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混沌信号具有优良自相关、互相关以及宽带类似白噪声等性质，具备扩频通信、保密通信以及超宽带通信所需的优良特性。由于混沌信号产生电路简单，近年来，基于混沌信号的超宽带(UWB：Ultra-WideBand)技术受到了广泛的关注，其中非相干的差分混沌键控(DCSK：Differential Chaos Shift Keying)技术，由于不需要混沌同步，实现简单而受到更多的关注。本文以低成本、低功耗短距离无线通信应用需求为牵引，围绕差分混沌键控发射、接收机简化算法，网络环境下，基于差分混沌键控调制的通信节点用户协作协议的设计与优化，以及超宽带差分混沌键控通信系统构建与优化等方面，对差分混沌键控关键技术进行了系统的研究。主要贡献包括以下几个方面：
(1)在DCSK UWB通信系统中，对接收机的超宽带射频(RF：RadioFrequency)延时电路通常有两种处理方法：一是先进行高速A/D采样，在数字域进行延时，由于超宽带带宽很大，往往需要GHz以上的采样率，这将导致接收机功耗大副上升；二是模拟延时线，就目前技术，数十纳秒级的延时线很难进行有效的电路集成，因此，研究一种消除延时电路的DCSK替代方案具有重大的现实意义。为此，论文提出了一种DCSK调制新方法--码复用DCSK(CS-DCSK：Code-Shifted DCSK)，该方法采用一对正交的Walsh码序列分别调制参考信号和信息承载信号，即用一对正交码代替了经典DCSK接收机中实现参考信号与信息承载信号复用的延时电路；并且采用高斯近似(GA：GaussianApproximation)分析方法对CS-DCSK误码性能进行了分析，验证了其可行性。
(2)对CS-DCSK调制机制进行了一般化的扩展--GCS-DCSK(Generalized CS-DCSK)，在GCS-DCSK中，一个Walsh码以及多个互相正交的Walsh码分别用于调制参考信号和多路并行的信息承载信号，相对于CS-DCSK，提升了数据吞吐率，并且由于并行传输比特流易以控制，为基于自适应编码调制，以及跨层设计的混沌无线通信系统提供了理想的物理层方案。
(3)尽管DCSK和CS-DCSK均具有优良的抗多径干扰能力，为了对抗信道衰落，还需要结合有效的分集技术。大量研究表明，基于多天线的空间分集是在不增加频谱资源的情况下，抗击信道衰落的有效技术。然而，在某些特定应用场景下(如小型移动通信终端、传感器网络通信终端)，无法配置多天线。为此，本文建立了基于DCSK的用户协作通信模型，基于译码-转发(DF：Decoded-and-Forward)协议研究了用户协作DCSK的性能，并与相同频谱效率的CDMA用户协作系统进行了比较，发现用户协作DCSK在“远近效应”环境下的优势。其次，利用GCS-DCSK特点，研究了单向(OWRC：One-way RelayChannel)中继信道和双向(TWRC：Two-way Relay Channel)中继信道下的CS-DCSK用户协作协议。由于CS-DCSK用户协作协议是在发送自身数据的同时，译码转发伙伴用户的数据，因此，相对于传统的时分用户协作协议，减少了时隙的需求，能够提升整个用户协作通信系统的数据吞吐率。仿真结果也表明CS-DCSK用户协作协议提升了系统的数据吞吐率。
(4)如前所述，CS-DCSK就是为了消除经典DCSK超宽带系统中宽带射频延时电路而提出的，为了研究CS-DCSK UWB系统的性能，首先，对经典DCSKUWB系统架构进行了研究，重点研究了信号帧结构，即在避免混沌脉冲之间干扰的前提下，优化了信号帧结构，给出了计算最佳积分时间的方法；以此为基础，构建了CS-DCSK超宽带系统，并在IEEE802.15.4a信道环境下对其误码性能进行了仿真验证。