【摘 要】
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随着人类步入信息时代,通信技术已经完全与人们的生活、工作及社会各方面融合在一起。在这个社会经济快速发展以及科学技术不断创新进步的时代,人们面临着日益巨大的信息安全隐患,这促使着通信技术的保密化研究进入飞速发展阶段。混沌系统以其具有的天然优良特性成为保密通信技术的宠儿,混沌调制通信技术随之诞生。面对未来巨大的业务流量及海量的设备接入,提高混沌调制技术的频谱利用率以满足日益稀缺的频谱资源成为亟待解决的
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随着人类步入信息时代,通信技术已经完全与人们的生活、工作及社会各方面融合在一起。在这个社会经济快速发展以及科学技术不断创新进步的时代,人们面临着日益巨大的信息安全隐患,这促使着通信技术的保密化研究进入飞速发展阶段。混沌系统以其具有的天然优良特性成为保密通信技术的宠儿,混沌调制通信技术随之诞生。面对未来巨大的业务流量及海量的设备接入,提高混沌调制技术的频谱利用率以满足日益稀缺的频谱资源成为亟待解决的问题,而正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术有着近乎理想的频带利用率等优点,因此使用OFDM技术对混沌调制技术进行优化成为现阶段的研究热点。本文主要针对混沌键控数字调制技术的频谱利用率低等问题进行研究,并使用FPGA实现其关键技术,主要研究成果如下:(1)针对传统的混沌数字调制技术频谱利用率不高等问题,提出新型正交频分复用差分混沌移位键控(OFDM Differential Chaos Shift Keying,OFDM-DCSK)系统设计方案,发送信号经过DCSK调制后与OFDM系统级联进行多载波调制。提出新型正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)映射进行星座图优化,保证系统最小欧氏距离及最小相位间隔近似不变,并降低系统的峰值平均功率比。通过仿真结果表明,在相同的传输条件下OFDM-DCSK系统相对传统的DCSK系统来说具有极高的频带利用率及误比特率性能优势,并且该设计方案对于混沌参考序列长度要求低,提升了混沌码元的传输速率。(2)针对OFDM-DCSK系统信息传输速率不高等问题,提出基于正交编码技术的高效OFDM-DCSK(High Efficiency OFDM-DCSK,HE-OFDM-DCSK)系统设计方案。该系统使用正交编码帧结构来提升所携带的信息数量,并且使用新型QAM映射可以在保证误比特率性能近似不变的前提下使信息传输速率提升数倍。通过仿真结果表明,使用新型QAM的HE-OFDM-DCSK系统相比OFDM-DCSK系统具有近四倍的信息传输速率,但是二者的误比特率性能没有太大差异。(3)针对使用FPGA实现混沌系统的方法较少、部分混沌系统精度不足和开发低效等问题,提出基于FPGA的混沌系统通用设计方案。该设计方案不仅具有精度高、易纠错以及抗混沌退化等优势,而且可以兼容所有的混沌系统。文中使用该设计方案对一维Logistic和三维Lorenz混沌系统进行逻辑实现并在FPGA平台验证其正确性,二者均可工作在100MHz的时钟频率下,并且可以从示波器看到正确的混沌系统吸引子相图。对于文中OFDM-DCSK系统设计方案的N点FFT/IFFT技术,优化提出了一种单级蝶形单元复用结构的浮点数基-2 FFT/IFFT设计方案。该设计方案可以节省N倍的蝶形运算单元,并且相对定点数实现具有高计算精度、变换误差较低等优势。本文通信系统设计方案的FPGA部分实现可应用于无人机物理层保密通信等应用场景,可为使用混沌信号的各种保密通信系统提供一种切实可行的硬件实现方法。
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