FM-DCSK通信系統(tǒng)研究+曹沙沙+楊波要點(diǎn)

1、數(shù)字通信學(xué)院：信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系別：通信工程系題目：FM-DCSK通信系統(tǒng)研究姓名： 曹沙沙 楊波學(xué)號(hào)：學(xué)320131153243 233201311532722014-6-23數(shù)字通信課程作業(yè)摘要混沌信號(hào)，是一種對(duì)初值敏感的偽隨機(jī)信號(hào)，它有著類似于白噪聲那樣很寬 的頻譜?；煦缧盘?hào)還有著良好的自相關(guān)性，不同的混沌信號(hào)之間的互相關(guān)性很低。 上述這些特性，不僅使得混沌信號(hào)作為載波進(jìn)行數(shù)字調(diào)制成為可能，而且使得混沌調(diào)制兼有傳統(tǒng)擴(kuò)頻與調(diào)制綜合功能，從而具有潛在的抗多徑衰落的能力?；煦缤ㄐ攀且环N擴(kuò)展頻譜的通信技術(shù)，利用混沌信號(hào)的寬帶特性，可以方便 的構(gòu)建混沌寬帶通信系統(tǒng)。目前，混沌通信的研究主要集中在

2、混沌數(shù)字通信方面， 類似于常規(guī)的數(shù)字調(diào)制方式，數(shù)字混沌通信技術(shù)也有多種形式的鍵控技術(shù)。最常 見(jiàn)的有混沌移位鍵控、差分混沌移位鍵控以及頻率調(diào)制差分混沌移位鍵控等。對(duì)應(yīng)上面的混沌移位鍵控技術(shù)，有兩類最常見(jiàn)的接收機(jī)結(jié)構(gòu)，一是相干接收機(jī)，具 次是非相干接收機(jī)（自相關(guān)接收機(jī)）?；谙喔山邮盏幕煦缫莆绘I控主要用于理 論分析的需要，在面向應(yīng)用的研究方面，主要還是集中在基于自相關(guān)接收的差分 混沌移位鍵控調(diào)制?；煦缯{(diào)制的載波，采用的是非周期的混沌信號(hào)，同時(shí)接收采 用非相干解調(diào)，避免了混沌載波的同步問(wèn)題，使得這一技術(shù)具有現(xiàn)實(shí)的可能性。本文的工作，集中于目前發(fā)現(xiàn)的抗衰落和誤碼性能最好的混沌調(diào)制即 FM-DCSKk。

3、通過(guò)研究、設(shè)計(jì)與仿真，揭示了該技術(shù)的本質(zhì)和優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：FM-DCSK混沌信號(hào)；抗衰落數(shù)字通信課程作業(yè)AbstractChaotic signal is sensitive to initial conditions of a pseudo-random signal, it has a spectrum similar to the white noise that is very wide. Chaotic signal is low there is a good cross-correlation autocorrelation, different chaotic signals.

4、These characteristics, not only makes the chaotic carrier digital modulation signal as possible, but also makesthe chaotic modulation and spread spectrum modulation of both traditional integrated functions, which has a capacity of potential anti-multipath fading.Chaos Communication is a spread spect

5、rum communication technology, the use of broadband chaotic signal characteristics, you can easily build chaotic broadband communication systems. Currently, the research focused on the Chaos Communication chaotic digital communications, similar to conventional digital modulation, digital chaotic comm

6、unication technologies have various forms of keying technology. The most commonare Chaos Shift Keying, Differential Chaos Shift Keying and Differential Chaos Shift Keying modulation frequency and so on. Corresponding to the above Chaos Shift Keying technology, there are two types of the most common

7、receiver structure, one coherent receiver, followed by non-coherent receiver (autocorrelation receiver). Chaos Shift Keying coherent receiver based on the needs of the theoretical analysis is mainly used in application-oriented research, mainly concentrated in the auto-correlation based Differential

8、 Chaos Shift Keying modulation receiver. Chaos modulated carrier, the use of non-periodic chaotic signals, while receiving non-coherent demodulation, avoiding the chaos carrier synchronization problems, making this technology has real possibility.Work of this paper, focused on the best currently fou

9、nd in anti-fading and chaotic modulation error performance that FM-DCSK.Through research, design and simulation, reveals the nature and advantages of the technology.Key words: FM-DCSK; chaos signal; anti-fading數(shù)字通信課程作業(yè)目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 摘要 2ABSTRACT 3 HYPERLINK

