法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2022-07-19
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):H04L27/00 专利号:ZL2019107258905 申请日:20190807 授权公告日:20200703
专利权的终止
2020-07-03
授权
授权
2019-11-29
实质审查的生效 IPC(主分类):H04L27/00 申请日:20190807
实质审查的生效
2019-11-05
公开
公开
技术领域
本发明涉及无线通信技术中的调制技术,尤其是涉及一种多级码移位差分混沌移位键控系统的参考分集设计算法。
背景技术
混沌信号在无线通信领域得到了广泛的研究,其固有的宽带特性和良好的相关性使它们成为扩频通信的良好候选者。因此,国内外学者提出了各种基于混沌的通信系统,其中一个重要的调制方案是差分混沌移位键控(Differential Chaos Shift Keying,DCSK)[1]。DCSK>[2,3]。然而,DCSK系统需要半个周的时间来传输参考信号,从而导致低数据率和低能量效率。此外,参考信号和信息承载信号被信道噪声破坏,这会降低DCSK系统的性能。因此,许多学者改进了DCSK方案,以提高数据速率并降低噪声。
为了提高传输数据率和能量效率,提出了基于walsh码序列的M-ary DCSK系统[4],利用>[5],但该方案仅能使用沃尔什码矩阵的最多一半的沃尔什码序列来发送比特以确保信号子流之间的正交性。因此,一种多级码移位DCSK(Multilevel>[6]方案被提出,该方案改善了GCS-DCSK系统的解调方案,提高了系统性能和沃尔什码的利用率,但信道噪声依旧极大降低了系统的性能。
为了减少叠加在参考和信息承载信号上的信道的噪声,DCSK的增强版本将每个参考信号由多个数据信号共享,并对接收到的信息承载信号求平均,以降低噪声并改善BER性能[7]。降噪DCSK(noise>[8]系统使用复制参考序列并在接收器处平均复制品以降低噪声,但该方案使用时间分集,这降低了时间效率并且不适合于传输高数据比特率。同时,解调的相关持续时间减少,使得系统对由多径时间延迟引起的码间干扰(intersymbol>
参考文献:
[1]G.Kolumbán,B.Vizvári,W.Schwarz,and A.Abel,“Differential chaosshiftkeying:A robust coding for chaos communication,”in Proc.NDES,vol.96,1996,pp.87–92.
[2]G.Kolumban and G.Kis,“Multipath performance of fm-dcsk chaoticcommunications system,”in 2000IEEE International Symposium on Circuits andSystems. Emerging Technologies for the 21st Century.Proceedings(IEEE CatNo.00CH36353), vol.4.IEEE,2000,pp.433–436.
[3]R.Vali,S.Berber,and S.K.Nguang,“Accurate derivation of chaosbasedacquisition performance in a fading channel,”IEEE Transactions on WirelessCommunications,vol.11,no.2,pp.722–731,2011.
[4]G.Kis,“Performance analysis of chaotic communications systems,”Ph.D. dissertation,Budapest University of Technology of Economics,Budapest,Hungary, 2003.
[5]W.Xu,L.Wang,and G.Kolumbán,“A new data rate adaptioncommunicationsscheme for code-shifted differential chaos shift keyingmodulation,”International Journal of Bifurcation and Chaos,vol.22,no.08,p.1250201,2012.
[6]T.Huang,L.Wang,W.Xu,and F.C.Lau,“Multilevel code-shifteddifferential-chaos-shift-keying system,”IET communications,vol. 10,no.10,pp.1189–1195,2016.
[7]G.Kolumbán,Z.Jákó,and M.P.Kennedy,“Enhanced versions of dcskandfm-dcsk data transmission systems,”in ISCAS’99.Proceedings ofthe 1999IEEEInternational Symposium on Circuits and Systems VLSI(Cat.No.99CH36349),vol.4.IEEE, 1999,pp.475–478.
[8]G.Kaddoum and E.Soujeri,“Nr-dcsk:A noise reductiondifferentialchaos shift keying system,”IEEE Transactions on Circuits andSystemsII:Express Briefs, vol.63,no.7,pp.648–652,2016.
