一种基于混沌无线通信系统的多径干扰抑制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于混沌无线通信系统的多径干扰抑制方法，步骤包括：1、对源信息比特序列进行混沌编码；2、接收机天线接收高频信号，并解调到基带；3、对基带接收信号进行混沌匹配滤波；4、计算混沌匹配滤波输出信号的回归映射；5、对混沌匹配滤波输出信号回归映射进行重新分组；6、计算分组后回归映射判决线；7、计算分组后检测判决门限。本发明专利技术方法利用混沌自身特性，对多径信道下混沌映射的多个分支进行重新分组，组内分支间将不存在多径干扰，从而达到多径干扰消除的目的；同时，该发明专利技术方法只需要在每个采样时刻，计算组内的判决门限即可，降低了多径干扰消除的计算复杂度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，用于将多径信道下混沌信号回归映射分支进行重新分组，以降低无线通信系统中的多径干扰的方法，具体涉及一种基于混沌无线通信系统的多径干扰抑制方法。
技术介绍
随着信息化的不断发展，无线通信技术已经广泛应用于社会生活的各个方面。与有线通信方式相比，无线信道是一个更复杂的通信环境。多径传播、带宽受限、多普勒频移等信道特性给无线通信系统的设计带来很多的难题，其中多径传播引起的码间干扰是造成无线系统误码率高的主要原因。为了提升无线通信性能，现有系统经常采用信道均衡技术来消除码间干扰。但低复杂度线性均衡算法易受噪声和信道估计误差的影响，非线性均衡算法性能有改进，但计算开销大。混沌信号具有高带宽、类噪声、易硬件生成等优点，近年来已经被广泛应用于通信系统。针对高斯白噪声信道下的相干接收通信系统，混沌信号已经被证明是最佳通信波形，它具有可简单硬件实现的线性匹配滤波器来最大化接收信噪比。但在无线信道下，多径传播依然是影响混沌无线通信系统性能的主要因素。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于混沌无线通信系统的多径干扰抑制方法，解决了现有技术存在多径干扰，影响混沌无线通信系统性能的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种基于混沌无线通信系统的多径干扰抑制方法，按以下步骤具体实施：步骤1、对源信息比特序列进行混沌编码；编码过程是，1.1)将发射端单极性二进制比特序列bn∈[0,1]，转化为双极性二进制序列sn∈[-1,1]；1.2)对双极性二进制序列sn进行混沌编码，生成编码时间序列x(t)；步骤2、接收机天线接收高频信号，并解调到基带；步骤3、对基带接收信号进行混沌匹配滤波；步骤4、计算混沌匹配滤波输出信号的回归映射；步骤5、对混沌匹配滤波输出信号回归映射进行重新分组；步骤6、计算分组后回归映射判决线；步骤7、计算分组后检测判决门限。本专利技术方法的有益效果是，能够在混沌无线通信系统中，降低多径传输引起的码间干扰，降低误码率，具体优点在于：1)通过使用分段线性混沌系统进行信息编码，接收端可以根据接收信号回归映射来进行信息解码。2)利用多径信道中接收信号的回归映射分支与多径时延符号组合存在的一一对应关系，可以根据已解码符号对多径回归映射分支进行分组，各组内分支将不存在多径干扰，从而达到消除多径干扰的目的。3)与传统基于均衡的多径干扰消除方法相比，本专利技术方法只需要在每个采样时刻，计算一个检测门限，不需要复杂的均衡器设计，算法简单，易实现。附图说明图1是本专利技术方法采用的混沌无线通信系统原理框图；图2是本专利技术方法的无线多径信道示意图；图3是本专利技术方法中的源序列s(t)和编码序列x(t)时间序列波形；图4是本专利技术方法中的发送信号的回归映射图；图5是无噪声两径信道下混沌匹配滤波输出信号y(t)的回归映射图；图6是有噪声两径信道下混沌匹配滤波输出信号y(t)的回归映射图；图7是有噪声两径信道下本专利技术方法得到的混沌匹配滤波输出信号y(t)回归映射分组图；图8是两径理想信道下，无分组、MMSE均衡、本专利技术分组最优判决门限、本专利技术分组次优判决门限、单径情况下误码率下界在不同信噪比情况的误码率变化曲线；图9是两径估计信道下，无分组、MMSE均衡、本专利技术分组次判决门限三种方法在不同信噪比情况的误码率变化曲线；图10是三径估计信道下，无分组、MMSE均衡、本专利技术分组次判决门限三种方法在不同信噪比情况的误码率变化曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。如图1所示，为本专利技术方法采用的混沌无线通信系统实施例原理框图。该混沌无线通信系统包括混沌发射机、无线多径信道和混沌接收机。混沌发射机对数字二进制信息进行混沌编码，再通过射频模块将编码信号调制到高频载波上，利用天线发射出去。发射的信号经过无线多径信道，被混沌接收机天线所接收，高频接收信号先通过射频模块转换到基带，基带接收信号后再通过混沌匹配滤波器和符号检测，恢复出原始的发送信息，得到源信息。如图2所示，为包含L个多径的无线信道示意图，每个多径包含多个不可分辨的子径。假设第l径信道的衰落系数和时延分别表示为αl和τl，通过大量实测和统计结果表明，αl能够表示为随τl指数衰落的模型，即其中参数γ为信道衰落系数；假设信道时延满足0≤τ0<τ1<…<τL-1，若发射信号为单冲激响应δ(t)，则信道冲激响应表示为其中t为时间变量，如图2所示，仅在L个多径时延点处存在响应值。