10、 l bookmark10 o Current Document 第一章數(shù)字通信理論基礎(chǔ) 5 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1 . 1傳統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)的構(gòu)成 5 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document . 2調(diào)制解調(diào)的基本原理和方法 6 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2. 1調(diào)制的性能量度 6 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2. 2調(diào)制和解調(diào)的基本函數(shù)法 7 HYPERLINK l book

11、mark20 o Current Document 1.3擴(kuò)頻的直接原理和方法 8 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 第二章混沌通信理論基礎(chǔ) 11 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 混沌與混沌信號(hào) 11 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 數(shù)字混沌調(diào)制技術(shù) 12 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 第三章FM-DCSK通信系統(tǒng)及其性能研究 15 HYPERLINK l bookmark30 o Cur

12、rent Document 3.1 FM-DCSK!信發(fā)展153. 2 FM-DCSK勺基本原理15 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 3.2.1 FM-DCSK 的調(diào)制 153. 2. 2 FM-DCSK 的解調(diào)17 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 3.3 FM-DCSK生能仿真及分析 17 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 總結(jié) 23 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 參考文獻(xiàn) 24數(shù)字通信

13、課程作業(yè)第一章數(shù)字通信理論基礎(chǔ)1. 1傳統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)的構(gòu)成通信，即信息從一方傳輸?shù)搅硪环?，從而?shí)現(xiàn)雙方之間的信息傳遞。最早出現(xiàn)的 是模擬通信，即傳輸?shù)氖悄M信號(hào)；現(xiàn)在特別在遠(yuǎn)程通信中，主要采用的是抗噪 聲性能好的數(shù)字技術(shù)，即傳輸“ 0” “1”或更多的有限個(gè)的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字（移動(dòng)）通信系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如下:消息科匚泡研元一格式化f編碼f 鮑字輸入-同榔-京-麗復(fù)用二調(diào)制二:二比特遣同步茲字聳出trW金Zi ,何源:怵碼一K噩百.分離河息螞無(wú),7遞四元改字 皿幫 波耳圖1-1數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)的目標(biāo)是盡量有效可靠的從一個(gè)數(shù)字信息源（如計(jì)算機(jī)、數(shù)字 化的語(yǔ)音或視頻）傳輸信息到一個(gè)接收端。首先

14、將數(shù)字信息映射成一系列信碼， 這個(gè)過(guò)程稱為編碼，包括信源編碼和信 道編碼。經(jīng)過(guò)編碼的信息序列又用于改變一個(gè)模擬電磁波（載波）的某些特性， 如幅度、相位、頻率等，這個(gè)過(guò)程稱作調(diào)制。調(diào)制總是必需的，因?yàn)樗袑?shí)際的 通信信道都是帶限的模擬信道，不能直接傳輸數(shù)字信號(hào)。具體來(lái)說(shuō)，調(diào)制就是將 一個(gè)信碼變換成一個(gè)適于傳輸?shù)哪M波形。 一般的數(shù)字調(diào)制包括幅移鍵控，相移 鍵控，頻移鍵控，連續(xù)相位調(diào)制和幅度相位鍵控。其中，信碼分別和一正弦載 波的幅度、相位、頻率、相位和相位轉(zhuǎn)變、及幅度和相位一一對(duì)應(yīng)。在擴(kuò)頻通信中，調(diào)制后的信號(hào)還要經(jīng)過(guò)一個(gè)速率更高的擴(kuò)頻碼作用，再送入信道傳輸，擴(kuò)頻在窄帶通信中是沒(méi)有的。當(dāng)然，實(shí)際通

15、信里可能有多個(gè)用戶同時(shí) 發(fā)起通信，所以還要采用多址接入技術(shù)。信道是一個(gè)物理媒體，載信模擬波形通 過(guò)它從發(fā)送端到達(dá)接收端。在實(shí)際信道中，模擬信號(hào)不可避免的會(huì)受到各種線性 和非線性機(jī)制的損害：衰減、擴(kuò)散、碼問(wèn)干擾、互調(diào)干擾、PM/AM和AM/PM數(shù)字通信課程作業(yè)轉(zhuǎn)變、噪聲、干擾、多徑效應(yīng)等。因而接收端從來(lái)不可能精確的接收到發(fā)送的信 號(hào)。在接收端，待接收的信號(hào)要相應(yīng)做多址解復(fù)用、解擴(kuò)、解調(diào)、譯碼，這樣信 息才能恢復(fù)。接收端的多址解復(fù)用是為了把該用戶的信息從多個(gè)用戶的疊加信號(hào) 中分離出來(lái)。解擴(kuò)是為了把經(jīng)展寬的信號(hào)恢復(fù)成原來(lái)的窄帶信號(hào)。 解調(diào)器的作用 就是從接收到的已損模擬信號(hào)中估計(jì)出一個(gè)傳輸碼序列。信

