隱蔽通信自適應(yīng)傳輸和頻率認知理論研究.pdf

1、近年來，隨著災(zāi)害預警、軍事通信、網(wǎng)絡(luò)安全、信息隱匿、抗干擾系統(tǒng)等各種通信應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ诟甙踩?、高可靠性的通信新要求，隱蔽突發(fā)傳輸以可靠、及時、準確、安全的系統(tǒng)性能及其在保障國民經(jīng)濟和人民生命財產(chǎn)安全、軍事戰(zhàn)略應(yīng)急、最低限度通信保障等方面的巨大應(yīng)用意義和價值躍然成為國內(nèi)外研究的熱點。在國內(nèi)，作為剛剛起步的嶄新研究領(lǐng)域，隱蔽突發(fā)傳輸?shù)脑S多關(guān)鍵技術(shù)問題急待解決。 隱蔽突發(fā)傳輸在廣域意義上涵蓋了廣闊的研究范疇，隨著通信新應(yīng)用、新需求、新

2、概念的不斷產(chǎn)生，其定義不僅僅局限于傳統(tǒng)的傳輸信息自身的隱蔽上，還應(yīng)當體現(xiàn)在傳輸方式的隱蔽、傳輸機制的隱蔽、傳輸信道的隱蔽、信號頻譜的隱蔽等方面，從而滿足實際的通信應(yīng)用和需求。本論文在給出了廣域意義上隱蔽突發(fā)傳輸新定義的基礎(chǔ)上，以自適應(yīng)信號處理和頻率認知為切入點，對其理論和關(guān)鍵技術(shù)進行了深入的研究，論文主要內(nèi)容與成果如下： 1.以典型的隱蔽突發(fā)傳輸信道——流星余跡信道為例，以南極中山站～昭和站約1400公里的流星余跡信道極區(qū)測試數(shù)

3、據(jù)和陜西省西安市～河北省廊坊地區(qū)霸縣約1000公里的遠距離流星余跡通信試驗測試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，設(shè)計基于突發(fā)信道特性的傳輸幀結(jié)構(gòu)，提出了基于實時信道估計的自適應(yīng)變速率傳輸機制。在此基礎(chǔ)上，將突發(fā)傳輸信號的接收過程劃分為兩個階段：信道參數(shù)捕獲階段、信道跟蹤與均衡階段。分別構(gòu)建了兩個階段的系統(tǒng)傳輸模型，推導了各階段模型下的系統(tǒng)信道估計性能。證明在理想情況下均有Popt(z)=H(z)，即各階段均能夠準確的捕獲信道參數(shù)。 2.在建立的信號接

4、收模型的基礎(chǔ)上，研究快速信道估計算法和均衡算法：根據(jù)信道跟蹤與均衡階段信號傳輸和接收模型，提出了基于快速復信道參數(shù)捕獲的系數(shù)映射判決反饋均衡算法，推導了實時復信道參數(shù)與判決反饋均衡器(DFE：DecisionFeedbackEqualization)抽頭系數(shù)之間的直接映射關(guān)系，從而實現(xiàn)了基于實時信道估計的有效數(shù)據(jù)均衡。仿真結(jié)果和性能分析表明，該算法能夠避免傳統(tǒng)判決反饋均衡器自適應(yīng)訓練過程的系數(shù)不收斂和跟蹤延遲問題，適合于突發(fā)通信的自適應(yīng)

5、變速率通信機制，并具有較好的抗噪聲能力及較低的計算復雜度。 3.針對具有理論最佳性能的聯(lián)合信道跟蹤與最大似然檢測理論(PSP：Per-SurvivorProcessing)存在的計算復雜度較大的問題，以及國內(nèi)外現(xiàn)有各類準PSP算法的局限，首先從靜態(tài)處理的角度出發(fā)，提出了基于降階的聯(lián)合信道跟蹤與最大似然檢測算法(D-PSP：Dimension-downPSP)，從前后碼元的相關(guān)性程度出發(fā)，對PSP聯(lián)合檢測進行降Ⅳ階處理。根據(jù)信道特

6、性選擇不同的降階維數(shù)Ⅳ，D-PSP算法在保證數(shù)據(jù)正確接收率的條件下，可以不同程度的有效減小PSP算法的計算時間和存儲空間，使隱蔽突發(fā)傳輸自適應(yīng)編碼調(diào)制方式數(shù)據(jù)的最大似然接收成為可能。其次，從動態(tài)處理的思路出發(fā)，針對典型的流星余跡信道隨時間呈指數(shù)規(guī)律衰減的特性，提出了基于動態(tài)自適應(yīng)狀態(tài)分配的聯(lián)合信道跟蹤與最大似然檢測理論(ASP：AdaptiveStateReductionofPSP)。在系統(tǒng)參數(shù)估計的基礎(chǔ)上，推導出適合于流星余跡通信的實

7、時數(shù)據(jù)接收狀態(tài)的刪移門限Thkmax，在數(shù)據(jù)接收過程中動態(tài)的控制聯(lián)合信道跟蹤與最大似然接收的狀態(tài)數(shù)，有效減小PSP算法的運算復雜度和存儲空間，實現(xiàn)流星余跡通信的自適應(yīng)可靠數(shù)據(jù)檢測與接收。 4.針對國內(nèi)外現(xiàn)有跳頻序列族(FrequencyHoppingSequencesFamily)產(chǎn)生理論存在的局限性，首次將密碼學的加密思想引入到隱蔽突發(fā)傳輸?shù)奶l地址序列族設(shè)計之中，提出了基于分組密碼的FH(FrequencyHoppin曲序列

8、族產(chǎn)生方法，使生成的序列具有優(yōu)異的綜合性能指標。在此基礎(chǔ)上，對于跳頻序列的安全性、隨機性(獨立性)、均勻性、長周期性、頻率撞擊特性等各項系統(tǒng)性能指標進行了檢驗。同時，建立了跳頻碼分多址(FHMA：FrequencyHoppingMultiple-access)組網(wǎng)接入模型，對于跳頻序列的跳頻碼分多址接入性能進行了理論推導，得出了跳頻組網(wǎng)的系統(tǒng)誤分組率、吞吐量和歸一化吞吐率的表達式和結(jié)論，并對現(xiàn)有典型的跳頻序列族的FHMA組網(wǎng)性能進行了檢

9、驗和分析，得出了重要結(jié)論。 8．針對目前國內(nèi)外普遍采用的LC(LinearComplexity)、LCP(LinearComplexityProfile)和k-errorLC(k-errorLinearComplexity)序列復雜度檢測理論存在的缺陷，將物理學和信息論中信息熵的概念引入到序列的復雜度檢驗中，提出了基于近似熵(ApEn：ApproximateEntroy)的FH／SS(FrequnecyHoppin//Sprea