認知跳頻通信抗干擾容限確定方法技術

本發明專利技術公開了一種認知跳頻通信抗干擾容限確定方法，主要解決現有技術的無法準確量化認知跳頻通信抗干擾容限的問題。其方案是：1.確定和配置認知跳頻通信系統的參數；2.構建計算跳頻通信系統誤比特率P1和認知跳頻通信系統的誤比特率P2；3.構建計算考慮鏈路會合延時時認知跳頻通信系統的誤比特率Pe；4.計算認知跳頻通信系統的認知抗干擾容限。本發明專利技術考慮了虛警概率、漏警概率和鏈路會合時延三個因素對認知跳頻系統的影響，給出了準確的抗干擾容限的解析公式，為認知跳頻系統的抗干擾容限提供理論依據，利于認知跳頻通信系統參數的優化配置，可用于論證認知跳頻通信系統的抗干擾能力。

【技術實現步驟摘要】
認知跳頻通信抗干擾容限確定方法
本專利技術屬于通信
，涉及一種抗干擾容限確定方法，可用于認知跳頻通信系統抗干擾能力的論證。
技術介紹
在常規跳頻通信系統中，較寬的信道頻帶被劃分為許多精細化的頻率間隙，簡稱頻隙，發送端按照偽隨機碼發生器的輸出序列決定跳頻圖案，跳變地選擇一個或者多個頻率間隙發射經過編碼和載波調制的信號，由于該通信方式具備抗衰落與抗干擾能力強、多址組網便利、易于兼容窄帶通信制式、抗截獲性能優越等特點，已被廣泛應用于軍事和民用通信領域。近年來，傳統的跳頻通信遇到多種實際應用方面亟待解決的問題：頻譜資源日益緊缺和用頻設備劇增迫切需要實現頻譜的高效利用；現有固定跳頻體制無法適應高動態復雜突變電磁環境；惡劣頻譜環境下多種類型的強干擾對傳統跳頻威脅日趨嚴重。針對傳統跳頻面臨的挑戰，以實時頻譜感知為基礎、動態頻譜分配為過程和合理無線頻譜管理為結果的認知無線電思想被創造性地與傳統跳頻有機結合在一起，發展成為全新的
——認知跳頻，該技術被認為是消除傳統跳頻系統用頻困擾的有效途徑之一。認知跳頻技術在常規跳頻機制的基礎上，采用認知無線電技術快速準確地對寬頻帶內的電磁態勢進行感知，評估跳頻頻率間隙的占用度狀況，根據評估的結果構建跳頻系統架構模型，選取最優的系統參數，調整跳頻通信的機制。認知跳頻系統一般由跳頻發送單元、跳頻接收單元、認知單元以及主控單元組成，系統框圖如圖1所示，跳頻發送單元主要完成跳頻通信信號的生成和發送，跳頻接收單元主要完成通信信號的同步和解調，認知單元主要完成跳頻通信信道即時細致的感知，主控單元主要完成鏈路匯合功能，利用認知單元獲取的干擾態勢生成新的跳頻圖案，并同時下達給跳頻收、發單元，以實現最大程度的強干擾信號規避。顯而易見，認知跳頻系統采用主動感知和躲避干擾的方式，具有一定抗干擾的能力，在通信系統在設計、研制、測試以及驗收的過程中，需要準確量化其抗干擾能力，跳頻、擴頻以及編碼等方式形成的抗干擾能力都已經存在準確的理論表達式，但是目前由認知形成的通信抗干擾能力分析尚屬空白。目前公開的文獻只簡單表述了認知跳頻具備抗干擾的能力，但沒有分析認知抗干擾的容限以及影響認知抗干擾能力的因素，不利于認知跳頻通信優化配置，最大化認知抗干擾能力。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提出一種認知跳頻通信抗干擾容限確定方法，以為認知跳頻系統抗干擾能力分析提供理論依據和參數優化支撐，利于認知跳頻通信優化配置，最大化認知抗干擾能力。為了完成上述目的，本專利技術的技術方案包括如下：(1)確定和配置認知跳頻通信系統的參數：認知跳頻通信系統的整個帶寬被劃分為n個頻隙，假定通信過程中所有可用頻隙被使用的可能性相等，每個頻隙內信號的功率為S，噪聲的功率為N；在跳頻帶寬內產生部分頻帶干擾，假定部分頻帶干擾覆蓋k個跳頻頻隙，每個被干擾的頻隙干擾功率都為J，且干擾覆蓋的范圍周期性隨機變化；假定認知跳頻通信系統利用認知單元對部分頻帶干擾進行感知，且認知單元對干擾感知的虛警概率和漏警概率分別為Pf和Pm，當干擾發生改變時，系統的認知單元能立刻進行感知；(2)構建計算跳頻通信系統的誤比特率P1和認知跳頻通信系