载波传输低速并行的数据比特流，减小了因信道时延扩展引起的信号间干扰，有良好的抗多径干扰特性，且减少了开关和延时电路的使用，降低了系统的硬件复杂度。在系统的接收端，采用滑动平均滤波器对参考信号和信息信号进行平均操作，降低了噪声的干扰，提升了系统误码性能。因此 QMC-NR-DCSK 系统具有传输速率、带宽效率和误码性能好的优点。 Walsh 码是一种同步正交码，具有良好的自相关特性和处处为零的互相关特性，常用于多用户通信系统中用于消除用户间干扰。Hadamard 矩阵是一种元素为 1 和-1 构成的正交矩阵，矩阵的任意两行或者两列都是完全正交的，且其阶数是 4 的倍数，等于任意一行（列）的所有元素的平方和。2n 阶 Walsh 码构造方式简单，可直接由多阶 Hadamard 矩阵展开取行得到。 在 QMC-NR-DCSK 系统中，串并转换将需要传输的高速比特流数据转化为 4(M-1)个低速并行的数据子流，其中bj={+1,−1}(j=1,2,⋅⋅⋅,4M−4)，Tb 和 Tc 分别代表比特周期和码片周期，为便于后文理论比特误码率（Bit Error Rate，BER）公式的推导，取 Tc=1。将 Tb 和 Tc 的比值定义为扩频因子 β（β=Tb/Tc）。 图 1 为 QMC-NR-DCSK 系统的发送机结构。首先采用混沌信号发生器产生一段长度为 β/P 的混沌序列 x⌈i/P⌉,k(i=1,2,⋅⋅⋅,β)，⌈⋅⌉表示向上取整数。