发明内容
本发明的目的在于针对现有的多级码移位差分混沌移位键控系统在无线信道下性能不佳等问题,提供可降低系统噪声、提高系统性能的一种多级码移位差分混沌移位键控系统的参考分集(MCS-DCSK-RD)设计算法。
本发明包括以下步骤:
1)发射机利用walsh码序列的正交特性将具有参考分集的参考信号和多个信息承载信号在同一个时隙上进行叠加得到传输信号ek,传输信号ek经过无线信道,受到多径衰落和加性高斯白噪声(additive>
2)接收机将被噪声破坏的参考信号进行平均以减轻噪声对参考信号的干扰,并将降噪后的平滑参考信号和信息承载信号相关后得到判决变量,对判决变量进行硬判决,从而获得信息估计比特;
3)通过判决变量推导出所提出系统的理论BER,根据理论BER确定MCS-DCSK-RD系统的最佳参考分集数。
在步骤1)中,所述发射机利用walsh码序列的正交特性将具有参考分集的参考信号和多个信息承载信号在同一个时隙上进行叠加得到传输信号ek的具体方法可为:
假定只考虑第一个传输符号,则MCS-DCSK-RD系统的离散形式的传输信号ek可以表示为
其中,发送符号an∈{-1,+1}由信息比特bn∈{0,1}映射而来,x=[x1,x1,...,xβ]表示长度为β的混沌参考信号,
在步骤2)中,所述接收机将被噪声破坏的参考信号进行平均以减轻噪声对参考信号的干扰,并将降噪后的平滑参考信号和信息承载信号相关后得到判决变量,对判决变量进行硬判决,从而获得信息估计比特的具体方法可为:
接收机收到的受到信道干扰的接收信号rk后,将接收信号rk和walsh码序列相乘得到解调后的M个参考信号
在步骤3)中,所述通过判决变量推导出所提出系统的理论BER,再根据理论BER确定 MCS-DCSK-RD系统的最佳参考分集数的具体方法可为:
从推导出的所提出系统的BER公式可以看出,BER的值跟参考分集数有关:
为了获得最佳参考分集数,对于固定的发送比特数N、混沌信号长度β以及瞬时信噪比γb定义公式Ψ(M):
由于性能达到最优时,BER的值最小,且erfc(·)是单调递减函数,因此,当Ψ(M)达到最大值时,即可得到最佳参考分集数。
本发明的有益效果为:本发明首先在发送端采用分集技术发送参考信号及其若干个复制版本(参考信号),并在接收端对参考信号进行平均以减轻信道噪声对参考信号的干扰;接着推导出本算法在AWGN和多径瑞利信道上的理论BER,以确定参考分集的最佳数量,获得最佳的BER性能。结果表明,经过降噪以后的多级码移位差分混沌移位键控系统在AWGN和多径瑞利信道下都具有优良的性能。本发明使用参考分集有效降低信道噪声对参考信号的干扰,提高系统的性能,并通过推导BER公式确定最佳参考分集数,从而获得系统的最佳性能。
附图说明
图1为MCS-DCSK-RD系统的框图。
图2为函数Ψ(M)在AWGN和三路瑞利衰落信道的曲线图。发送比特N=15,30,70,β= 40,
图3为MCS-DCSK-RD系统在AWGN和三路瑞利衰落信道上的理论和模拟BER结果曲线图。其中参考分集数量M=2,3,15,N=15,β=160。
图4为在AWGN和三路瑞利衰落信道上的最佳MCS-DCSK-RD系统和MCS-DCSK系统之间的 BER性能比较曲线图。N=15,70,β=40。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示,本发明实施例的具体工作过程如下:
在发射机,假设用于调制第m个参考信号的walsh码序列为
其中,发送符号an∈{-1,+1}由信息比特bn∈{0,1}映射而来,
假设传输信号在传输过程中受到多径衰落和AWGN干扰,则接收端接收到的接收信号可以表示为
其中L,αl和τl分别表示信道的多径数,信道系数和第l路径的延迟,nk表示AWGN,其均值为零,方差为N0/2。此外,假设每个路径的信道系数遵循瑞利分布并且在符号周期内保持恒定。特别地,当L=1,αl=1和τl=0,时,信道为AWGN信道。
在接收机处,首先,利用沃尔什码矩阵的所有行彼此正交的固有特性从接收信号解调出参考信号
然后将yR[j]分别与
所有N个比特流都是独立的并且具有相同的错误概率,所以计算错误性能时只需计算其中一个比特。将公式(6)化简得:
类似地,第n个比特的信息承载信号可以简化为:
将公式(9)和(10)代入(8)可得判决变量为:
所以判决变量的期望和方差分别为:
其中E[·]和Var[·]分别是期望运算符和方差运算符,
可以看到,使用中心极限定理,决策变量zn近似为高斯变量,则MCS-DCSK-RD系统的BER>
其中, 其中, 特别地,当L=1, 由公式(14)可以知道,BER取决于分配给参考信号的walsh码序列数M。为了获得M的最佳值,对于固定的β,N和γb,定义以下函数Ψ(M): 图2显示了当发送比特N=15,30,70,β=40, 本发明提供了一种多级码移位差分混沌移位键控系统的参考分集设计算法。为了更好地阐明其有效性,在此展示一些计算机仿真结果。除非另有说明,否则仿真中使用的衰落信道是三路瑞利衰落信道(L=3),功率延迟分布设置如下:τ1=0,τ2=2,τ3=4。 MCS-DCSK-RD系统在AWGN和三路瑞利衰落信道上的理论和仿真BER结果参见图3,其中参考分集数量M=2,3,15,数据比特N=15,β=160。如图3所示,理论BER曲线和模拟曲线非常接近,这证实了公式(14)推导的准确性。 具有最佳参考分集数量的MCS-DCSK-RD(标记为“最佳MCS-DCSK-RD”)系统的性能曲线图参见图4,其中M随Eb/N0变化,并且通过求解式(16)的最大值为每个Eb/N0获得最佳的M>-4时,最佳>-3时优于MCS-DCSK系统约4dB。从图中还可以看出,随着传输比特数的增加,所提出的系统仍然具有性能增益(例如,当在AWGN信道上BER水平为10-4时,N=> 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本发明的多级码移位差分混沌移位键控系统的参考分集设计算法使用参考分集有效降低信道噪声对参考信号的干扰,提高系统的性能,并通过推导BER公式确定最佳参考分集数,从而获得系统的最佳性能。
机译: 基于混沌形状滤波器的M-ARY差分混沌移位键控方法
机译: 失调相位旋转移位键控调制装置和方法,相位沉默旋转移位键控调制装置和方法,以及相位沉默旋转移位键控解调装置和方法
机译: 失调相位旋转移位键控调制装置和方法,相位沉默旋转移位键控调制装置和方法,以及相位沉默旋转移位键控解调装置和方法