可重复混沌扩频DCSK调制解调方法及调制解调器与流程

可重复混沌扩频dcsk调制解调方法及调制解调器
技术领域
1.本发明涉及通信信号处理技术领域，特别涉及一种可重复混沌扩频dcsk调制解调方法及调制解调器。


背景技术：

2.混沌数字调制技术不但可以保留传统扩频通信系统具有的低截获概率和减轻多径效应等特性，而且还在许多其他方面表现出了独特的优势，例如能够降低系统硬件成本、提升通信安全性、提高扩频通信系统的性能等。近些年来，混沌数字调制技术已成为非线性科学与信息科学界关注和研究的热点问题之一。
3.由于目前缺乏可靠和有效的方法在接收端实现混沌同步，现有的混沌数字调制解调方法大多还是基于传输参考方法，即把载波信号和携带信息的信号都发送给接收端。其中，差分混沌移位键控（differential chaos shift keying, dcsk）调制解调方法无需完成信道估计，能够获得相对较好的误码性能，在许多实际应用场合下（例如无线个人局域网、无线传感器网络等）都表现出了很强的竞争力。但是其误码率仍有待进一步提高，另外，现有的dcsk调制解调方法保密性不高，若被截获后再通过相关分析等攻击方法很容易就能提取出发送信号。


技术实现要素：

4.本发明的目的之一是提供一种可重复混沌扩频dcsk调制解调方法，以解决现有dcsk调制解调方法保密性不高的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种可重复混沌扩频dcsk调制解调方法，在发送端，信号调制的过程包括以下步骤：1）对输入的串行信息信号进行串并转换；2）获取离散混沌信号序列并对离散混沌信号序列进行延时，得到dcsk参考信号；利用延时前及延时后的离散混沌信号序列产生可重复混沌扩频序列，得到rcss参考信号；3）将经串并转换后的信息信号分成两路并行信号；一路并行信号通过离散混沌信号序列与dcsk参考信号进行调制，形成dcsk信号；另一路并行信号通过rcss参考信号进行调制，形成rcss
‑
dcsk信号；将dcsk信号与rcss
‑
dcsk信号合并发送到信道中进行传输。
6.进一步地，在接收端，信号解调的过程包括以下步骤：4）将接收到的dcsk信号和rcss
‑
dcsk信号分别进行相关解调，再经门限判决输出相应的解调数据；5）将得到的解调数据并串转换为一路串行解调数据并输出。
7.具体而言，在步骤1）中，是对输入的位于当前符号周期内的串行信息进行串并转换。
8.其中，在步骤2）中，是先通过混沌信号发生器产生离散混沌信号序列，再获取所述混沌信号发生器产生的离散混沌信号序列。
9.进一步地，在步骤3）中：通过所述离散混沌信号序列与dcsk参考信号对其中一路并行信号进行调制时，是先将当前符号周期内的dcsk参考信号与相应的并行信号相乘，得到dcsk信息信号，再通过所述离散混沌信号序列对dcsk信息信号进行调制，形成dcsk信号；通过所述rcss参考信号对另一路并行信号进行调制时，是将所述rcss参考信号与相应的并行信号相乘，得到rcss
‑
dcsk信号；通过所述rcss信号对另一路并行信号进行调制时，是将所述rcss信号与相应的并行信号相乘。
10.将所述dcsk信号与rcss
‑
dcsk信号合并时，是将dcsk信号与rcss
‑
dcsk信号相加。
11.其中，在步骤4）中：对dcsk信号进行相关解调时，是先将接收到的dcsk信号进行延时，延时后的dcsk信号和未延时的dcsk信号相乘再经相关处理并对相关后的信号进行时域采样，之后将采样值与门限值比较，根据门限判决输出解调数据；对rcss
‑
dcsk信号进行相关解调时，是先将接收到的rcss
‑
