以用户为中心构建全方位的信息生态系统，已成为以移动互联网和物联网为主要驱动力的第五代移动通信服务未来社会的新模式。众所周知，短距离无线通信技术是构成物联网的重要组成部分，而超宽带(UWB)技术是短距离无线通信中最具竞争力的通信技术。随着物联网应用领域的拓展和用户对末稍端感知信息的需求增加，在物联网末稍端的信息感知网络中应用UWB技术具有重要的意义。基于此，面向UWB物理层算法，以提高调制技术的频谱效率和能量效率为目的，本文围绕差分混沌移位键控(DCSK)传输特性进行了系统的研究，本文的主要工作包括以下几个方面:　　(1)基于信息论中的信息传输理论，推导了差分相干检测下DCSK传输系统、相干检测和能量检测下基于Walsh码的M元DCSK传输系统的信道容量，为DCSK传输系统中容量可达的编码设计和自适应传输奠定了理论基础。数值积分结果表明了非相干检测（包括差分相干检测和能量检测）下DCSK传输系统的最优编码码率受到扩频因子、调制维度和信道类型等因素的影响。　　(2)针对DCSK系统频谱效率和能量效率低下的问题，基于多分辨率(MR)调制理论，提出了一种低复杂度的MR-DCSK系统。该系统能够在不牺牲带宽的情况下同时传输具有不同优先级的多个子信息流以满足各自子信息流的误码率(BER)需求。理论和仿真结果表明:与DCSK和多载波DCSK(MC-DCSK)系统相比，在相同带宽下，MR-DCSK系统及其多载波方案提高了频谱效率和能量效率，且具有更优越的抗多径衰落性能。该工作推动了混沌调制进入了传统通信的框架，具有里程碑意义。　　(3)针对基于相位星座空间的M元DCSK(M-DCSK)调制能量效率降低的问题，基于方形星座理论，提出了一种低复杂度的M元差分正交幅度混沌移位键控(M-DQACSK)系统。理论分析与仿真结果表明:与M-DCSK系统相比，尽管M-DQACSK系统的复杂度和峰值平均功率比(PAPR)性能略有提高、频谱效率略有降低，但在相同的平均发射功率下，M-DQACSK系统获得可观的性能增益，如64-DCSK和64-DQACSK系统之间的性能差距达到5dB以上。以功率谱密度和BER性能为设计准则，验证了DQACSK调制在UWB系统应用中的可行性及性能优势。　　(4)基于信号处理中的最大似然(ML)理论，在多径瑞利衰落信道下，推导了面向DCSK系统的数据辅助(DA)、非数据辅助(NDA)和联合DA-NDA等三种信噪比(SNR)估计器。为了衡量SNR估计器的有效性，推导了全数据辅助(FDA)估计器和NDA估计器的克拉美-劳下界(CRLBs)。SNR参数可用于优化DCSK通信系统资源，如自适应传输、软判决译码和中继选择等。仿真结果表明:在大的扩频因子下，SNR估计器的性能能够很好地靠近CRLBs。