Chaotic modulation and alpha-stable noise parameter modulation methods in spread spectrum communication

Abstract

Bu tezde, geleneksel geniş bandlı haberleşme tekniklerine alternatif olarak, son yirmi yılda kaotik dinamik sistemlerin senkronize edilebilmesiyle birlikte geliştirilen ve gürültü benzeri geniş spektruma sahip kaotik işaretleri taşıyıcı işaret olarak kullanan kaotik haberleşme sistemlerinden esinlenerek, gürültü benzeri kaotik taşıyıcı işaret kullanmak yerine, gürültünün kendisini taşıyıcı işaret olarak kullanan rassal haberleşme sistemleri sunulmuştur. Bu tezin başlangıç aşamasındaki itilgücü, literatürde var olan kaotik haberleşme sistemlerindeki gizliliğin kırılabilir olmasından dolayı, yüksek frekanslarda çalışabilecek daha güvenli yeni kaotik haberleşme sistemlerini geliştirmek olmuştur. Bu itilgüç ile tezin ikinci bölümünde, literatürdeki kaotik haberleşme sistemleri ana hatları ile sunulduktan sonra, kablosuz haberleşme sistemlerinde kullanılabilecek, kaotik taşıyıcı işareti istenen yüksek frekanslara taşıyan, yeni bir kaotik haberleşme sistemi sunulmuştur. Üçüncü bölümde ise Gauss olmayan dağılımlara sahip gürültülü ortamlarda doğrusal olmayan dinamik sistemlerin durumlarının kestirilmesi için geliştirilmiş olan parçacık süzgeçleri sunulduktan sonra, yeni önerilen kaotik haberleşme sistemi ile dürtüsel dağılımla maskelenmiş kaotik işaretin Gauss gürültülü kanal boyunca iletildikten sonra alıcı tarafında parçacık süzgeci ile kestirilip alıcı tarafındaki kaotik dinamik sistemin verici tarafındaki kaotik dinamik sistemle senkronize edilmesiyle, ileti işaretinin güvenli bir şekilde tekrardan oluşturulması amaçlanmıştır. Tezin dördüncü bölümünde literatüre yeni olarak önerilen rassal haberleşme sistemlerinde, iletici kısmında üretilen alfa kararlı dağılıma sahip rassal işaretler, taşıyıcı işaret olarak, ikili kodlanmış ileti işaretini Gauss gürültüsüne sahip kanal boyunca alıcıya iletmektedirler. Alıcı kısmına Gauss gürültüsüyle karışmış olarak ulaşan rassal işaretler, alıcı kısmında önerilen en küçük kareler, özilinti, kesirli düşük mertebeden moment yöntemlerine dayanarak kestirildikten sonra ikili kodlanmış ileti alıcıda tekrardan oluşturulabilmiştir. Tatmin edici bit hata başarımları hesaplanan, bu önerilen ilk rassal haberleşme sistemleri ile, güvenli haberleşme açısından literatürde var olan yöntemler üzerinde güvenilirlik açısından üstünlük sağlanmakta olup, rassal haberleşme alanında daha ileri çalışmaların tetiklenmesi beklenmektedir. With the inspiration from the chaotic communication systems, in which noise like signals, chaotic signals, have been used as carrier signals due to their broad-band frequency spectrum, which have been widely studied in the last twenty years as an alternative to the conventional spread spectrum techniques by the discovery of the synchronization of chaotic dynamical systems. In this thesis, new random communication systems in which noise itself is used as a random carrier instead of using chaotic carrier have been introduced. Motivation at the beginning stage of this thesis was to develop more secure chaotic communication systems since the security in the existing chaotic communication systems could have been easily broken. With this motivation, at the second chapter of the thesis, after introducing the main ideas of the existing chaotic communication systems, new secure chaotic communication system operating at high frequencies for wireless communication have been introduced. At the third chapter of the thesis, after introducing the particle filters which was developed to estimate the states of the nonlinear dynamical systems in non-Gaussian environments, by the newly proposed communication schemes, secure recovering of the message signal has been aimed by masking the message carrying chaotic signal with impulsive noise and transmitting it through the Gaussian noise channel and estimating the chaotic signal by using particle filter while achieving synchronization of the receiver with the transmitter. At the fourth chapter, in the newly proposed random communication schemes, random signals with alpha stable distributions produced in the transmitter part are sent to the receiver through the Gaussian noise channel as random carriers of binary coded message signal. At the receiver part, random carriers mixed with the Gaussian noise are estimated by least squares, correntropy and fractional order moments methods and hence the binary message signal may be recovered. With these newly proposed unique secure random communication schemes of which satisfactory bit error performances have been obtained, triggering of further studies in random communication field is expected.