基于Hamilton振子的混沌四進(jìn)制數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其仿真研究.pdf

1、混沌信號(hào)的非周期、寬頻帶、不可預(yù)測(cè)以及易于產(chǎn)生等特點(diǎn)使得其在通信領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。通?；煦缤ㄐ畔到y(tǒng)的保密性要優(yōu)于常規(guī)數(shù)字通信系統(tǒng)，但是其信息傳輸速率和誤碼率相對(duì)較差，加之混沌同步技術(shù)并未取得突破性進(jìn)展，使得實(shí)際構(gòu)建的混沌通信系統(tǒng)在信息傳輸效率、誤碼率等系統(tǒng)性能上無(wú)法與常規(guī)通信系統(tǒng)相匹敵，導(dǎo)致混沌通信研究一直處于理論研究階段，不能進(jìn)行實(shí)際工程應(yīng)用；對(duì)現(xiàn)有混沌通信系統(tǒng)誤碼率性能評(píng)估主要依賴于混沌映射的類型，通過(guò)選擇合適的混沌映射可以有效

2、提升混沌通信系統(tǒng)的誤碼率性能；從信息傳輸效率上考慮混沌通信研究發(fā)展問(wèn)題，現(xiàn)在混沌二進(jìn)制通信研究較多，關(guān)于混沌多進(jìn)制通信研究相對(duì)較少。
　　當(dāng)前混沌通信的研究趨勢(shì)主要分為兩個(gè)方向：第一個(gè)方向針對(duì)混沌同步技術(shù)進(jìn)行研究突破以及繼續(xù)研究經(jīng)典混沌保密通信系統(tǒng)；第二方向隨著混沌理論的不斷發(fā)展，通過(guò)尋找新的混沌振子探索新的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，為混沌通信理論的研究提供新的研究領(lǐng)域和實(shí)現(xiàn)方案。本文從第二個(gè)方向出發(fā)，以提高混沌通信系統(tǒng)的信息傳輸效率和誤碼率

3、性能為目的，開(kāi)展了對(duì)時(shí)空混沌Hamilton振子在四進(jìn)制數(shù)字通信領(lǐng)域應(yīng)用的探索研究。本文在文獻(xiàn)[107]中提出的Hamilton混沌多進(jìn)制調(diào)制解調(diào)方法的基礎(chǔ)上圍繞時(shí)空混沌Hamilton振子應(yīng)用于四進(jìn)制數(shù)字通信中的主要技術(shù)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題展開(kāi)討論，重點(diǎn)研究了不同噪聲下Hamilton混沌基帶解調(diào)器的設(shè)計(jì)問(wèn)題以及基于無(wú)線傳輸?shù)腍amilton混沌四進(jìn)制數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題。具體開(kāi)展的工作包括以下幾個(gè)方面：
　　(1)針對(duì)現(xiàn)有Hamilton

4、混沌四進(jìn)制數(shù)字通信系統(tǒng)信息傳輸效率低的問(wèn)題，本文通過(guò)研究Hamilton混沌基帶信號(hào)無(wú)線傳輸?shù)念l譜節(jié)省問(wèn)題，在QAM射頻調(diào)制下設(shè)計(jì)了支持以Nyquist率傳輸Hamilton混沌基帶信息的四進(jìn)制通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)正交調(diào)制將雙路 Hamilton混沌調(diào)制信號(hào)合成一路進(jìn)行信號(hào)傳輸，較AM調(diào)制方式節(jié)省了信道數(shù)量，提高了信息傳輸效率和頻帶利用率。在搭建Hamilton混沌QAM四進(jìn)制數(shù)字通信系統(tǒng)時(shí)解決了本地載波恢復(fù)、Hamilton振子相軌跡

5、重建、區(qū)域檢測(cè)器（混沌解調(diào)器）實(shí)現(xiàn)、符號(hào)同步信號(hào)恢復(fù)等問(wèn)題，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。最后討論了Hamilton混沌QAM四進(jìn)制通信系統(tǒng)的硬件可實(shí)現(xiàn)性和復(fù)雜度，利用 FPGA平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了 Hamilton混沌四進(jìn)制調(diào)制解調(diào)模塊，并結(jié)合現(xiàn)成射頻調(diào)制解調(diào)芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了Hamilton混沌四進(jìn)制通信系統(tǒng)，給出了硬件設(shè)計(jì)和測(cè)試結(jié)果。
　　(2)針對(duì)Hamilton混沌基帶解調(diào)方法易受信道噪聲影響的問(wèn)題，本文研究了白噪聲以及彩色噪聲兩種信道噪聲下

6、區(qū)域分割解調(diào)器（Hamilton混沌基帶解調(diào)器）邊界設(shè)計(jì)方法，提出了基于曲線擬合和概率統(tǒng)計(jì)原理的兩種區(qū)域分割解調(diào)器邊界確定方法。以Hamilton混沌 QAM四進(jìn)制通信系統(tǒng)為基礎(chǔ)，本文首先分析了加性高斯白噪聲信道對(duì)Hamilton調(diào)制信號(hào)相軌跡形狀影響規(guī)律，通過(guò)待解調(diào)混沌信號(hào)的概率密度函數(shù)分布關(guān)系給出了噪聲與Hamilton調(diào)制信號(hào)相軌跡的定量關(guān)系，然后通過(guò)大概率事件置信區(qū)間給出了區(qū)域分割解調(diào)器的邊界參考范圍。其次運(yùn)用曲線擬合法直接給出

7、了信噪比與Hamilton調(diào)制信號(hào)相軌跡最大粗糙度的關(guān)系曲線，該方法的好處在于無(wú)需知道信道噪聲概率分布特性即可給出區(qū)域分割解調(diào)器邊界確定范圍，對(duì)于非高斯分布的噪聲也適用。最后給出了彩色噪聲下區(qū)域分割解調(diào)器邊界確定方法，主要設(shè)計(jì)思路為首先將彩色噪聲進(jìn)行白化處理，然后運(yùn)用白噪聲下的邊界設(shè)計(jì)思路去指導(dǎo)設(shè)計(jì)區(qū)域分割解調(diào)器的邊界范圍。
　　(3)針對(duì)彩色噪聲下Hamilton混沌四進(jìn)制通信系統(tǒng)白化器的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，提出了一種發(fā)射機(jī)信號(hào)預(yù)失真處理