dcsk信号和未延时的dcsk信号相乘再经相关处理并对相关后的信号进行时域采样，之后将采样值与门限值比较，根据门限判决输出解调数据。
12.另外，本发明还涉及一种可重复混沌扩频dcsk调制解调器，包括调制器和解调器，上述调制器是按照上面步骤1）至步骤3）的方法对输入的串行信息信号进行调制。
13.进一步地，所述解调器是按照上面步骤4）至步骤5）的方法对接收到的信号进行解调。
14.具体来说，所述调制器包括混沌信号发生器、延时器1、串并变换电路、乘法器1、乘法器2和加法器；所述混沌信号发生器用于产生离散混沌信号序列，所述离散混沌信号序列经延时器1延时，得到当前符号周期内的dcsk参考信号，再利用延时前和延时后的离散混沌信号序列产生rcss参考信号；所述串并变换电路将当前符号周期内要传输的串行信息信号转变为两路并行信号；所述乘法器1将当前符号周期内的dcsk参考信号与其中一路并行信号相乘；所述乘法器2将rcss参考信号与另外一路并行信号相乘；所述加法器将dcsk信号和rcss
‑
dcsk信号相加后发送到信道中进行传输。
15.其中，所述解调器包括延时器2、乘法器3、乘法器4、求和器1、求和器2、采样开关、判决器和并串变换电路；所述延时器将接收到的dcsk信号进行延时；所述乘法器3将延时后的dcsk信号和未延时的dcsk信号进行相乘；所述乘法器4将rcss
‑
dcsk信号与未延时的dcsk信号进行相乘；所述求和器1是dcsk信号的相关；所述求和器2是rcss
‑
dcsk信号的相关；所述采样开关对相关后的信号分别进行时域采样；所述判决器对采样值与门限值比较并根据门限判决输出解调数据比特；所述并串变换电路将所得到的两路解调数据并串转换为一路串行解调数据并输出。
16.本发明采用的可重复混沌扩频dcsk（repeated chaotic spreading sequence
‑ꢀ
differential chaos shift keying, rcss
‑
dcsk）调制解调方法通过复制差分混沌键控调制信号的参考信号(dcsk)产生重复的混沌扩频序列（rcss），再将rcss和经串并转换后的一
部分数据流相乘，其余并行数据流按照dcsk进行调制，两部分信号相加后发送到信道中进行传输，在接收端进行相关解调恢复出原信息。在多径衰落信道下，该系统（rcss
‑
dcsk系统）在相同扩频因子条件下的误码率低于dcsk、cdsk和cd
‑
dcsk系统，且扩频因子越小，误码率越低，另外，信道中叠加服从高斯分布的噪声时的rcss
‑
dcsk系统误码率相比叠加服从瑞利分布的噪声时的系统误码率也更小，尤其值得一提的是，本发明利用延时前及延时后的离散混沌信号序列产生可重复混沌扩频序列得到rcss参考信号，用rcss参考信号对数据流进行调制，能够提高dcsk系统的保密性，使得窃听者更难以检测和恢复原始数据，从而更好地满足混沌通信系统在实际应用时的保密需求。
附图说明
17.图1 为实施例中rcss
‑
dcsk调制解调方法的流程示意图。
18.图2 为rcss
‑
dcsk调制器的结构示意图。
19.图3 为rcss
‑
dcsk解调器的结构示意图。
20.图4 为实施例所涉rcss
‑
dcsk调制解调方法与现有方法在加性高斯白噪声信道中的误码性能对比图。
具体实施方式
21.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明。
22.图1示出了可重复混沌扩频dcsk（即rcss
‑
dcsk）调制解调方法的整个流程，如图1所示，在发送端，信号调制的过程至少包括：一、对输入的串行信息信号进行串并转换。二、获取离散混沌信号序列；对离散混沌信号序列进行延时，得到dcsk参考信号；利用延时前及延时后的离散混沌信号序列产生可重复混沌扩频序列，得到rcss参考信号。三、将经串并转换后的信息信号分成两路并行信号；一路并行信号通过离散混沌信号序列与dcsk参考信号进行调制，，形成dcsk信号；另一路并行信号通过rcss参考信号进行调制，形成rcss
