高性能智能跳频序列族构建与组网理论研究
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。
智能跳频序列族;组网理论;复杂电磁环境;认知跳频系统;网络性能;随机多址接入
西安电子科技大学
博士
军队指挥学
李赞
2014
中文
TN914.41
117
2016-05-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）