16、道解碼器的作用是從估計(jì)的碼序列中重構(gòu)原始的比特流。 因?yàn)樵趯?shí)際通信信道中的干擾，無(wú)差錯(cuò)的傳 輸是從來(lái)不可能的。由于實(shí)際需要傳輸?shù)亩际悄M信號(hào)，所以在上述數(shù)字通信系統(tǒng)的兩端還分別 加有格式化模塊，通過(guò)模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器等實(shí)現(xiàn)數(shù)字和模擬信號(hào)之間的格式轉(zhuǎn) 換?；煦缤ㄐ?，有別于傳統(tǒng)通信，體現(xiàn)在調(diào)制采用的是混沌調(diào)制方案。 它因?yàn)槠?具有潛在的抗多徑衰落的優(yōu)異能力而被提出來(lái)。 有關(guān)混沌、混沌調(diào)制、混沌通信 的概念和原理將在后續(xù)章節(jié)里詳細(xì)闡述。在目前提出的所有混沌調(diào)制方案中， FM-DCSKft現(xiàn)出最佳的抗噪聲和抗多徑衰落性能，故成為本文研究關(guān)注的重點(diǎn)。. 2調(diào)制解調(diào)的基本原理和方法1調(diào)制的性能量度在數(shù)字

17、通信系統(tǒng)中，主要的錯(cuò)誤來(lái)源于模擬信道。數(shù)字通信系統(tǒng)的基本問(wèn)題 之一是在確保相應(yīng)的誤碼率情況下盡量減小傳輸一比特信息所需要的能量。數(shù)字通信系統(tǒng)的性能用誤比特率來(lái)量度，它給出了接收到的比特流中錯(cuò)誤比 特的概率?？偟膩?lái)說(shuō)，它取決于所采用的編碼方式、調(diào)制方式、發(fā)送功率、信道 特性和解調(diào)方式等。傳統(tǒng)用BER- Eb/N0圖形表示加性高斯白噪聲線性信道的性 能。其中，Eb是每比特能量，N0是信道引入的噪聲功率譜密度。對(duì)于給定的背景噪聲，可以通過(guò)增加每比特能量來(lái)減小 BER。發(fā)送更大的功 率或增加每比特時(shí)間都可以增加每比特能量。 數(shù)字通信的挑戰(zhàn)就是使用盡量小的 每比特能量來(lái)達(dá)到一個(gè)特定的 BER0更深遠(yuǎn)的要

18、考慮頻帶利用率，它定義為數(shù)據(jù) 傳數(shù)速率Rb與信道頻帶寬度 W的比： 4=R b/ W bit/s/Hz數(shù)字通信課程作業(yè)在調(diào)制方式的選擇上，就要考慮上述兩個(gè)方面的因素。同時(shí)，一些特殊應(yīng)用， 如室內(nèi)無(wú)線電中的其他影響如多徑傳輸， 限制了整個(gè)系統(tǒng)的性能。這些設(shè)計(jì)要求 會(huì)影響所選擇使用的調(diào)制方式。1. 2. 2調(diào)制和解調(diào)的基本函數(shù)法調(diào)制是將碼元映射為模擬波形“信號(hào)集”的元素Sm(t)的過(guò)程。信號(hào)Sm (t)通過(guò)模擬信道傳輸，那里它可能變形失真，同時(shí)還伴隨有噪聲存在。解調(diào)是將接收到的信號(hào)Rm(t)(一個(gè)受損模擬波形)映射回碼序列的過(guò)程。1. 2. 2. 1正交的基本函數(shù)讓Sm(t) , m=1,2，M代