‑
dcsk信号；将dcsk信号与rcss
‑
dcsk信号合并发送到信道中进行传输。在接收端，信号解调的过程至少包括：四、将接收到的dcsk信号和rcss
‑
dcsk信号分别进行相关解调，再经门限判决输出相应的解调数据。五、将得到的解调数据并串转换为一路串行解调数据并输出。更详细的调制解调过程如下：步骤1： 生成离散混沌信号序列。
23.步骤2：对步骤1所生成的离散混沌信号序列进行延时，得到dcsk参考信号。
24.步骤3：对当前符号周期内的信号进行串并转换，分为2个并行部分。
25.步骤4：将步骤1生成的离散混沌信号序列、步骤2形成的dcsk参考信号与步骤3产生的其中一个部分的信息流进行差分混沌移位键控调制，形成dcsk信号。
26.步骤5：利用步骤1生成的离散混沌信号序列以及经步骤2延时的离散混沌信号序列产生可重复混沌扩频序列，形成rcss参考信号。
27.步骤6：将步骤5所形成的rcss参考信号与步骤3产生的另外一个部分的信息流进行相乘，形成rcss
‑
dcsk信号。
28.步骤7：将步骤4产生的dcsk信号和步骤6产生的rcss
‑
dcsk信号相加后发送。
29.步骤8：接收步骤7所发送的信号，并进行相关解调。
30.步骤9：将步骤8所得相关值与门限值比较，根据门限判决输出解调数据比特；步骤10：将步骤9所得解调数据比特合并为一路串行解调数据比特流。
31.基于上述rcss
‑
dcsk调制解调方法，本实施例还设计了一种可重复混沌扩频差分混沌移位键控（rcss
‑
dcsk）调制解调器，该调制解调器可利用上述方法对信号进行调制解调。简单来说，调制器包括两个部分，其中一个部分将部分信息信号（原信息信号串并转换后的一部分）采用dcsk调制，另外一个部分利用混沌信号发生器产生可重复混沌扩频序列（rcss），并将剩下的信息信号通过rcss调制，再将两个部分相加后发送到信道中，最后通过解调器将接收的信号分别进行相关运算并判决后再并串转换后输出信息信号。
32.图2和图3分别示出了rcss
‑
dcsk调制解调器中调制器和解调器的结构。见图2所示，调制器包括混沌信号发生器、延时器1、串并变换电路、乘法器1、乘法器2、加法器。混沌信号发生器生成离散混沌信号序列，离散混沌信号序列再经延时器1，进而得到当前符号周期内的dcsk参考信号；串并变换电路将当前符号时间内要传输的串行数据比特转变为两路并行数据比特；乘法器1将其中一路并行数据比特与当前符号周期内的dcsk参考信号相乘；乘法器2将rcss参考信号与另外一路并行数据比特相乘，生成rcss
‑
dcsk信号；加法器将dcsk信号和rcss
‑
dcsk信号相加后发送。
33.如图3所示，解调器包括延时器、乘法器3、乘法器4、求和器1、求和器2、采样开关、判决器和并串变换电路。延时器是将接收到的dcsk信号进行延时；乘法器3是将延时后的dcsk信号和未延时的dcsk信号进行相乘；乘法器4将dcsk信号与rcss
‑
dcsk信号进行相乘；求和器1是dcsk信号的相关；求和器2是rcss
‑
dcsk信号的相关；采样开关对相关后的信号分别进行时域采样；判决器是将采样值与门限值进行比较，根据门限判决输出解调数据比特；并串变换电路将所得两路解调数据比特合并为一路串行解调数据比特并输出。
34.下面通过一个具体的实例来验证上述可重复混沌扩频差分混沌移位键控调制解调方法的比特误码率。
35.首先，在发送端，对信号进行可重复混沌扩频差分混沌移位键控调制：步骤1：在信道中比特信噪比时，获取一个符号周期内长度k为15的离散混沌信号序列。
