混沌单用户CSK调制解调通信仿真系统

资 源 简 介

本程序实现了一种基于混沌动力学系统的单用户CSK（Chaos Shift Keying，混沌移键控）调制与解调仿真。系统核心功能通过MATLAB平台构建，利用混沌信号的高度复杂性、宽带特性及其对初始条件的敏感性来提高通信的隐蔽性和抗干扰能力。实现方法包括：首先利用改进的Logistic映射产生非周期、类噪声的混沌序列，然后将输入的二进制信息流通过CSK调制方式映射到不同的混沌轨道上。在传输端模拟信号通过加性高斯白噪声（AWGN）信道的过程，并在接收端采用相干解调技术，通过计算接收信号与本地同步混沌模板的相

详 情 说 明

混沌单用户CSK调制仿真系统

项目介绍

本项目实现了一个基于Logistic映射的单用户混沌移键控（CSK, Chaos Shift Keying）通信仿真系统。混沌信号具有非周期性、宽带频谱以及对初始条件的极端敏感性，这使得其在保密通信和物理层安全领域具有显著优势。该系统通过对比不同的混沌演化轨道来代表二进制逻辑，利用相干解调技术在加性高斯白噪声（AWGN）信道环境下展示了系统的抗干扰能力和误码率（BER）性能。

功能特性

• 混沌载波生成：采用改进的Logistic映射方程产生非线性的混沌序列，确保信号的高复杂度和类噪声特性。
• 初值敏感性利用：通过极小差异的初始值（如0.1与0.1000000001）生成两条完全不同的混沌轨道，用于区分二进制符号。
• CSK调制解调：实现了基于扩频因子的位移键控调制。接收端采用相干检测，通过相关运算恢复原始信息。
• 性能自动分析：自动扫描不同信噪比（SNR）下的系统表现，并对比仿真结果与理论参考曲线。
• 多维数据可视化：包含已调信号时域图、比特恢复对比图、混沌映射相图（吸引子展示）以及误码率性能曲线图。

系统要求

• 运行环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
• 工具箱依赖：无需特殊工具箱，使用MATLAB标准函数库即可运行。

系统实现逻辑

该仿真的实现过程严格遵循数字通信系统的基本框架，具体步骤如下：

1. 参数初始化：

设置信息序列长度为1000比特，扩频因子设置为100（即每个比特对应100个混沌采样点）。Logistic映射的分叉参数 $mu$ 固定为4.0，使系统处于完全混沌状态。定义信噪比范围为0dB至16dB。

1. 混沌轨道演化：

在调制循环中，针对每一个比特，程序同步演化两组混沌系统。无论该比特是0还是1，两个系统的状态值（chaos_gen0 和 chaos_gen1）都在持续更新，这保证了载波序列的长期非周期性。生成的每个片段都会进行零均值化处理，以优化信号功率分布并增强抗噪性。

1. CSK调制过程：

根据当前比特的逻辑值，从两个混沌片段中选择其一并存入发送缓冲区。如果比特为0，则传输轨道0的序列；如果为1，则传输轨道1的序列。最终形成一个总长度等于“比特数 × 扩频因子”的时域信号。

1. 信道模拟：

计算发送信号的平均功率，并根据预设的信噪比计算对应的噪声功率。生成相同维度的加性高斯白噪声信号并叠加到已调信号上。

1. 相干解调与判定：

接收端已知混沌映射的初值及参数，执行相同的混沌演化逻辑，同步生成本地参考模板（seg0_ref 和 seg1_ref）。计算接收信号片段与两个本地模板的相关值（Dot Product），根据能量相关度的大小进行判别：若与模板1的相关性更高，则判定为比特1，反之判定为0。

1. 统计与绘图：

对比原始比特流与解调比特流，统计并计算各SNR下的误码率。

关键算法与技术细节

• Logistic映射方程：

$x_{n+1} = mu cdot x_n cdot (1 - x_n)$ 在该系统中，$mu=4.0$ 确保了输出值在[0, 1]区间内表现出满射和混沌特征，提供了良好的伪随机性。

• 相关检测器原理：

利用混沌序列的正交近似特性。虽然混沌序列并非严格正交，但在扩频因子较大时，不同轨道之间的互相关性远小于其自相关性，从而允许接收机通过相关运算有效地从强噪声背景中提取信号。

• 性能评估模型：

程序引入了基于互补误差函数（erfc）的理论参考曲线，将CSK系统简化为非相干FSK类似模型进行对比，帮助用户直观判断仿真结果的合理性。

• 零均值化处理：

在发送端对混沌片段进行 seg - mean(seg) 处理。由于Logistic序列的取值范围在[0, 1]之间（均值约为0.5），若不进行去直流处理，信号中会包含较大的直流分量，不仅浪费发射功率，还会降低判决的准确度。

使用方法

1. 打开MATLAB软件。
2. 将包含程序主体逻辑的代码文件设置为当前工作目录或添加到路径中。
3. 在命令行窗口输入代码入口名称并回车。
4. 程序将自动执行仿真，完成后会弹出包含四项分析指标的可视化图表，并在控制台打印信噪比与对应误码率的数据。
5. 用户可以通过修改变量 spreading_factor 来观察扩频增益对抗噪声性能的影响。