19、表信號(hào)集的元素。我們的目標(biāo)是盡量減少基本函 數(shù)的數(shù)目，在接收端必須知道基本函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)解調(diào)。我們引入N個(gè)實(shí)值正交基本函數(shù)：以a 尸12,m 其中f： 二|T表示碼元持續(xù)時(shí)間。信號(hào)集的每個(gè)元素都能被 N個(gè)基本函數(shù)的線性組合所表 示：$)=工咚町高廣其中N&M傳統(tǒng)的數(shù)字通信系統(tǒng)使用正弦基本函數(shù)，最常見(jiàn)的情況是正弦函數(shù) 積分對(duì)(正余弦函數(shù)對(duì))。信號(hào)集的產(chǎn)生系數(shù)smj可以看作是一個(gè)N維信號(hào)向量sm的第j個(gè)元素。進(jìn)來(lái)的比特流 首先經(jīng)編碼變換成碼序列；信號(hào)向量元素由碼元決定。待傳輸?shù)男盘?hào)sm(t)通過(guò) 基本函數(shù)的加權(quán)和產(chǎn)生。數(shù)字通信課程作業(yè)圖1-2信號(hào)集產(chǎn)生信號(hào)向量的相關(guān)恢復(fù)因?yàn)榛竞瘮?shù)是正交的，如果接收端

20、知道每個(gè)基本函數(shù)的話，信號(hào)向量的元 素可以從信號(hào)集的元素中恢復(fù)，如從接收信號(hào)，即% =工 /,Af，產(chǎn) 1,2,M N M因此，解調(diào)器可以看作一組 N個(gè)相關(guān)器，每個(gè)相關(guān)器恢復(fù)基本函數(shù) gj(t)的加權(quán)Sm(j)。由于在信號(hào)向量和碼元之間存在一一映射，傳輸?shù)拇a元能夠通過(guò)相圖1-3信號(hào)集恢復(fù)1.3擴(kuò)頻的直接原理和方法擴(kuò)展頻譜(簡(jiǎn)稱擴(kuò)頻)的精確定義為：擴(kuò)頻(Spread Spectrum )是指用來(lái) 傳輸傳輸信息的信號(hào)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的一種傳輸方式。 頻帶的擴(kuò)展由 獨(dú)立于信息的碼元來(lái)實(shí)現(xiàn)。在接收端用同步接收實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)和數(shù)據(jù)恢復(fù)。 該技術(shù)稱數(shù)字通信課程作業(yè)為擴(kuò)頻，而傳輸該信號(hào)的系統(tǒng)稱為擴(kuò)頻系統(tǒng)。

21、直接擴(kuò)頻原理基帶信號(hào)的信碼是欲傳輸?shù)男盘?hào)，它通過(guò)速率很高的編碼程序（通常用偽隨機(jī)序 列）進(jìn)行作用將其頻譜展寬，這個(gè)過(guò)程稱作擴(kuò)頻。頻譜展寬后的序列進(jìn)行射頻調(diào) 制（多采用PSK調(diào)制），其輸出則是擴(kuò)展頻譜的射頻信號(hào)，經(jīng)天線發(fā)射出去。在 接收端，射頻信號(hào)經(jīng)混頻器后變?yōu)橹蓄l信號(hào)，它與本地的和輸入端相同的編碼序 列作用反擴(kuò)展，將寬帶信號(hào)恢復(fù)成窄帶信號(hào)，這個(gè)過(guò)程稱為解擴(kuò)。解擴(kuò)后的中頻 窄帶信號(hào)經(jīng)普通信息解調(diào)器解調(diào)，恢復(fù)成原始的信碼。圖1-4直接擴(kuò)頻原理（a）在接收機(jī)輸入端的擴(kuò)展頻譜（b）在接收機(jī)輸出端的頻譜圖1-5擴(kuò)頻-解擴(kuò)處理過(guò)程由頻譜擴(kuò)展對(duì)抗干擾帶來(lái)的好處，稱擴(kuò)頻增益，可表示為：Gp=Bw/B式中，Bw

22、為發(fā)射擴(kuò)頻信號(hào)的帶寬，Bs為信碼的帶寬，Gp又可以稱為擴(kuò)頻因子B, 因?yàn)樗攘苛嗽颊瓗盘?hào)被展寬的倍數(shù)。其中，Bw與所采用的偽碼（偽隨機(jī)序列或偽隨機(jī)噪聲序列的簡(jiǎn)稱）速率有關(guān)。為獲得高的擴(kuò)頻增益，通常希望增加 射頻帶寬Bw,即提高偽碼的速率。例如，當(dāng)信碼帶寬Bs=10KHz ,射頻帶寬 Bw=2MHz ,Gp=200時(shí)，近似獲得 23dB的擴(kuò)頻增益，這是很可觀的。直擴(kuò)系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：它可以在很低的，甚至負(fù)信噪比環(huán)境中使系統(tǒng)正常工作；通過(guò)分配給不同用戶正交或準(zhǔn)正交的擴(kuò)頻碼序列可以區(qū)分用戶，即實(shí)現(xiàn) CDMA;CDMA系統(tǒng)對(duì)頻譜的利用效率高于 TDMA （如數(shù)字通信課程作業(yè)GSM）。10數(shù)字通信課程