[0036] 步骤2： 对步骤1所生成的离散混沌信号序列进行延时。
[0037]
步骤3：对当前符号周期内的信号使用串并变换电路，将在当前符号周期内要传输的1路长度为5000的串行数据比特转变为两路各2500的并行数据比特。
[0038]
步骤4： 将步骤1、2和步骤3产生的一路信息流进行差分混沌移位键控调制，产生dcsk信号：。
[0039]
步骤5：利用步骤1生成的离散混沌信号序列以及步骤2中经过延时后的离散混沌信号序列产生可重复混沌扩频序列，得到rcss参考信号：
。
[0040]
步骤6：将步骤5得到的rcss参考信号与步骤3产生的另外一个部分的信息流进行相乘，产生rcss
‑
dcsk信号：。
[0041]
步骤7：将步骤4产生的dcsk信号和步骤6产生的rcss
‑
dcsk信号相加后发送。
[0042]
之后，在接收方对信号进行接收和解调：步骤8：接收步骤7所发送的信号，并进行相关解调。
[0043]
步骤9：将步骤8所得相关值与门限值比较，根据门限判决输出解调数据比特。
[0044]
步骤10：将步骤9所得解调数据比特合并为1路串行解调数据比特流。
[0045]
采用计算机仿真对上述验证实例进行传输试验。试验中，传输的数据比特数目为5000，离散混沌信号序列由二阶chebyshev多项式映射产生。
[0046]
图4为加性高斯白噪声信道中仿真得到的rcss
‑
dcsk方法的比特误码率。作为对照，图中还给出了相同条件下仿真得到的现有dcsk方法的比特误码率。从图中可以看出，与现有的dcsk方法相比，rcss
‑
dcsk方法大大降低了比特误码率，表现出了更好的比特误码性能。
[0047]
综上，上述实施例中所采用的rcss
‑
dcsk方法大大降低了判决变量中的噪声分量，明显提高了系统的比特误码性能。与此同时，上述rcss
‑
dcsk方法利用延时前及延时后的离散混沌信号序列产生可重复混沌扩频序列得到rcss参考信号，用rcss参考信号对数据流进行调制，能够提在一定程度上高dcsk系统的保密性，使得窃听者更难以检测和恢复原始数据。
[0048]
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
[0049]
为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。

技术特征：
1.可重复混沌扩频dcsk调制解调方法，其特征在于，在发送端，信号调制包括以下步骤：1）对输入的串行信息信号进行串并转换；2）获取离散混沌信号序列并对离散混沌信号序列进行延时，得到dcsk参考信号；利用延时前及延时后的离散混沌信号序列产生可重复混沌扩频序列，得到rcss参考信号；3）将经串并转换后的信息信号分成两路并行信号；一路并行信号通过离散混沌信号序列与dcsk参考信号进行调制，形成dcsk信号；另一路并行信号通过rcss参考信号进行调制，形成rcss
‑
dcsk信号；将dcsk信号与rcss
‑
dcsk信号合并发送到信道中进行传输。2.根据权利要求1所述的可重复混沌扩频dcsk调制解调方法，其特征在于，在接收端，信号解调包括以下步骤：4）将接收到的dcsk信号和rcss
‑
