專利名稱：一種雙極性混沌鍵控通信系統(tǒng)解調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，尤其涉及一種雙極性混沌鍵控通信系統(tǒng)解調(diào)方法。
背景技術(shù)：
由于混沌信號(hào)具有類隨機(jī)性和寬闊的頻譜，混沌保密通信成為信息安全領(lǐng)域的重 要研究?jī)?nèi)容之一，在民事和軍事中有良好的應(yīng)用價(jià)值?；煦珂I控通信方式具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、易于實(shí)現(xiàn)、低截獲率和保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是常用的混沌通信方案。而雙極性混沌鍵控采 用一個(gè)混沌信號(hào)發(fā)生器，發(fā)射機(jī)可以避免鍵控連續(xù)工作，所以具有更高的實(shí)用價(jià)值。傳統(tǒng)的 雙極性混沌鍵控通信系統(tǒng)采用相干解調(diào)的形式，而相干解調(diào)需要收發(fā)雙方實(shí)現(xiàn)理想的混沌 同步?；煦缧盘?hào)具有圖釘型自相關(guān)函數(shù)，因此即使時(shí)間軸上的微小誤差也會(huì)導(dǎo)致相關(guān)特性 的極具惡化，其結(jié)果表現(xiàn)在進(jìn)行相干解調(diào)時(shí)同步的稍有偏差，將導(dǎo)致大量的誤碼。然而實(shí)際 的通信過(guò)程受到信道特性、噪聲、電路參數(shù)失配和延遲線不理想等因素的影響，理想的同步 往往很難達(dá)到。雙極性混沌鍵控方式發(fā)射機(jī)原理圖如圖1所示，圖中發(fā)送端g(t)表示混沌發(fā)生器 產(chǎn)生的混沌基信號(hào)，本發(fā)明以Tent混沌信號(hào)為例，Tent混沌信號(hào)具有均勻的概率密度和理 想的相關(guān)特性，其映射可以表示為xn+1 = a-l-a|xn，(1 < a 彡 2) (1)當(dāng)參數(shù)a選擇合適時(shí)，其值可均勻的分布在[_1，1]這個(gè)范圍之內(nèi)。圖1中 bj e (-1,1)為待發(fā)送的第j個(gè)數(shù)字信號(hào)，S(t)代表已調(diào)制的混沌信號(hào)。當(dāng)1^_ = 1時(shí)，發(fā)送 端發(fā)送混沌基信號(hào)；當(dāng)bj = -1時(shí)，發(fā)送與混沌基信號(hào)相反的信號(hào)。雙極性混沌鍵控相干解調(diào)方式接收機(jī)原理圖如圖2所示，接收端通過(guò)混沌同步器 產(chǎn)生與發(fā)送端的混沌基信號(hào)相同的混沌信號(hào)，然后通過(guò)相干解調(diào)來(lái)判決發(fā)送端所發(fā)的數(shù)字 信號(hào)。雙極性混沌鍵控相干解調(diào)方法中需要收發(fā)雙方實(shí)現(xiàn)理想的混沌同步，然而在實(shí)際的 混沌通信過(guò)程中由于受到信道和噪聲等因素的影響，理想的混沌同步是很難維持的。一旦 收發(fā)雙方出現(xiàn)混沌同步不理想的情況，將導(dǎo)致高誤碼率，這一點(diǎn)可以從混沌信號(hào)的自相關(guān) 特性圖3中看出。圖3是從序列長(zhǎng)度為128的Tent混沌信號(hào)的歸一化自相關(guān)特性桿狀圖 中截取的一部分，當(dāng)混沌信號(hào)理想同步時(shí)，Tent信號(hào)的自相關(guān)值為1，表現(xiàn)為強(qiáng)相關(guān)性；一 旦收發(fā)雙方異步，即使是微小的差異也會(huì)導(dǎo)致相關(guān)值很小，相關(guān)特性急劇變差。對(duì)雙極性混沌鍵控系統(tǒng)傳統(tǒng)的相干解調(diào)進(jìn)行仿真，仿真參數(shù)設(shè)置為=Tent混沌映 射參數(shù)a = 1. 9，混沌擴(kuò)頻因子數(shù)為128，數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)為10萬(wàn)比特。圖4所示為系統(tǒng)理想同步 和系統(tǒng)同步誤差分別為1、2和3個(gè)單位時(shí)間下的誤碼率性能曲線。由圖4分析可知，混沌 信號(hào)自相關(guān)值的大小和正負(fù)是影響系統(tǒng)誤碼率的主要因素。當(dāng)收發(fā)雙方混沌信號(hào)理想同步 時(shí)，Tent信號(hào)的自相關(guān)值為1，雙極性混沌鍵控通信系統(tǒng)相干解調(diào)方法10萬(wàn)點(diǎn)仿真無(wú)誤碼； 然而當(dāng)混沌同步不理想時(shí)，相干解調(diào)的誤碼率很高。特別是當(dāng)同步誤差為1個(gè)單位時(shí)間時(shí)， 誤碼率高達(dá)50%以上，并隨著信噪比的增大而上升，其原因在于此時(shí)Tent信號(hào)的自相關(guān)值 由圖3知約為-0. 