23、作業(yè)第二章混沌通信理論基礎(chǔ)混沌與混沌信號(hào)混沌起源于非線性系統(tǒng)對(duì)初始條件的敏感依賴性，是非線性系統(tǒng)的一個(gè)重要 分支?；煦绗F(xiàn)象早在20世紀(jì)初就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，后來(lái)又被許多科學(xué)家仔細(xì)研究， 特別是到了 20世紀(jì)70年代，學(xué)術(shù)界對(duì)混沌以及混沌現(xiàn)象更為關(guān)注。 具標(biāo)志事件 是，美國(guó)學(xué)者費(fèi)根鮑姆受氣象學(xué)家洛倫茲的啟發(fā)， 發(fā)現(xiàn)了很大一類簡(jiǎn)單重復(fù)迭代 的映射系統(tǒng)，并且居然具有普適的性質(zhì)。隨后，混沌在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛研究與 應(yīng)用，尤其是混沌科學(xué)與其它科學(xué)相互滲透相互融合形成了一些新興交叉學(xué)科和 技術(shù)?；煦缭谧匀豢茖W(xué)，如生物學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、電子學(xué)、信息學(xué)、氣 象學(xué)、宇宙學(xué)、地質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用；并且在人文科

24、學(xué)，如經(jīng)濟(jì)學(xué)、人腦 科學(xué)甚至是音樂(lè)、美術(shù)、體育等多個(gè)領(lǐng)域中也都得到了應(yīng)用。混沌通信系統(tǒng)就是以混沌信號(hào)作為信息載體的通信系統(tǒng)， 主要利用了混沌信 號(hào)的初始敏感性、類噪聲特性以及寬帶特性等，在安全通信、擴(kuò)頻通信以及超寬 帶通信方面得到了廣泛的研究。因此，混沌信號(hào)的產(chǎn)生就成為一個(gè)研究重點(diǎn)。近 幾年來(lái)，科學(xué)家們建立了多種混沌系統(tǒng)的模型，如： Logistic映射、Lorenz映射 及Henon映射等。在實(shí)現(xiàn)方面，目前的混沌信號(hào)產(chǎn)生主要有：模擬電路法：該方式主要由運(yùn)算放大器和儲(chǔ)能元件組成。 這些電路包括Chua 氏電路、Colpitts振蕩電路、Wien氏電橋電路以及由此得到的簡(jiǎn)化的“二階”磁 滯型混沌

25、電路等。這類系統(tǒng)是根據(jù)由混沌微分方程所給定的模型，利用儲(chǔ)能元件（電容、電感）、非線性器件和自動(dòng)控制理論的有關(guān)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)混沌信號(hào)產(chǎn)生電路。 它的特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性比較好，產(chǎn)生混沌信號(hào)的方法和電路比較簡(jiǎn)單， 具有較為豐富 的頻率分量，但缺點(diǎn)時(shí)帶寬較窄，且不好控制，電路參數(shù)的微小變換都可能導(dǎo)致 混沌特性的不穩(wěn)定。數(shù)字電路法：此類系統(tǒng)是根據(jù)離散混沌映射公式而設(shè)計(jì)的。因?yàn)閿?shù)字電路中 的移位寄存器能夠很方便地實(shí)現(xiàn)差分運(yùn)算，故用它可實(shí)現(xiàn)混沌信號(hào)的產(chǎn)生。該類系統(tǒng)的特點(diǎn)是電路的形成簡(jiǎn)單、系統(tǒng)的復(fù)雜度低、可直接得到二進(jìn)制混沌信號(hào)， 但受到數(shù)字電路最高時(shí)鐘頻率或非線性電路中的有源器件帶寬的限制，且?guī)捲?1數(shù)字通信課程作

