高性能智能跳頻序列族構(gòu)建與組網(wǎng)理論研究.pdf

1、認(rèn)知跳頻系統(tǒng)具有配置靈活動態(tài)可變、頻譜利用率高、智能抗擾避擾和大容量組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，相比于常規(guī)跳頻通信，在復(fù)雜電磁環(huán)境中具有更加穩(wěn)健的通信可靠性。作為跳頻通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，跳頻序列的性能對于系統(tǒng)的抗干擾能力至關(guān)重要。因此，研究適用于認(rèn)知跳頻系統(tǒng)的智能跳頻序列技術(shù)，是認(rèn)知跳頻系統(tǒng)發(fā)展的核心問題。
　　智能跳頻序列應(yīng)當(dāng)至少具備以下特點(diǎn)：具有優(yōu)秀的綜合性能，滿足跳頻通信低檢測概率（Low Probability Detect，LPD

2、）、低截獲概率（Low Probability Intercept，LPI）的需求；具有動態(tài)可變的頻隙數(shù)，使得跳頻系統(tǒng)能夠靈活接入“頻譜空穴”；具有可控的跳頻間隔，使認(rèn)知跳頻系統(tǒng)對隨機(jī)或者惡意干擾具有較好的抵抗能力；支撐大容量同步跳頻組網(wǎng)和低碰撞概率的異步跳頻組網(wǎng)。但是，現(xiàn)有的跳頻序列，由于綜合性能不均衡，參數(shù)無法實(shí)時(shí)改變，無法直接應(yīng)用于認(rèn)知跳頻系統(tǒng)中，因此，生成滿足認(rèn)知跳頻需求的智能跳頻序列族，是實(shí)現(xiàn)認(rèn)知跳頻系統(tǒng)必須要解決的問題。

3、r>　　本論文在給出了認(rèn)知跳頻系統(tǒng)模型和智能跳頻序列族設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，分別研究了高頻譜利用率頻隙自適應(yīng)跳頻序列族理論、抗復(fù)雜干擾的寬間隔智能跳頻序列族理論、大容量正交跳頻序列族理論與正交多址接入和跳頻異步多址接入理論，論文主要內(nèi)容與成果如下:
　　1.針對認(rèn)知跳頻通信在高動態(tài)復(fù)雜信道環(huán)境下自適應(yīng)智能傳輸?shù)钠惹行枨?，本文研究了頻隙自適應(yīng)的智能跳頻序列族生成方法。該方法根據(jù)認(rèn)知跳頻通信實(shí)時(shí)信道感知得出的可用頻隙數(shù)等系統(tǒng)參數(shù)對跳頻基序

4、列進(jìn)行偽隨機(jī)擾動映射，以生成跳頻頻隙實(shí)時(shí)可變的智能跳頻序列族。通過數(shù)學(xué)特性和統(tǒng)計(jì)特性分析證明，推導(dǎo)得到了跳頻序列族均勻性和隨機(jī)性與偽隨機(jī)映射參數(shù)之間的重要關(guān)系。仿真結(jié)果表明，頻隙自適應(yīng)跳頻序列族的系統(tǒng)參數(shù)能夠高動態(tài)自適應(yīng)變化，并具有均勻性、隨機(jī)性、漢明相關(guān)性、復(fù)雜度、周期性、跳頻間隔、游程特性、敏感性等性能指標(biāo)，綜合性能優(yōu)于經(jīng)典的Logistic、耦合映像格子、切比雪夫等混沌序列，滿足未來認(rèn)知跳頻通信高通信的可靠性傳輸需求。
　　

5、2.在復(fù)雜電磁環(huán)境中，使用寬間隔跳頻序列能夠有效降低隨機(jī)干擾和惡意干擾對于跳頻系統(tǒng)的影響，因此，針對現(xiàn)有的寬間隔跳頻序列由于綜合性能差并且影響跳頻系統(tǒng)同步的問題，本文研究了分類偽隨機(jī)擾動映射的寬間隔跳頻序列生成算法。經(jīng)理論分析，證明了該算法生成的寬間隔智能跳頻序列族具有較好的均勻性，同時(shí)滿足與狀態(tài)信息的唯一確定性，從而保證跳頻系統(tǒng)的同步概率不下降。經(jīng)過性能仿真，證明了該算法生成的跳頻序列優(yōu)于常用的對偶頻帶法和移位替代法生成的寬間隔跳頻序

6、列。
　　3.由于現(xiàn)有正交跳頻序列存在數(shù)目少、周期短、復(fù)雜度等問題，無法滿足高吞吐量、高頻譜效率的正交組網(wǎng)迫切需求。因此，本文提出了一種基于循環(huán)移位替代的正交跳頻序列族產(chǎn)生方法。該方法通過分組密碼迭代，生成足夠多的序列，再對這些序列進(jìn)行并行正交化處理得到正交跳頻序列族。通過對正交頻分多址接入系統(tǒng)進(jìn)行分析，得到了系統(tǒng)吞吐量和傳輸時(shí)延與通信用戶數(shù)之間的理論表達(dá)式，同時(shí)從理論上證明了所提的正交跳頻序列具有較好的均勻性。仿真驗(yàn)證了所提的正

7、交跳頻序列族能夠支持系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)吞吐量，且具有較好的均勻性、隨機(jī)性、漢明相關(guān)性、復(fù)雜度、敏感度等理論性能，優(yōu)于目前較常用的無碰撞域正交跳頻序列。
　　4.基于認(rèn)知跳頻網(wǎng)絡(luò)的多用戶接入需求，本文研究了異步多址接入時(shí)的網(wǎng)絡(luò)性能。首先構(gòu)造了認(rèn)知跳頻異步隨機(jī)多址接入模型，證明了在異步組網(wǎng)情況下分組正確傳輸概率、系統(tǒng)吞吐量、頻譜利用率、組網(wǎng)容量和分組平均傳輸時(shí)延的理論值，分析了跳頻序列均勻性對分組正確傳輸概率的影響以及頻隙數(shù)與頻譜利用