高性能智能跳频序列族构建与组网理论研究

发布时间：2017-06-20 02:01

  本文关键词：高性能智能跳频序列族构建与组网理论研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：认知跳频系统具有配置灵活动态可变、频谱利用率高、智能抗扰避扰和大容量组网等优点,因此,相比于常规跳频通信,在复杂电磁环境中具有更加稳健的通信可靠性。作为跳频通信的关键技术之一,跳频序列的性能对于系统的抗干扰能力至关重要。因此,研究适用于认知跳频系统的智能跳频序列技术,是认知跳频系统发展的核心问题。智能跳频序列应当至少具备以下特点:具有优秀的综合性能,满足跳频通信低检测概率(Low Probability Detect,LPD)、低截获概率(Low Probability Intercept,LPI)的需求;具有动态可变的频隙数,使得跳频系统能够灵活接入“频谱空穴”;具有可控的跳频间隔,使认知跳频系统对随机或者恶意干扰具有较好的抵抗能力;支撑大容量同步跳频组网和低碰撞概率的异步跳频组网。但是,现有的跳频序列,由于综合性能不均衡,参数无法实时改变,无法直接应用于认知跳频系统中,因此,生成满足认知跳频需求的智能跳频序列族,是实现认知跳频系统必须要解决的问题。本论文在给出了认知跳频系统模型和智能跳频序列族设计准则的基础上,分别研究了高频谱利用率频隙自适应跳频序列族理论、抗复杂干扰的宽间隔智能跳频序列族理论、大容量正交跳频序列族理论与正交多址接入和跳频异步多址接入理论,论文主要内容与成果如下:1.针对认知跳频通信在高动态复杂信道环境下自适应智能传输的迫切需求,本文研究了频隙自适应的智能跳频序列族生成方法。该方法根据认知跳频通信实时信道感知得出的可用频隙数等系统参数对跳频基序列进行伪随机扰动映射,以生成跳频频隙实时可变的智能跳频序列族。通过数学特性和统计特性分析证明,推导得到了跳频序列族均匀性和随机性与伪随机映射参数之间的重要关系。仿真结果表明,频隙自适应跳频序列族的系统参数能够高动态自适应变化,并具有均匀性、随机性、汉明相关性、复杂度、周期性、跳频间隔、游程特性、敏感性等性能指标,综合性能优于经典的Logistic、耦合映像格子、切比雪夫等混沌序列,满足未来认知跳频通信高通信的可靠性传输需求。2.在复杂电磁环境中,使用宽间隔跳频序列能够有效降低随机干扰和恶意干扰对于跳频系统的影响,因此,针对现有的宽间隔跳频序列由于综合性能差并且影响跳频系统同步的问题,本文研究了分类伪随机扰动映射的宽间隔跳频序列生成算法。经理论分析,证明了该算法生成的宽间隔智能跳频序列族具有较好的均匀性,同时满足与状态信息的唯一确定性,从而保证跳频系统的同步概率不下降。经过性能仿真,证明了该算法生成的跳频序列优于常用的对偶频带法和移位替代法生成的宽间隔跳频序列。3.由于现有正交跳频序列存在数目少、周期短、复杂度等问题,无法满足高吞吐量、高频谱效率的正交组网迫切需求。因此,本文提出了一种基于循环移位替代的正交跳频序列族产生方法。该方法通过分组密码迭代,生成足够多的序列,再对这些序列进行并行正交化处理得到正交跳频序列族。通过对正交频分多址接入系统进行分析,得到了系统吞吐量和传输时延与通信用户数之间的理论表达式,同时从理论上证明了所提的正交跳频序列具有较好的均匀性。仿真验证了所提的正交跳频序列族能够支持系统实现最佳的系统吞吐量,且具有较好的均匀性、随机性、汉明相关性、复杂度、敏感度等理论性能,优于目前较常用的无碰撞域正交跳频序列。4.基于认知跳频网络的多用户接入需求,本文研究了异步多址接入时的网络性能。首先构造了认知跳频异步随机多址接入模型,证明了在异步组网情况下分组正确传输概率、系统吞吐量、频谱利用率、组网容量和分组平均传输时延的理论值,分析了跳频序列均匀性对分组正确传输概率的影响以及频隙数与频谱利用率之间的关系。
【关键词】：智能跳频序列族 频隙自适应 宽间隔跳频序列 正交序列族 多址接入网络
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN914.41
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符号对照表12-13
• 缩略语对照表13-19
• 第一章 绪论19-31
• 1.1 引言19-24
• 1.1.1 跳频通信及其面临的挑战19-22
• 1.1.2 认知无线电22-23
• 1.1.3 认知跳频通信23-24
• 1.2 智能跳频序列24-28
• 1.2.1 跳频序列24-26
• 1.2.2 认知跳频对跳频序列的新需求26-28
• 1.3 主要工作及创新点28-29