2，因此相干解調(diào)出的數(shù)字信號(hào)恰好和發(fā)送端的數(shù)字信號(hào)相反。另外圖4中同步誤差為2個(gè)單位時(shí)間時(shí)的誤碼率高于同步誤差為3個(gè)單位時(shí)間時(shí)的誤碼率是因?yàn)閳D 2中Tent信號(hào)的同步誤差為2個(gè)單位時(shí)間時(shí)的自相關(guān)值低于同步誤差為3個(gè)單位時(shí)間時(shí)的 自相關(guān)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是一種可以克服同步不理想帶來(lái)高誤碼率的雙極性混沌鍵控通信 系統(tǒng)解調(diào)方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，它包括如下步驟步驟一，采用兩路不同混沌信號(hào)跟蹤器分別跟蹤發(fā)端發(fā)送的混沌信號(hào)；步驟二，各混沌信號(hào)跟蹤器跟蹤后的信號(hào)與接收到的信號(hào)計(jì)算均方誤差；步驟三，通過(guò)比較兩路均方誤差的大小可以判決發(fā)送端所發(fā)的數(shù)字信號(hào)。在步驟一中，混沌跟蹤器1所采用的跟蹤動(dòng)態(tài)方程和發(fā)送端一致，混沌信號(hào)跟蹤 器2由反相器和混沌信號(hào)跟蹤器1級(jí)聯(lián)組成。混沌跟蹤器采用的跟蹤算法包括擴(kuò)展Kalman 濾波(EKF)和粒子濾波算法。在步驟二中，收發(fā)雙方存在著同步誤差時(shí)，由于發(fā)送的每比特信息經(jīng)過(guò)了混沌擴(kuò) 頻，在計(jì)算均方誤差時(shí)根據(jù)同步誤差量和算法的收斂步長(zhǎng)去掉每比特信號(hào)前面和后面相應(yīng) 的擴(kuò)頻數(shù)據(jù)點(diǎn)。在步驟三中，當(dāng)上下兩路兩均方誤差的差值小于0時(shí)，判數(shù)字信息“ 1 ”輸出，反之 判數(shù)字信息“-1”輸出。采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，提出了一種新的雙極性混沌鍵控新解調(diào)方法可以解 決現(xiàn)有相干解調(diào)方式在同步不理想時(shí)帶來(lái)高誤碼率的缺陷。


圖1為雙極性混沌鍵控發(fā)射機(jī)原理圖；圖2為雙極性混沌鍵控相干解調(diào)接收機(jī)原理圖；圖3為Tent混沌信號(hào)歸一化自相關(guān)特性圖；圖4為雙極性混沌鍵控相干解調(diào)誤碼率圖；圖5為本發(fā)明中雙極性混沌鍵控接收機(jī)原理圖；圖6為本發(fā)明雙極性混沌鍵控基于EKF算法和粒子濾波算法的誤碼率圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明為一種雙極性混沌鍵控通信系統(tǒng)新解調(diào)方法，它包括如下步驟步驟一，解調(diào)端采用兩路不同混沌信號(hào)跟蹤器分別跟蹤發(fā)端發(fā)送的混沌信號(hào)，混 沌信號(hào)跟蹤器1所采用的跟蹤動(dòng)態(tài)方程和發(fā)送端一致，混沌信號(hào)跟蹤器2由反相器和混沌 信號(hào)跟蹤器1級(jí)聯(lián)組成。混沌跟蹤器采用的跟蹤算法包括EKF和粒子濾波算法。由此可見(jiàn) 當(dāng)發(fā)送數(shù)字信號(hào)“1”時(shí)，混沌信號(hào)跟蹤器1跟蹤發(fā)送端發(fā)送的混沌基信號(hào)的性能良好，混沌 信號(hào)跟蹤器2無(wú)法跟蹤；當(dāng)發(fā)送數(shù)字信號(hào)“_1”時(shí)，混沌信號(hào)跟蹤器2具有良好的跟蹤特性， 而混沌信號(hào)跟蹤器1無(wú)法跟蹤。步驟二，各混沌信號(hào)跟蹤器跟蹤后的信號(hào)與接收到的信號(hào)計(jì)算均方誤差；收發(fā)雙方存在著同步誤差時(shí)，由于發(fā)送的每比特信息經(jīng)過(guò)了混沌擴(kuò)頻，在計(jì)算均方誤差時(shí)根據(jù)同 步誤差量和算法的收斂步長(zhǎng)去掉每比特信號(hào)前面和后面相應(yīng)的擴(kuò)頻數(shù)據(jù)點(diǎn)。步驟三，通過(guò)比較兩路均方誤差的大小可以判決發(fā)送端所發(fā)的數(shù)字信號(hào)，當(dāng)上下 兩路兩均方誤差的差值小于0時(shí)，判數(shù)字信息“ 1”輸出，反之判數(shù)字信息“-1，，輸出。圖5中解調(diào)數(shù)字信號(hào)時(shí)需要混沌信號(hào)跟蹤器來(lái)跟蹤發(fā)端發(fā)送的混沌信號(hào)，本發(fā)明 主要討論EKF和粒子濾波兩種算法。EKF是一種將非線性問(wèn)題線性化的方法，僅適用于高斯 分布模型，而粒子濾波算法結(jié)合了貝葉斯理論，它能夠處理各種非線性模型和任意的概率 分布問(wèn)題。