基于上述的无线多径信道条件下，本专利技术基于混沌无线通信系统的多径干扰抑制方法，按照以下步骤具体实施：步骤1、对源信息比特序列进行混沌编码编码过程如下：1.1)将发射端单极性二进制比特序列bn∈[0,1]，n为二进制数据的序号，转化为双极性二进制序列sn∈[-1,1]；1.2)对双极性二进制序列sn进行混沌编码，生成编码后的时间序列x(t)，混沌编码采用的混沌编码系统是一种包含连续微分方程和离散状态切换条件的混合动力学模型，其中包含一个连续的微分方程和一个离散的状态切换条件，如下式(1)所示：其中，s(t)为双极性二进制序列sn的对应时间序列，β为混沌系统参数，ω＝2πf，f为基频率，通过微扰方法(Hai-PengRen,ChaoBai，JianLiu，MuriloBaptista,CelsoGrebogi,ExperimentalValidationofWirelessCommunicationwithChaos,Chaos，2016,26(8),083117)来实现将待发送信息的双极性二进制序列sn编码为时间序列x(t)；对微分方程式(1)进行求解得到其中，符号表示对变量t向上取整，基函数p(t)的表达式如下：在参数β＝0.65，f＝2时的波形图如图3所示，图3分别为时间序列x(t)和s(t)；在t＝n/f时刻采样，令xn＝x(n/f)，得到时间序列x(t)的回归映射xn+1＝eβxn-(eβ-1)sn，如图4所示，图4中左边分支上的点对应源信息sn＝-1，右边分支上的点对应源信息sn＝1。编码后的信号经过射频模块调制到高频载波上，然后利用发射机天线发射出去。步骤2、混沌接收机天线接收高频信号，并解调到基带混沌接收机天线收到高频信号后，经过另一个射频模块解调到基带，混合有加性高斯白噪声的基带接收信号r(t)表示为：其中，w(t)为加性高斯白噪声时间序列，L为信道多径数目；步骤3、对基带接收信号进行混沌匹配滤波将步骤2得到的基带接收信号r(t)通过混沌匹配滤波器g(t)＝p(-t)进行处理，得到混沌匹配滤波输出信号混沌匹配滤波输出信号y(t)的表达式如下：类似地，对y(t)在t＝n/f时刻采样，采样输出yn的表达式如下：在式(5)中，等号右边第一项为期望接收信号，第二项为滤波后的符号间干扰，第三项W为滤波后噪声；是与多径参数有关的变量，l为多径序号，i为符号循环的变量。步骤4、计算混沌匹配滤波输出信号的回归映射将步骤3得到的混沌匹配滤波输出信号y(t)的回归映射表达式如下：其中包含2L个分支，L为信道多径数目；如图5所示，为两径信道(L＝2)下，混沌匹配滤波输出信号y(t)的回归映射图，图5结果中没有包含噪声，β＝0.65，两径的时延分别为τ0＝0和τ1＝1，衰落系数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于混沌无线通信系统的多径干扰抑制方法，其特征在于，该方法按照以下步骤具体实施：步骤1、对源信息比特序列进行混沌编码；编码过程是，1.1)将发射端单极性二进制比特序列bn∈[0,1]，转化为双极性二进制序列sn∈[‑1,1]；1.2)对双极性二进制序列sn进行混沌编码，生成编码时间序列x(t)；步骤2、接收机天线接收高频信号，并解调到基带；步骤3、对基带接收信号进行混沌匹配滤波；步骤4、计算混沌匹配滤波输出信号的回归映射；步骤5、对混沌匹配滤波输出信号回归映射进行重新分组；步骤6、计算分组后回归映射判决线；步骤7、计算分组后检测判决门限。

【技术特征摘要】
1.一种基于混沌无线通信系统的多径干扰抑制方法，其特征在于，该方法按照以下步骤具体实施：步骤1、对源信息比特序列进行混沌编码；编码过程是，1.1)将发射端单极性二进制比特序列bn∈[0,1]，转化为双极性二进制序列sn∈[-1,1]；1.2)对双极性二进制序列sn进行混沌编码，生成编码时间序列x(t)；步骤2、接收机天线接收高频信号，并解调到基带；步骤3、对基带接收信号进行混沌匹配滤波；步骤4、计算混沌匹配滤波输出信号的回归映射；步骤5、对混沌匹配滤波输出信号回归映射进行重新分组；步骤6、计算分组后回归映射判决线；步骤7、计算分组后检测判决门限。2.根据权利要求1所述的基于混沌无线通信系统的多径干扰抑制方法，其特征在于，所述的步骤1.2)中，混沌编码采用的混沌编码系统是一种包含连续微分方程和离散状态切换条件的混合动力学模型，其回归映射满足伯努利移位映射，其中包含一个连续的微分方程和一个离散的状态切换条件，如下式(1)所示：x··(t)-2βx·(t)+(ω2+β2)(x(t)-s(t))=0x·(t)=0⇒s(t)=sgn(x(t))---(1)]]>其中，t为时间变量，s(t)为双极性二进制序列sn的对应时间序列，β为混沌系统参数，ω＝2πf，f为基频率，通过微扰方法实现将待发送信息的双极性二进制序列sn编码为时间序列x(t)；对微分方程式(1)进行求解得到其中，符号表示对变量t向上取整，基函数p(t)的表达式如下：p(t)=(1-e-β)eβt(cosωt-βωsinωt),t<01-eβ(t-1)(cosωt-βωsinωt),0≤t<1f0,t&Greate...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚俊良，任海鹏，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61