CS-DCSK在窄带调制干扰下的性能研究

摘要 ??? 随着科技的日新月异和飞速发展，无线通信和移动通信给人们日常生活带来 的便利性，使它受到日益广泛的青睐和应用。然而以无线电磁波为媒介传输信号 的通信系统，都不可避免地会遭受到各种衰落，尤其多径衰落的严重损害。传统 通信借助于rake接收等补偿技术来对抗信道衰落，它需要对信道环境有一个比 较准确的估计，这并不是容易精确做到的。混沌通信，即混沌调制解调（CS－ DCSK），无需知道信道参数，从一个全新的角度，为解决多径衰落问题提供了 种简单易行的思路和方法，受到了业界特别的关注。 本文的工作，集中于目前发现的抗多径衰落和误码性能最好的混沌调制即 CS-DCSK上。通过研究、设计与仿真，揭示了该技术的本质和优势。在此基础 上，对基于CS-DCSK的混沌扩频通信系统和传统扩频通信系统的性能进行了比 较研究，找出了混沌通信较之传统通信的优势和潜力。 关键字：窄带干扰、CS-DCSK、AWGN、误码率 研究背景及其意义 混沌是确定性系统中由于内在随机性而产生的外在复杂表现，是一种貌 似随机的非随机运动。被誉为“混沌之父”的美国科学家Lorenz曾经给出 过一个通俗的定义：一个真实的物理系统，在排除了所有的随机性影响以后， 仍有貌似随机的表现，那么这个系统就是混沌的。Lorenz 的这个定义说出 了混沌的如下基本特征：（1）混沌是系统固有的。系统所表现出来的复杂性 是系统自身的、内在的因素所造成的，并不是在外界的干扰下所产生的，是 系统内在随机性的表现。（2）混沌是具有确定性的。混沌的确定性分为两个 方面，首先，混沌系统是确定系统，是一个真实的物理系统；其次，混沌的 表现貌似随机，系统每一时刻状态都受到前一时刻状态的影响，是确定出现 的，而不是像随机系统那样随意出现，混沌系统的状态是可以完全重现的， 这和随机系统不同。（3）混沌系统的表现具有复杂性。混沌系统的表现是貌 似随机的，它不是周期运动，也不是准周期运动，具有良好的自互相关特性 和低频宽带的特点。因此，混沌在数字通信领域特别是保密通信领域有着极 其广泛的运用前景，近年来成为了通信领域的一个研究热点。 1.2国内外研究现状 1983年，美籍华裔科学家蔡少棠教授首次提出了著名的蔡氏电路[z0]，在 这以后蔡氏电路一直是研究混沌现象的重要模型。它的优点在于极简单的系 统却能产生相当复杂的动力学行为，许多文献中关于混沌的研究都是基于蔡 氏电路的。蔡氏电路在电子混沌领域内占有相当重要的地位。使人们能从电 路的角度较为方便地对混沌机理与特性进行研究，蔡氏电路也已成为开辟混 沌通信领域的先驱。1987年8月，在?? proceedingsoftheIEEE上由蔡少棠主 持出版了第一期关于混沌系统入门的专辑，介绍了识别、分析混沌行为的 基本方法，给出了一些解释和预测混沌的数学工具和理论，提供了用硬件和 软件对混沌行为进行确认和观察的工具，实现了对复杂非线性现象和混沌理 论从数学抽象到实际电路硬件实验研究的转变，为以后对混沌及其应用的进 一步研究铺平了道路。 20世纪90年代初期，美国马里兰大学的物理学家Ott，Grebogi，Yorke 合作实现了对混沌的控制，并且以3个人的名字命名为OGY混沌控制法;美国海军实验室的研究人员Pecora和Carroll首次用电子线路实现了混沌的同步。这一突破性的进展，打破了传统观念中混沌运动模式是一种危险运动的观念。研究结果表明，混沌不仅是可以驾驭和控制的，而且它还可以作为信息传输与处理的动力学基础，使混沌理论应用于通信领域成为可能。 1992年， KoearevL.，Halle.K.S，EekertK.， ChuaL.O.， ParlitzU.等学者 在国际著名期刊“ InternationalJoumalofBifureationandChaos”上首次发表 了两篇有关混沌掩盖通信方面的研究论文，率先开辟了混沌通信研究的一 个新的领域。此后，在国际上相继提出了各种混沌通信制式及其理论与方法， 由此使混沌通信成为现代通信领域的一个新的分支，随着混沌通信的不断完 善与发展，它已成为21世纪通信技术的一个重要研究方向。 20世纪90年代中期以来，国内有许多高校和科研单位都在进行这方面 的研究。并且己取得了一定的成果。例如:中科院广州电子所的钟国群以及 中科院电子所的尹元昭较早地利用实验的手段对蔡氏电路的混沌特性以及同 步进行了研究。北京邮电大学的胡健栋、东南大学的何振亚教授、北京师范 大学的裴留庆教授和复旦大学的凌燮亭教授在将混沌应用于扩频通信及混沌 通信系统的保密性能等方面，取得了一定的进展。华南理工大学的丘水生教 授近年来提出的混沌吸引子的细胞模型理论开辟了混沌研究的新视角，根据 这个理论而提出的混沌的键带同步方法在理论研究上已经取得了较大的进 展，并且在实验室的数字通信模型中得到初步验证间。中国原子能科学研究 所的方锦清教授开发的基于混沌复杂性的数字链路密码机已经做出样机，并 且通过了实验验证。2007年8月24日第一届中国混沌研讨会召开，这说明 混沌越来越受到中国学者的重视。总之，混沌研究在全世界都是一个全新课 题，特别是混沌应用研究还有待进一步的深入。