EKF是經(jīng)典Kalman濾波器的改進(jìn)型式，同經(jīng)典Kalman濾波原理基本一致，也是在 最小均方誤差估計(jì)理論基礎(chǔ)上，通過(guò)一組遞推公式，不斷地預(yù)測(cè)并通過(guò)觀測(cè)信號(hào)修正來(lái)估 計(jì)系統(tǒng)的狀態(tài)。然而與經(jīng)典Kalman濾波不同的是，EKF通過(guò)在最優(yōu)估計(jì)點(diǎn)附近計(jì)算非線性 函數(shù)的泰勒級(jí)數(shù)并將高階分量舍棄，進(jìn)而將非線性系統(tǒng)近似線性化以達(dá)到可以處理非線性 問(wèn)題的目的。EKF算法主要分為兩個(gè)部分，首先是預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)過(guò)程利用當(dāng)前狀態(tài)的最優(yōu)估計(jì) 和誤差協(xié)方差通過(guò)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程計(jì)算下一個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)和誤差協(xié)方差的先驗(yàn)估計(jì)；其次是 更新，更新過(guò)程則利用觀測(cè)量來(lái)進(jìn)一步修正預(yù)測(cè)狀態(tài)，從而完成系統(tǒng)狀態(tài)的最優(yōu)估計(jì)。其具 體算法如下1)建立狀態(tài)方程和測(cè)量方程
權(quán)利要求
1.一種雙極性混沌鍵控通信系統(tǒng)解調(diào)方法，其特征在于，它包括如下步驟步驟一，采用兩路不同混沌信號(hào)跟蹤器分別跟蹤發(fā)端發(fā)送的混沌信號(hào)；步驟二，各混沌信號(hào)跟蹤器跟蹤后的信號(hào)與接收到的信號(hào)計(jì)算均方誤差；步驟三，通過(guò)比較兩路均方誤差的大小可以判決發(fā)送端所發(fā)的數(shù)字信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極性混沌鍵控通信系統(tǒng)解調(diào)方法，其特征在于在步 驟一中，混沌跟蹤器1所采用的跟蹤動(dòng)態(tài)方程和發(fā)送端一致，混沌信號(hào)跟蹤器2由反相器和 混沌信號(hào)跟蹤器1級(jí)聯(lián)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極性混沌鍵控通信系統(tǒng)解調(diào)方法，其特征在于在步 驟一中，混沌跟蹤器采用的跟蹤算法包括擴(kuò)展Kalman濾波和粒子濾波算法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極性混沌鍵控通信系統(tǒng)解調(diào)方法，其特征在于在步 驟二中，發(fā)送的每比特信息經(jīng)過(guò)了混沌擴(kuò)頻，收發(fā)雙方存在著同步誤差時(shí)，在計(jì)算均方誤差 時(shí)根據(jù)同步誤差量和算法的收斂步長(zhǎng)去掉每比特信號(hào)前面和后面相應(yīng)的擴(kuò)頻數(shù)據(jù)點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極性混沌鍵控通信系統(tǒng)解調(diào)方法，其特征在于在步 驟三中，當(dāng)上下兩路兩均方誤差的差值小于0時(shí)，判數(shù)字信息“1”輸出，反之判數(shù)字信息 “-1”輸出。
全文摘要
一種雙極性混沌鍵控通信系統(tǒng)解調(diào)方法屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，針對(duì)雙極性混沌鍵控通信系統(tǒng)中同步特性不理想時(shí)，相干解調(diào)會(huì)產(chǎn)生高誤碼率的問(wèn)題，本發(fā)明利用兩個(gè)不同的混沌信號(hào)跟蹤器分別跟蹤接收到的已調(diào)混沌信號(hào)，通過(guò)計(jì)算比較各跟蹤信號(hào)與接收信號(hào)的均方誤差實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)的判別。其中的混沌信號(hào)跟蹤方法采用了擴(kuò)展卡爾曼濾波和粒子濾波兩種算法，結(jié)果表明在同步特性不理想時(shí)，本發(fā)明的解調(diào)方法較傳統(tǒng)的相干解調(diào)誤碼率大大降低；而且采用粒子濾波算法的誤碼率優(yōu)于擴(kuò)展卡爾曼濾波算法的誤碼率。
文檔編號(hào)H04L27/00GK102143111SQ201110043850
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者劉小磊, 張培玲, 李輝, 王科平, 高娜 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)