• 1.4 论文内容安排29-31
• 第二章 认知跳频系统模型与智能跳频序列族31-43
• 2.1 认知跳频模型及其工作原理31-33
• 2.1.1 认知跳频定义与模型31-32
• 2.1.2 认知跳频工作原理32-33
• 2.2 智能跳频序列33-37
• 2.2.1 智能跳频序列定义33-34
• 2.2.2 等价设计原理34-37
• 2.3 智能跳频序列综合性能检验37-42
• 2.3.1 安全性37
• 2.3.2 均匀性37-38
• 2.3.3 随机性38-39
• 2.3.4 汉明相关性39
• 2.3.5 复杂度39-40
• 2.3.6 游程特性40
• 2.3.7 跳频间隔特性40-41
• 2.3.8 周期性41
• 2.3.9 多址接入特性41
• 2.3.10敏感性41-42
• 2.4 本章小结42-43
• 第三章 高频谱利用率频隙自适应跳频序列族研究43-55
• 3.1 引言43
• 3.2 任意频隙映射算法43-44
• 3.3 算法分析44-48
• 3.3.1 数学基础44-45
• 3.3.2 均匀性分析45-47
• 3.3.3 随机性分析47-48
• 3.4 数据仿真与分析48-54
• 3.4.1 自适应性48-49
• 3.4.2 均匀性49-50
• 3.4.3 随机性50-51
• 3.4.4 汉明相关性51
• 3.4.5 游程特性51-52
• 3.4.6 复杂度52
• 3.4.7 跳频间隔52-53
• 3.4.8 周期性53
• 3.4.9 敏感性53-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 抗复杂干扰宽间隔智能跳频序列族研究55-73
• 4.1 引言55-56
• 4.2 宽间隔跳频序列的定义与分析56-59
• 4.3 唯一确定性的定义与分析59-62
• 4.4 宽间隔序列族生成算法62-63
• 4.5 性能分析63-66
• 4.5.1 唯一确定性63-64
• 4.5.2 均匀性64-66
• 4.6 性能仿真与分析66-72
• 4.6.1 唯一确定性66-67
• 4.6.2 跳频间隔67-68
• 4.6.3 均匀性68
• 4.6.4 随机性68-69
• 4.6.5 复杂度69
• 4.6.6 汉明相关性69-70
• 4.6.7 周期性70
• 4.6.8 组网特性70-71
• 4.6.9 敏感性71-72
• 4.7 本章小结72-73
• 第五章 正交跳频序列族构建与同步多址接入研究73-87
• 5.1 引言73-74
• 5.2 正交跳频序列集定义74
• 5.3 基于循环平移替代的正交跳频序列族生成算法74-75
• 5.4 性能分析75-78
• 5.4.1 系统吞吐量75-76
• 5.4.2 用户分组平均传输时延76-77
• 5.4.3 均匀性分析77-78
• 5.5 性能仿真78-85
• 5.5.1 系统多址接入性能79-81
• 5.5.2 均匀性81
• 5.5.3 随机性81-82
• 5.5.4 汉明相关性82-83
• 5.5.5 复杂度83-84
• 5.5.6 跳频间隔84
• 5.5.7 敏感性84-85
• 5.6 本章小结85-87
• 第六章 智能跳频序列族异步多址接入理论87-101
• 6.1 引言87
• 6.2 智能跳频序列多址接入模型87-88
• 6.3 异步多址接入性能分析88-95
• 6.3.1 分组正确传输概率88-91
• 6.3.2 系统吞吐量和吞吐效率分析91-92
• 6.3.3 频谱利用率与组网容量92-94
• 6.3.4 分组传输时延分析94-95
• 6.4 性能仿真95-100
• 6.4.1 分组正确传输概率95-96
• 6.4.2 跳频网络的吞吐量和吞吐效率性能仿真96-98
• 6.4.3 频谱利用率和组网容量仿真98-99
• 6.4.4 分组传输时延仿真99-100
• 6.5 本章小结100-101
• 第七章 结论和展望101-105
• 7.1 研究结论101-103
• 7.2 研究展望103-105
• 参考文献105-113
• 致谢113-115
• 作者简介115-117

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 胡江;;基于流密码算法构造跳频序列族[J];无线通信技术;2007年01期

  本文关键词：高性能智能跳频序列族构建与组网理论研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：464249