变速率多带多路并行脉冲混沌超宽带系统设计及优化技术研究

Multiband multiplex parallel pulses chaotic UWB system is featured by adjustable transmission rate, stronger co-existence, higher spectrum efficiency, and good confidentiality. Thus, it can provide an effective solution for the dense mass access and large capacity requirements of wireless network in the future. From the perspective of multi-band pulse UWB system pulse signal waveform design, in-depth analysis is conducted on the different characteristics of the pulse basis functions in different domain, so as to more effectively design adaptive orthogonal waveform, and improve the spectrum utilization. Based on the statistical features of typical chaotic sequence, the generation method of multivalued digital chaotic sequence and its performance evaluation indexes are proposed. Besides, the system pulse is modulated through multivalued digital chaotic sequence. The optimization effect of multivalued digital chaotic sequence on UWB signal power spectral density smoothing and system co-existence is explored. On the basis of good pulse orthogonality of chaotic UWB signal and initial value sensitivity of chaotic sequence, the system scheme is extended up to multiband multiplex pulse chaotic UWB system, multiplex chaotic UWB signals are sent in parallel and relevant received. The implementation plan of the system and related performance evaluation methods are put forward. The project research lays a foundation for the practical application of new chaotic UWB communication system.

多子带多路并行脉冲混沌超宽带系统具有传输速率可调、系统共存性强、频谱利用率高、保密性好的特点，可为未来无线网络密集海量接入和超大容量需求提供一种有效的解决方案。本项目从多带脉冲超宽带系统脉冲信号波形设计的角度出发，深入研究脉冲基函数在不同域内的不同特性，从而更有效的进行自适应正交波形设计，提高频谱利用率。基于典型混沌序列的统计特性，提出多值数字混沌序列的生成方法及其性能评价指标，利用多值数字混沌序列对系统脉冲进行调制，分析多值数字混沌序列对超宽带信号功率谱密度平滑和系统共存性的优化作用。在混沌超宽带信号良好的脉冲正交性和混沌序列初值敏感性的基础上，将系统方案扩展至多路混沌超宽带信号并行发送相关接收的多带多路脉冲混沌超宽带系统，提出系统的整体实现方案及相关性能评估方法，为新型混沌超宽带通信系统的实际应用奠定基础。

为了解决无线通信网中不同通信系统间的融合与共存问题，缓解频谱资源匮乏和频谱浪费的矛盾，提高系统的安全性，本项目提出了一种利用数字混沌序列调制的多子带多路组合脉冲变速率并行超宽带系统的设计方案。首先从多带脉冲超宽带系统脉冲信号波形设计的角度出发，深入研究脉冲基函数在不同域内的不同特性，从而更有效的进行自适应正交波形设计，提高频谱利用率。其次，基于典型混沌序列的统计特性，提出了利用混沌矩阵生成复合多值数字混沌序列的方法及六维无简并离散超混沌系统，并给出了具体的性能评价指标。再次，利用多值数字混沌序列对系统脉冲进行调制，分析多值数字混沌序列对超宽带信号功率谱密度平滑和系统共存性的优化作用。最后，在混沌超宽带信号良好的脉冲正交性和混沌序列初值敏感性的基础上，将系统方案扩展至多路混沌超宽带信号并行发送相关接收的多带多路脉冲混沌超宽带系统，通过子带和子路的选择实现信息传输速率的调整。研究结果表明，提出的复合混沌序列相比于单次映射产生的混沌序列具有更高的多尺度熵、近似熵和样本熵，证明了多进制复合混沌序列所具有的无规则程度更高，复杂度更高，保密性更强；六维无简并高维离散超混沌系统的正Lyapunov指数等于系统的维数，其动力学行为更为复杂。轨迹更加不可预测，生成的混沌序列更具随机性；并行传输系统比传统系统数据速率提高了N倍，且功率谱密度更加平滑，减弱了传统超宽带系统中信号的周期性，峰值谱线数量明显减小，相同功率被分散到更多的细小谱线中；利用自回归条件异方差模型对利用数字混沌序列调制的多子带多路并行传输超宽带信号进行波动率分析后可知，混沌超宽带的功率谱与传统超宽带信号相比具有更高的不规则性，保密性更强，且具有更低的截获因子和更远的传输距离。本项目的研究成果可应用于频谱资源受限情况下的保密通信系统中，为解决未来无线网络密集海量接入和超大容量需求提供一种可行的方案，实现更高效率通信的目标。