[发明专利]一种双极性混沌键控通信系统解调方法

说明书

技术领域

本发明属于通信领域，尤其涉及一种双极性混沌键控通信系统解调方法。

背景技术

由于混沌信号具有类随机性和宽阔的频谱，混沌保密通信成为信息安全领域的重要研究内容之一，在民事和军事中有良好的应用价值。混沌键控通信方式具有电路结构简单、易于实现、低截获率和保密性强等优点，是常用的混沌通信方案。而双极性混沌键控采用一个混沌信号发生器，发射机可以避免键控连续工作，所以具有更高的实用价值。传统的双极性混沌键控通信系统采用相干解调的形式，而相干解调需要收发双方实现理想的混沌同步。混沌信号具有图钉型自相关函数，因此即使时间轴上的微小误差也会导致相关特性的极具恶化，其结果表现在进行相干解调时同步的稍有偏差，将导致大量的误码。然而实际的通信过程受到信道特性、噪声、电路参数失配和延迟线不理想等因素的影响，理想的同步往往很难达到。

双极性混沌键控方式发射机原理图如图1所示，图中发送端g(t)表示混沌发生器产生的混沌基信号，本发明以Tent混沌信号为例，Tent混沌信号具有均匀的概率密度和理想的相关特性，其映射可以表示为：

x_n+1＝a-1-a|x_n|，(1＜a≤2)    (1)

当参数a选择合适时，其值可均匀的分布在[-1，1]这个范围之内。图1中b_j∈(-1，1)为待发送的第j个数字信号，S(t)代表已调制的混沌信号。当b_j＝1时，发送端发送混沌基信号；当b_j＝-1时，发送与混沌基信号相反的信号。

双极性混沌键控相干解调方式接收机原理图如图2所示，接收端通过混沌同步器产生与发送端的混沌基信号相同的混沌信号，然后通过相干解调来判决发送端所发的数字信号。双极性混沌键控相干解调方法中需要收发双方实现理想的混沌同步，然而在实际的混沌通信过程中由于受到信道和噪声等因素的影响，理想的混沌同步是很难维持的。一旦收发双方出现混沌同步不理想的情况，将导致高误码率，这一点可以从混沌信号的自相关特性图3中看出。图3是从序列长度为128的Tent混沌信号的归一化自相关特性杆状图中截取的一部分，当混沌信号理想同步时，Tent信号的自相关值为1，表现为强相关性；一旦收发双方异步，即使是微小的差异也会导致相关值很小，相关特性急剧变差。

对双极性混沌键控系统传统的相干解调进行仿真，仿真参数设置为：Tent混沌映射参数a＝1.9，混沌扩频因子数为128，数据点数为10万比特。图4所示为系统理想同步和系统同步误差分别为1、2和3个单位时间下的误码率性能曲线。由图4分析可知，混沌信号自相关值的大小和正负是影响系统误码率的主要因素。当收发双方混沌信号理想同步时，Tent信号的自相关值为1，双极性混沌键控通信系统相干解调方法10万点仿真无误码；然而当混沌同步不理想时，相干解调的误码率很高。特别是当同步误差为1个单位时间时，误码率高达50％以上，并随着信噪比的增大而上升，其原因在于此时Tent信号的自相关值由图3知约为-0.2，因此相干解调出的数字信号恰好和发送端的数字信号相反。另外图4中同步误差为2个单位时间时的误码率高于同步误差为3个单位时间时的误码率是因为图2中Tent信号的同步误差为2个单位时间时的自相关值低于同步误差为3个单位时间时的自相关值。

发明内容

本发明的目的是一种可以克服同步不理想带来高误码率的双极性混沌键控通信系统解调方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，它包括如下步骤：

步骤一，采用两路不同混沌信号跟踪器分别跟踪发端发送的混沌信号；

步骤二，各混沌信号跟踪器跟踪后的信号与接收到的信号计算均方误差；

步骤三，通过比较两路均方误差的大小可以判决发送端所发的数字信号。

在步骤一中，混沌跟踪器1所采用的跟踪动态方程和发送端一致，混沌信号跟踪器2由反相器和混沌信号跟踪器1级联组成。混沌跟踪器采用的跟踪算法包括扩展Kalman滤波(EKF)和粒子滤波算法。

在步骤二中，收发双方存在着同步误差时，由于发送的每比特信息经过了混沌扩频，在计算均方误差时根据同步误差量和算法的收敛步长去掉每比特信号前面和后面相应的扩频数据点。

在步骤三中，当上下两路两均方误差的差值小于0时，判数字信息“1”输出，反之判数字信息“-1”输出。

采用上述技术方案的本发明，提出了一种新的双极性混沌键控新解调方法可以解决现有相干解调方式在同步不理想时带来高误码率的缺陷。

附图说明