統的誤比特率P2的公式如下：其中，n為總的跳頻頻隙個數，k為跳頻帶寬內被干擾覆蓋頻隙個數，i為感知時漏警的頻隙數，j為感知時虛警的頻隙數，F(·)為跳頻通信系統在單一頻隙工作時的誤比特率函數,S/N為性噪比，S/(N+J)為信干噪比，k′＝k-i+j，Pm為感知算法的漏警概率，Pf為感知算法的虛警概率，Pij為i與j聯合分布概率，如果i與j相互獨立，則(3)假定干擾變化周期為TL，鏈路會合延時為TS，根據(2)的結果，構建計算有鏈路回合延時時認知跳頻通信系統的誤比特率Pe的公式如下：(4)根據認知跳頻通信系統誤比特率Pe和跳頻通信系統的誤比特率P1的公式，計算認知跳頻通信系統的抗干擾容限：C＝C0+F-1(Pe)-F-1(P1)其中，C0為跳頻通信系統的抗干擾容限，函數F-1(·)為函數F(·)的反函數。本專利技術具有以下優點：1、本專利技術依據認知跳頻通信的流程，從理論角度進行分析，進一步確認了認知跳頻通信系統中的認知抗干擾能力；2、本專利技術考慮虛警概率、漏警概率和鏈路會合延時三個影響認知跳頻通信誤比特性能的因素，給出了準確的解析公式，為量化認知跳頻系統的抗干擾容限提供理論依據；3、本專利技術給出的抗干擾容限確定方法可作為為優化認知跳頻系統參數配置的技術支撐。附圖說明圖1是現有認知跳頻通信系統架構圖；圖2是本專利技術的實現流程圖；圖3是在漏警概率為0.1和虛警概率為0.1條件下，用本專利技術計算得到的系統誤比特率和用MATLAB軟件仿真得到的系統誤比特率的結果比較；圖4是在漏警概率為0.01和虛警概率為0.1條件下，用本專利技術計算得到的系統誤比特率和用MATLAB軟件仿真得到的系統誤比特率的結果比較；圖5是在漏警概率為0.01和虛警概率為0.1且有鏈路會合時延條件下，用本專利技術計算得到的系統誤比特率和用MATLAB軟件仿真得到的系統誤比特率的結果比較。具體實施方式參照圖1，現有認知跳頻通信系統主要由跳頻發送單元、跳頻接收單元和認知單元組成，其中跳頻發送單元包括編碼、調制、上變頻和射頻發送單元，跳頻接收單元包括解碼、解調、同步、下變頻和射頻接收單元，認知單元包括頻譜感知和干擾態勢分析。系統通過認知單元感知傳輸環境的干擾態勢，得到可用的跳頻頻率，發端通過上變頻使得調制信號的載波在可用頻率內跳變，避開受干擾的頻隙，從而獲得一定的抗干擾容限。然而認知單元不可能實現理想感知，總是有虛警和漏警的情況，故系統將不可避免在受干擾的跳頻頻隙內傳輸，即使能實現理想感知，感知單元將感知信息傳輸給發端和收端也需要一定的鏈路會合時間。因此，跳頻頻隙數、虛警概率、漏警概率和鏈路會合時延是確定系統抗干擾容限的主要因素。參照圖2，本專利技術的實現步驟如下：步驟1：確定和配置認知跳頻通信系統參數。認知跳頻通信系統的整個帶寬被劃分為n個頻隙，假定通信過程中所有可用頻隙被使用的可能性相等，每個頻隙內信號的功率為S，噪聲的功率為N；在跳頻帶寬內產生部分頻帶干擾，假定部分頻帶干擾覆蓋k個跳頻頻隙，每個被干擾的頻隙干擾功率都為J，且干擾覆蓋的范圍周期性隨機變化；假定認知跳頻通信系統利用認知單元對部分頻帶干擾進行感知，且認知單元對干擾感知的虛警概率和漏警概率分別為Pf和Pm，當干擾發生改變時，系統的認知單元能立刻進行感知；步驟2：構建計算跳頻通信系統的誤比特率P1。認知跳頻通信系統中去掉認知單元，就可得到跳頻通信系統，對于跳頻通信系統，跳頻頻隙的選擇是任意的，故不考慮傳輸環境的干擾，當有k個時隙受到干擾時，系統將以的概率工作在受干擾時隙，以的概率工作在不受干擾時隙，故跳頻通信系統的誤比特率為：其中，0≤k≤n，F(·)為跳頻通信系統在單一頻隙工作時的誤比特率函數。步驟3：構建計算認知跳頻通信系統的誤比特率P2。