26、業(yè)高，系統(tǒng)越復(fù)雜。另外，數(shù)字電路存在有限字長(zhǎng)效應(yīng)，在一定的精度下，混沌特 性可能會(huì)變差。數(shù)字混沌調(diào)制技術(shù)(1)相干混沌鍵控調(diào)制(CSK)相干混沌鍵控系統(tǒng)原理框圖如圖2.4所示，發(fā)射機(jī)有兩個(gè)混沌發(fā)生器，分別 產(chǎn)生兩個(gè)混沌樣本函數(shù)G(t)和傘，它們用于承載信息符號(hào)b產(chǎn)-1,+1。在接 收端，經(jīng)同步電路恢復(fù)出與發(fā)射端一樣的混沌信號(hào)，該同步信號(hào)與接收信號(hào)進(jìn)行 相關(guān)運(yùn)算，再經(jīng)門限判決器恢復(fù)發(fā)送符號(hào)。假定單個(gè)符號(hào)發(fā)送，則兩個(gè)相關(guān)器的輸出分別是T TOC o 1-5 h z Di = 0 r(t)ci(t)dt(2.1)TD2 = I r(t)C2(t)dt(2.2)式中T表示比特周期，將兩個(gè)輸出之差送門限

27、判決器，即可恢復(fù)發(fā)送的符號(hào)，Ab = sign(D1 D2)(2.3)圖2-1 CSK調(diào)制解調(diào)原理框圖(2)混沌開關(guān)鍵控COOK混沌開關(guān)鍵控是CSK的一種特例，它只要一個(gè)混沌樣本函數(shù)，原理如圖2.5所示，當(dāng)信息符號(hào)h=1時(shí)，開關(guān)閉合，當(dāng)h = -1時(shí)，開關(guān)斷開。接收端采用 自相關(guān)接收機(jī)接收。12數(shù)字通信課程作業(yè)圖2-2混沌開關(guān)鍵控(COOK)系統(tǒng)原理框圖(3)差分混沌移位鍵控(DCSK)DCSK調(diào)制器通過(guò)傳輸兩段連續(xù)的混沌樣本信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息符號(hào)的調(diào)制，第一段信號(hào)作為參考，第二段信號(hào)作為信息承載信號(hào)，當(dāng)發(fā)送的符號(hào)為“+1”時(shí)，第二段信號(hào)與第一段信號(hào)一樣，當(dāng)發(fā)送的符號(hào)為“ -1”時(shí)，第二段信號(hào)是第

28、一段 信號(hào)的起反信號(hào)，原理如圖2.6所示。通常，參考樣本占用前半個(gè)符號(hào)周期，信 息承載信號(hào)占用后半個(gè)周期，因此，如果發(fā)送符號(hào)為“+1”，發(fā)送信號(hào)為s(t)=c(t) (l -1)T t (l -1/2)Tc(t -T/2) (l -1/2)T ： t IT(2.4)如果發(fā)送符號(hào)為“ -1”，發(fā)送信號(hào)為(2.5)1T/ 2-c(t -T/2) (l -1/2)T ： t IT式中，T為符號(hào)周期，c(t)為混沌信號(hào)。在接收端，通過(guò)對(duì)參考信號(hào)和信息承載信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算完成對(duì)發(fā)送符號(hào)的估計(jì)，則第l個(gè)符號(hào)周期相關(guān)器輸出為itDQT)=(1Tr(t)r(t-T/2)dt(2.6)混沌信號(hào) 發(fā)生器圖2-3

29、DCSK系統(tǒng)原理框圖(4) 頻率調(diào)制 DCSK (FM-DCSK)DCSK相對(duì)于非相關(guān)CSK和COOK的優(yōu)勢(shì)在于：其最佳的判決門限為 0,13數(shù)字通信課程作業(yè)并且不會(huì)受信道信噪比的影響。但 DCSK和其它所有的混沌調(diào)制一樣，存在一 個(gè)明顯缺點(diǎn)是：即使發(fā)送相同的二進(jìn)制符號(hào)，每個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)的比特能量也不是包 定的，這將導(dǎo)致性能的損失。如圖2,7所示了 DCSK判決統(tǒng)計(jì)量在無(wú)噪聲和有噪聲情況下的直方圖。為了解決估算問(wèn)題，在 DCSK的基礎(chǔ)上，通過(guò)引入FM解 決了比特能量不恒定的問(wèn)題，原理框圖如圖 2,7所示。圖2.9給出了判決統(tǒng)計(jì)量的直方圖，可以看到當(dāng)無(wú)噪聲時(shí)，相關(guān)器輸出的判決統(tǒng)計(jì)量?jī)H僅對(duì)應(yīng)了兩個(gè)符號(hào)