dcsk信号分别进行相关解调，再经门限判决输出相应的解调数据；5）将得到的解调数据并串转换为一路串行解调数据并输出。3.根据权利要求1或2所述的可重复混沌扩频dcsk调制解调方法，其特征在于：在步骤1）中，是对输入的位于当前符号周期内的串行信息进行串并转换。4.根据权利要求3所述的可重复混沌扩频dcsk调制解调方法，其特征在于：在步骤2）中，是先通过混沌信号发生器产生离散混沌信号序列，再获取所述混沌信号发生器产生的离散混沌信号序列。5.根据权利要求4所述的可重复混沌扩频dcsk调制解调方法，其特征在于,在步骤3）中：通过所述离散混沌信号序列与dcsk参考信号对其中一路并行信号进行调制时，是先将当前符号周期内的dcsk参考信号与相应的并行信号相乘，得到dcsk信息信号，再通过所述离散混沌信号序列对dcsk信息信号进行调制，形成dcsk信号；通过所述rcss参考信号对另一路并行信号进行调制时，是将所述rcss参考信号与相应的并行信号相乘，得到rcss
‑
dcsk信号；将所述dcsk信号与rcss
‑
dcsk信号合并时，是将dcsk信号与rcss
‑
dcsk信号相加。6.根据权利要求2所述的可重复混沌扩频dcsk调制解调方法，其特征在于，在步骤4）中：对dcsk信号进行相关解调时，是先将接收到的dcsk信号进行延时，延时后的dcsk信号和未延时的dcsk信号相乘再经相关处理并对相关后的信号进行时域采样，之后将采样值与门限值比较，根据门限判决输出解调数据；对rcss
‑
dcsk信号进行相关解调时，是先将接收到的rcss
‑
dcsk信号和未延时的dcsk信号相乘再经相关处理并对相关后的信号进行时域采样，之后将采样值与门限值比较，根据门限判决输出解调数据。7.可重复混沌扩频dcsk调制解调器，包括调制器和解调器，其特征在于：所述调制器按照权利要求1中步骤1）至步骤3）的方法对输入的串行信息信号进行调制。8.根据权利要求7所述的可重复混沌扩频dcsk调制解调器，其特征在于：所述解调器按照权利要求2中步骤4）至步骤5）的方法对接收到的信号进行解调。9.根据权利要求8所述的可重复混沌扩频dcsk调制解调器，其特征在于：所述调制器包
括混沌信号发生器、延时器1、串并变换电路、乘法器1、乘法器2和加法器；所述混沌信号发生器用于产生离散混沌信号序列，所述离散混沌信号序列经延时器1延时，得到当前符号周期内的dcsk参考信号，再利用延时前和延时后的离散混沌信号序列产生rcss参考信号；所述串并变换电路将当前符号周期内要传输的串行信息信号转变为两路并行信号；所述乘法器1将当前符号周期内的dcsk参考信号与其中一路并行信号相乘；所述乘法器2将rcss参考信号与另外一路并行信号相乘；所述加法器将dcsk信号和rcss
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dcsk信号相加后发送到信道中进行传输。10.根据权利要求8或9所述的可重复混沌扩频dcsk调制解调器，其特征在于：所述解调器包括延时器2、乘法器3、乘法器4、求和器1、求和器2、采样开关、判决器和并串变换电路；所述延时器将接收到的dcsk信号进行延时；所述乘法器3将延时后的dcsk信号和未延时的dcsk信号进行相乘；所述乘法器4将rcss
‑
dcsk信号与未延时的dcsk信号进行相乘；所述求和器1是dcsk信号的相关；所述求和器2是rcss
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dcsk信号的相关；所述采样开关对相关后的信号分别进行时域采样；所述判决器对采样值与门限值比较并根据门限判决输出解调数据比特；所述并串变换电路将所得到的两路解调数据并串转换为一路串行解调数据并输出。
技术总结
可重复混沌扩频DCSK调制解调方法及调制解调器，前述可重复混沌扩频DCSK调制解调方法是通过复制差分混沌移位键控调制信号的参考信号产生重复的混沌扩频序列，再和经串并转换后的部分数据流相乘，形成RCSS


技术研发人员：贾雅琼 俞斌 王晓丽 吴薇 尹艳清 杨湘杰
受保护的技术使用者：湖南工学院
技术研发日：2021.03.26
技术公布日：2021/6/29