DCSK与BPSK通信系统性能对比仿真

资 源 简 介

该项目旨在MATLAB环境下构建并模拟一个完整的差分混沌键控（DCSK）无线通信链路，并将其与传统二进制相移键控（BPSK）系统的性能进行深度横向对比。DCSK作为一种高效的非相干混沌扩频技术，通过在一个比特周期内依次传输参考信号和包含信息的携带信号来规避复杂的混沌同步要求。 本项目具体实现了基于Logistic映射的宽带混沌载波生成、发送端的信息差分编码、扩频处理以及在加性高斯白噪声（AWGN）信道下的传输过程。接收端采用典型的延迟相关解调方案，利用接收信号与其延时副本的自相关特性完成信息提取。系统通过

详 情 说 明

项目说明文档：差分混沌键控 (DCSK) 通信系统仿真与 BPSK 性能对比

项目介绍

本项目设计并实现了一个基于 MATLAB 的差分混沌键控（DCSK）通信系统仿真模型。DCSK 是一种非相干混沌扩频调制技术，其主要优势在于接收端无需复杂的混沌同步电路，仅通过延迟相关即可提取信息。项目通过对该系统在加性高斯白噪声（AWGN）信道下的建模，客观评估了其在不同扩频因子下的误码率（BER）性能，并引入传统的二进制相移键控（BPSK）作为基准进行对比分析，旨在验证混沌通信系统的有效性与可靠性。

功能特性

1. 混沌载波生成：利用 Logistic 映射构造具备类噪声特性和高度初期值敏感性的宽带信号。
2. 差分扩频调制：实现了典型的 [参考信号 | 信息信号] 双帧结构调制方案。
3. 非相干解调：通过接收端自相关运算（延迟相关）实现信号还原，摆脱了对相干载波同步的要求。
4. 综合性能分析：集成了 BPSK 仿真对比、理论误码率计算以及多维度的数据可视化。
5. 参数化设计：支持灵活调整扩频因子、信噪比范围及映射参数，便于研究系统性能随参数的变化规律。

使用方法

1. 启动 MATLAB 软件环境。
2. 将仿真脚本置于当前工作路径。
3. 在命令行窗口直接运行该脚本。
4. 程序将自动执行 10,000 个比特（可根据需要修改）的循环仿真。
5. 仿真结束后，系统将自动弹出包含四个子图的性能分析图表，并在命令行输出信噪比对应的具体误码率数值。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016b 及以上版本。
2. 必备工具箱：信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）、通信系统工具箱（Communications Toolbox - 用于 biterr 函数进行误码统计）。

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系统实现逻辑与流程分析

#### 1. 混沌载波序列的生成与预处理 仿真首先利用 Logistic 映射方程式生成混沌信号。为了确保信号进入完全混沌状态并消除初始迭代点的非线性过渡效应（瞬态效应），算法执行了 1000 次预迭代。生成的序列经过中心化处理（减去均值）确保其均值为零，并进行了功率归一化处理，使每个采样点的平均能量为 1。这一步骤对于后续计算信噪比时精确控制每比特能量（Eb）至关重要。

#### 2. 发送端调制过程 发送端根据随机产生的二进制原始信息序列执行两种不同的调制逻辑：

• BPSK 调制：将比特 0 和 1 直接映射为符号 +1 和 -1。
• DCSK 调制：每个信息比特被赋予一个长度为 2*beta 的时隙。前半段直接发送生成的归一化混沌参考序列，后半段则根据信息比特的正负，发送参考序列本身（对应比特 1）或其反向副本（对应比特 0）。这种差分结构是实现非相干解调的核心。

#### 3. 信道建模与噪声注入 系统在 AWGN 信道下运行。仿真中详细区分了 DCSK 和 BPSK 的能量计算方法：

• BPSK 的每比特能量（Eb）为 1。
• DCSK 的每比特能量（Eb）为 2*beta，因为一个比特由两个长度为 beta、且单位能量为 1 的混沌段组成。

根据设定的信噪比范围（0dB 至 16dB），计算相应的噪声功率谱密度（N0）并产生对应强度的高斯随机噪声叠加至信号上。

#### 4. 接收端解调与判决

• BPSK 解调：采用简单的零门限硬判决。
• DCSK 解调：采用延迟相关解调。接收端将当前时隙的前半段（接收到的参考信号）与后半段（接收到的信息信号）进行逐点乘积并求和。利用混沌信号的自相关特性，若两段信号极性相同，相关器输出正值；若极性相反，输出负值。最终根据相关统计量的正负完成比特判定。

#### 5. 性能度量与可视化 系统通过大规模蒙特卡洛实验统计误码数，并绘制如下四个维度的可视化图表：

• 混沌序列时域图：展示 Logistic 映射产生的类噪声波形。
• 单比特帧结构：清晰展示 DCSK 信号中参考段与信息携带段的拼接关系。
• 判决变量分布：在中等信噪比下，展示解调过程中相关运算后的判决量分布情况，直观观察噪声对判决门限的影响。
• 误码率对比曲线：绘制 DCSK 仿真、BPSK 仿真及 BPSK 理论曲线的半对数坐标图，揭示在相同 Eb/N0 条件下，DCSK 由于噪声项相互乘积产生的“噪声对噪声”干扰，其性能通常弱于相干 BPSK 的客观事实。

关键算法细节说明

• 扩频因子 (Beta)：它是 DCSK 系统的核心参数。较大的 Beta 值可以增强系统对抗干扰的能力，但会引入更多的噪声积项，导致在相同信噪比下 BER 升高。
• 能量归一化：代码通过除以均方根的方式严格控制了混沌序列的能量，这保证了在与 BPSK 进行性能对比时，双方处于公平的每比特能量（Eb）基准之下。
• 理论公式参考：代码中引入了 DCSK 的近似理论性能公式，该公式考虑了扩频因子对有效信号功率与噪声干扰功率比例的影响。