30、, 因此，F(xiàn)M-DCSK相比于DCSK具有更穩(wěn)健的性能。系統(tǒng)原理框圖圖2-4FM-DCSKi14數(shù)字通信課程作業(yè)第三章FM-DCSKS信系統(tǒng)及其性能研究3.1 FM-DCSK通信發(fā)展2005年,基于混沌調(diào)制的超寬帶無(wú)線傳輸技術(shù)一一直接混沌UWB通信系統(tǒng)由Y. H. Kim、C. C. Chong等人首次提出，并將其作為一項(xiàng) IEEE 802.15.4a標(biāo)準(zhǔn) 提案提交給到了 IEEE 802.15.4a工作組。在最后通過(guò)的IEEE 802.15.4a標(biāo)準(zhǔn)中， 混沌信號(hào)作為一種可選的載波形式寫入文件。自此，混沌 UWB系統(tǒng)的研究和開 發(fā)工作進(jìn)入到了 一個(gè)新的水平。在接下來(lái)的研究中，諸多潛在的混沌調(diào)

31、制方案被嘗試著在 UWB系統(tǒng)中找到 用武之地。其中，由G. Kolumb n等人提出的調(diào)頻差分混沌位移鍵控（FM-DCSK） 方案被認(rèn)為是最有競(jìng)爭(zhēng)力的方案之一。因?yàn)橄啾扔谄渌幕煦缯{(diào)制技術(shù)， FM-DCSK不僅具有優(yōu)越的抗噪聲性能，而且還在抗多徑衰落上表現(xiàn)出了其特有 的優(yōu)勢(shì)。G. Kolumb n首次確定了 FM-DCSK UWB通信系統(tǒng)的可行性，并且通過(guò) 對(duì)基于混沌脈沖的FM-DCSK方案和傳統(tǒng)的高斯脈沖非相關(guān)接收方案對(duì)比研究， 給出了在加性高斯白噪聲（AWGN）信道下兩者統(tǒng)一的誤碼性能公式。S. K. Yong、 C. C. Chong等人通過(guò)對(duì)基于FM-DCSK調(diào)制的UWB方案的重要特性

32、和原理的揭 示，表明了 FM-DCSK UWB系統(tǒng)在多徑環(huán)境下確實(shí)具有潛在的優(yōu)勢(shì)。在系統(tǒng)應(yīng) 用的可行性研究方面，S. Y Che仆L. Wang等人最近提出了一種適用于 FM-DCSK UWB系統(tǒng)的定時(shí)同步算法。該算法具備同步速度快和復(fù)雜度低等優(yōu)勢(shì)，從而解 決了系統(tǒng)接收機(jī)實(shí)現(xiàn)方面的一大挑戰(zhàn)。3. 2 FM-DCSK的基本原理3. 2. 1 FM-DCSK的調(diào)制二元DCSK調(diào)制之后的傳輸信號(hào)可以表示為： /=一 應(yīng)丐=（$11 %）=（，紇。）S2 =（與 L $22 ） = （。15數(shù)字通信課程作業(yè)其中，基本函數(shù)為:-=c(t-7 / 2), ,40tT/2T/2 tT0/T/2Tl2t,.,

33、二 l11 1erfc 不2 2 UNE= BER rbf(X) =4I2_ _ N +2- e (1-3)一(1 -3)2 e (1 - 3)2e；3一 2 一 2 一 2E: i=E： 2二 E: 3-1-32-3e7-：)b _2 3e-2-3) b .(2-3)231 3(2 - 3)( 1 - 3),_2_2_2E：1 -E1 2二 E1 3代入上式就可以得到Rayleigh衰落信道下的理論誤碼性能 仿真結(jié)果分析：20數(shù)字通信課程作業(yè)圖3-6 SF=60時(shí)FM-DCSK在不同信道下的性能FM-DCSk*不同信道下的性能10102： 1： 1： 12： ： ： ：!： 1： 1： L：