(3a)計算認知跳頻通信系統無干擾條件下誤比特：跳頻通信系統的誤比特率性能由編碼和調制解調方式決定，通過編碼速率和調制解調方式的得出跳頻通信系統無干擾條件下的誤比特率函數當系統中無干擾存在時認知跳頻通信系統和跳頻系統有相同的誤比特率，從而得出認知跳頻通信系統無干擾條件下誤比特為(3b)計算系本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種認知跳頻通信系統抗干擾容限確定方法，包括：(1)確定和配置認知跳頻通信系統的參數：認知跳頻通信系統的整個帶寬被劃分為n個頻隙，假定通信過程中所有可用頻隙被使用的可能性相等，每個頻隙內信號的功率為S，噪聲的功率為N；在跳頻帶寬內產生部分頻帶干擾，假定部分頻帶干擾覆蓋k個跳頻頻隙，每個被干擾的頻隙干擾功率都為J，且干擾覆蓋的范圍周期性隨機變化；假定認知跳頻通信系統利用認知單元對部分頻帶干擾進行感知，且認知單元對干擾感知的虛警概率和漏警概率分別為Pf和Pm，當干擾發生改變時，系統的認知單元能立刻進行感知；(2)構建計算跳頻通信系統的誤比特率P1和認知跳頻通信系統的誤比特率P2的公式如下：P1=knF(SN+J)+n-knF(SN)]]>P2=(1-Pm)kF(SN)+Σi=1kΣj=0n-kPij(in-k′F(SN+J)+n-k′-in-k′F(SN)),k≠0F(SN),k=0]]>其中，n為總的跳頻頻隙個數，k為跳頻帶寬內被干擾覆蓋頻隙個數，i為感知時漏警的頻隙數，j為感知時虛警的頻隙數，F(·)為跳頻通信系統在單一頻隙工作時的誤比特率函數,S/N為性噪比，S/(N+J)為信干噪比，k′＝k?i+j，Pm為感知算法的漏警概率，Pf為感知算法的虛警概率，Pij為i與j聯合分布概率，如果i與j相互獨立，則Pij=CkiPmi(1-Pm)k-iCn-kjPfj(1-Pf)n-k-j,Cki=k(k-1)...(k-i+2)(k-i+1)i(i-1)(i-2)...2×1,]]>Cn-kj=(n-k)(n-k-1)...(n-k-j+2)(n-k-j+1)j(j-1)(j-2)...2×1;]]>(3)假定干擾變化周期為TL，鏈路會合延時為TS，根據(2)的結果，構建計算有鏈路回合延時時認知跳頻通信系統的誤比特率Pe的公式如下：Pe=TSTLP1+TL-TSTLP2;]]>(4)根據認知跳頻通信系統誤比特率Pe和跳頻通信系統的誤比特率P1的公式，計算認知跳頻通信系統的抗干擾容限：C＝C0+F?1(Pe)?F?1(P1)其中，C0為跳頻通信系統的抗干擾容限，函數F?1(·)為函數F(·)的反函數。...

【技術特征摘要】
1.一種認知跳頻通信系統抗干擾容限確定方法，包括：(1)確定和配置認知跳頻通信系統的參數：認知跳頻通信系統的整個帶寬被劃分為n個頻隙，假定通信過程中所有可用頻隙被使用的可能性相等，每個頻隙內信號的功率為S，噪聲的功率為N；在跳頻帶寬內產生部分頻帶干擾，假定部分頻帶干擾覆蓋k個跳頻頻隙，每個被干擾的頻隙干擾功率都為J，且干擾覆蓋的范圍周期性隨機變化；假定認知跳頻通信系統利用認知單元對部分頻帶干擾進行感知，且認知單元對干擾感知的虛警概率和漏警概率分別為Pf和Pm，當干擾發生改變時，系統的認知單元能立刻進行感知；(2)構建計算跳頻通信系統的誤比特率P1和認知跳頻通信系統的誤比特率P2的公式如下：其中，n為總的跳頻頻隙個數，k為跳頻帶寬內被干擾覆蓋頻隙個數，i為感知時漏警的頻隙數，j為感知時虛警的頻隙數，F(·)為跳頻通信系統在單一頻隙工作時的誤比特率函數,S/N為性噪比，S/(N+J)為信干噪比，k′＝k-i+j，Pm為感知算法的漏警概率，Pf為感知算法的虛警概率，Pij為i與j聯合分布概率，如果i與j相互獨立，則(3)假定干擾變化周期為TL，鏈路會合延時為TS，根據(2)的結果，構建計算有鏈路回合延時時認知跳頻通信系統的誤比特率Pe的公式如下：

【專利技術屬性】
技術研發人員：齊佩漢，王勝云，李贊，司江勃，關磊，耿雨晴，王思勉，申鵬，喬濤，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61