Sistemas de comunicação utilizando transmissão OFDM baseado em wavelets com subportadoras com modulação caótica.

Abstract

A chaotic signal based communication system represents a new wideband transmission model. Nonetheless, chaotic based systems have not yet shown a distinguished performance in terms of bit error rate when transmitted in narrow band channels or in the presence of impairments in comparison to the traditional communications systems. The focus of this work relies on an experiment that overcomes this issue, through the conjugation of the characteristics of traditional communications based in orthogonal carriers and those originated from chaotic signals. More clearly, the chaotic modulation is employed in sub-carriers of traditional OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). This novel modulation scheme is implemented through the generation of chaotic sequences in a one dimensional map controlled by a parameter p which defines the central region of the map as a guard interval, the slope of the delimiting lines and the chaotic behavior of the generated sequence. This parameter also determines directly the amplitude of each symbol, making it more irregular and less predictable, avoiding the detection by eavesdroppers and increasing the security level of the link to be transmitted. Besides the change in the traditional OFDM modulator from 4QAM to chaotic one, the Fast Fourier Transform (IFFT /FFT) will be replaced by Wavelets Transform IDWT/DWT), in order to overcome some conventional OFDM s disadvantages Additionally a quadrature chaotic OFDM system was conceived, where the chaotic modulation was performed in a constellation I and Q that was submitted to the same channel conditions as the previous one. Both systems were simulated in a MATLAB® environment using the built in functions at the Communications System Toolbox and its behavior analyzed using the BER-Bit error rate versus SNR-Signal noise ratio. The obtained results were reported and scrutinized.

Sistemas de comunicações baseados em sinais caóticos representam um novo campo de estudo de transmissão em banda larga. Entretanto, sistemas baseados em sinais caóticos não apresentaram ainda um desempenho distinto em termos de taxa de erro, quando transmitidos em canais sem fios ou na presença de interferências em comparação aos sistemas tradicionais. O foco deste trabalho está na proposta de um novo esquema obtido através da conjugação das características da comunicação tradicional baseada em subportadoras ortogonais e aquelas originadas por sinais caóticos. Mais precisamente, a modulação caótica é empregada nas subportadoras de um sistema OFDM (Multiplexação por Divisão de Frequência Ortogonal) tradicional. Este novo modelo de modulação é implementado através de geração de sequências caóticas em um mapa unidimensional controlado por um parâmetro p que define uma região central do mapa como um intervalo de guarda e, por conseguinte, o comportamento caótico da sequência gerada. Este parâmetro também determina diretamente a amplitude de cada símbolo, fazendo-o mais irregular e menos previsível, evitando a detecção por pessoal não autorizado, possibilitando o aumento do nível de segurança da transmissão. Além da mudança no modulador do OFDM convencional de 4QAM para caótico, ter-se-á a substituição da Transformada Rápida de Fourier (IFFT/FFT), largamente utilizada em sistemas OFDM pela Transformada Wavelet (IDWT/DWT), de maneira a aprimorar os pontos fracos do sistema OFDM convencional. Como contribuição adicional, tem se a concepção do sinal com modulação simbólica em quadratura, ou seja, uma parte do sinal foi gerada no eixo I e a outra parte no eixo Q, criando uma modulação caótica em quadratura que é submetida aos mesmos canais da modulação caótica anterior. Os sistemas propostos foram simulados em ambiente MATLAB® utilizando-se de funções pré-existentes no modulo de ferramentas de comunicações (Communications System Toolbox) e o seu comportamento analisado em termos de gráficos que representam a relação da taxa de erro do bit (BER) versus relação sinal ruído (SNR). Os resultados obtidos foram reportados e debatidos.