34、 L： L： LZ： Z： Z：Z： .，! . 一 _Lh .一 .工 j 人一一一 L2-OHn=i3nnnMH=Hc=ninnn=10,3JOJIqtillE-z I - 一 二一 一二; _一 I.二二. 一:二二 :加-1-王二 二：- 1,=二; !一二二-一 x二;-41010-F=120的AWGN信道特性SF=12O的瑞利衰落信道特性3101214161620Eti/NO圖3-7 SF=120時(shí)FM-DCSK 在不同信道下的性能由圖可以看出FM-DCSK在瑞利信道下的性能不如它在 AWGN信道下的性能21數(shù)字通信課程作業(yè)0JFM-DCS選不同信道下的性能074631012141

35、61820Eb/M0圖3-8擴(kuò)頻因子變化時(shí)時(shí) FM-DCSK在AWGN信道下的性能FMDCS住瑞利平衰落信道下的性能1JjJII11i41F1111V191511M1：i1MiH1i1、aj1IIi1_ - 1111j41ZIItS_ V_j_ 求.i1IlI,1*qi!ri1141i1.a. L一 j為二1卜ULLu、雙二iE!.,；.】高1 電5 T F *U111 W1 ,Ii|:, 工X：9) 1 1ZII1 XciIi - - J .L -1 -21 fFIk-_L _iL敏1M |11Ili1144iP1A.1IiII|.,1iHj:! !:W：二:i1,!二修一,一 工L 一 :

36、- -I- - - - - 自Ml0 b -tJ 1T-SFW的瑞利衰落信道特性陶*11-Eh- SF=6口的瑞利衰落信道特性；911SF=120的瑞利衰落信道特性V41uIi1i1411102468101214161820EWN0圖3-9擴(kuò)頻因子變化時(shí)時(shí) FM-DCSK在瑞利衰落信道下的性能由以上圖可以看出，F(xiàn)M-DCSK在AWGN下的17dB左右BER就能達(dá)至U 104左右，而相對(duì)于在瑞利衰落信道下的 BER為10左右，且擴(kuò)頻因子越大，達(dá)到相同的BER所需的信噪比更大?？傊?，F(xiàn)M-DCSK在高斯信道下的傳輸會(huì)更好。22數(shù)字通信課程作業(yè)總結(jié)基于混沌信號(hào)的通信理論與實(shí)現(xiàn)作為通信領(lǐng)域的一個(gè)重要分

37、支，以混沌信號(hào)為載波的混沌通信技術(shù)在安全通信、擴(kuò)頻通信以及超寬帶通信系統(tǒng)中具有良好的 應(yīng)用前景。面向短距離無(wú)線通信物理層算法，本文圍繞差分混沌鍵控關(guān)鍵技術(shù)進(jìn) 行了系統(tǒng)的研究。本文通過(guò)介紹文章中所需的數(shù)字通信基礎(chǔ)，初步加深了對(duì)數(shù)字通信這門課的 掌握了理解，對(duì)基本概念進(jìn)行了系統(tǒng)的梳理，第二章介紹了混沌理論的基礎(chǔ)及混 沌通信的基本技術(shù)及優(yōu)勢(shì)和混沌通信的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，第三章介紹了FM-DCSK的實(shí)驗(yàn)仿真及曲線分析。通過(guò)本次課程論文發(fā)現(xiàn)FM-DCSK的本質(zhì)：它是一種調(diào)制擴(kuò)頻相結(jié)合的聯(lián)合 技術(shù)，是一種能夠有效利用多徑效應(yīng)的主動(dòng)技術(shù)。FM-DCSK的優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn) 單，在衰落環(huán)境下很健壯。23數(shù)字通信課程作

38、業(yè)參考文獻(xiàn)S. H. Strogatz. Nonlinear Dynamics and Chaos, with Applications to Physics, Biology, Chemistry, and Engineering M. Westview Press, USA, 2001.M. P. Kennedy, G. Kolumb n, et a & Performance Evaluation of FM-DCSK Modulation in Multipath Environments J. IEEE Trans. on Circuits and Systems-I: Fundam

39、ental Theory and Applications , 2000, 47(12):1702-1711.A.S. Dmitriev, B.Y. Kyarginsky, A.I. Panas and S.O. Starkov. Experiments on ultra wideband direct chaotic information transmission in microwave band J. Int. J. Bifurcation & Chaos, 13 (6): 1495-1507.H. Sang-Min, O. Popov and A. S. Dmitriev. Flex

40、ible chaotic UWB communication system with adjustable channel bandwidth in CMOS technology J. IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques, 56 (10): 2229-2236.H. Li, Y. L. Song and Y. W. Yang. Analysis of multi-user chaotic pulse position modulation UWB system C. Proceedings of IEEE Information Technology and E