文摘

探讨NR-DCSK系统的抗干扰性能。我们认为实际干扰环境包括宽带干扰(BBJ),局部时间干扰(PTJ),音调干扰(TJ)和扫描干扰(SWJ)。我们首先分析推导出系统的误比特率下BBJ PTJ。我们的结果表明,这两种干扰环境下的系统性能增强增加,的参数是NR-DCSK调制方案表示一个混乱的样本重复的次数。此外,我们的研究结果表明,PTJ,干扰因素的最优值是接近于零,当干扰功率小;然而,它增加和方法一个干扰功率增大。然后我们调查系统的性能在TJ和SWJ通过蒙特卡罗模拟。我们的模拟显示,单音干扰引起比多频声干扰更严重的性能下降。此外,我们指出,系统性能明显退化的起始频率扫描干扰机接近传输信号的载波频率,扫描带宽很小,和扫描时间是一半的传播时间。

1。介绍

混沌通信(CC)最近被认为是一个有前途的替代传统的直接序列扩展频谱(DS-SS)系统。CC的基本思想是将伪噪声序列的混沌序列,可以直接由混沌映射生成的。在各种混乱的地图,物流被广泛利用,因为它很简单和良好的性能1]。混沌系统一般分为相干和非相干混沌系统。在原系统中,混沌同步起着至关重要的作用在决定系统的性能。然而,设计一个高效的混沌同步方案仍然是一个具有挑战性的问题。因此,研究适用于相干混沌系统是非常有限的。另一方面,在后一种系统,数据恢复程序简单得多比的相干自混沌同步不是必需的。因此,大量的努力一直致力于设计有效的非相干调制方案和找到小说nonchaotic连贯的系统在现实中的应用(2]。

基本和大多数研究了非相干调制方案是差分混沌键控(DCSK)。在DCSK的混沌系统方案中,称为DCSK系统,有点时间分为两个相等的时段。第一个槽是一混沌信号传输,即参考信号,其中包含不同的混乱的样本。此外,根据要发送,参考信号是重复或者乘以一个系数在第二个槽。接收机,接收到的信号是与“一半”进程顺利些版本估计传播信息。的表演DCSK系统在加性高斯白噪声(AWGN)和多径衰落信道在广泛调查(3]、[4),(5),分别。结果表明,扩大传播因素超过一定值降低DCSK系统的性能。

DCSK系统简单,很大程度上被认为是;然而,它存在一些缺陷,也就是说,数据率低,能源消耗高,使用复杂的宽带延迟,等等。出于这一事实,一些先进的系统最近提议包括参考DCSK调制(6)、效率高DCSK (7),改善DCSK (8),短引用DCSK (9],降噪DCSK (NR-DCSK) [10),其中NR-DCSK系统提供最佳的噪声性能。NR-DCSK系统参考信号的生成是完全不同于DCSK同行。尤其是,只有 不同的混沌生成样本,每个样本重复次的参考信号在总样本。由于其优势,非相干混沌通信也被应用于其他实际系统;就是DCSK调制技术结合指数形成空间调制DCSK和排列索引DCSK系统,DCSK电力线通信被认为是和OFDM系统,和SR-DCSK方案最近调查同时无线信息和电力传输系统。

虽然一般混沌系统和非相干混沌系统尤其是在一定程度上为抗干扰设计(AJ)目的,AJ性能的非相干混沌系统只是进行(11]。特别是DCSK系统单音干扰下的性能(STJ)环境进行了研究。作者推导出系统的比特误码率(BER)和隐函数表达式表明,系统性能明显退化当干扰频率的整数倍频率。尽管基本DCSK系统已经调查,最近的AJ表演先进变异还没有文献报道。为了填补这一空缺,在这篇文章中,我们将考虑最近提出NR-DCSK系统并分析其AJ宽带干扰等性能在各种实际干扰环境(BBJ),音调干扰(TJ),局部时间干扰(PTJ),和扫描干扰(SWJ)。我们首先分析派生的伯斯NR-DCKS系统下BBJ和PTJ封闭表达式。然后我们调查的方方面面考虑系统在TJ和SWJ通过蒙特卡罗模拟。我们的分析和仿真结果显示一些新颖的见解关于干扰参数对系统性能的影响。

本文的其余部分组织如下。部分2介绍了系统模型。实际干扰信号中所描述的部分3。节4,我们现在的数学框架下获得系统伯斯BBJ PTJ环境。此后,代表模拟提供了部分5来验证我们的分析,进一步证明TJ的影响和SWJ考虑系统的性能,其次是我们的结论6。

2。系统模型

考虑系统包括一对源目的地和干扰机,如图1。每个节点只有一个天线。此外,NR-DCSK方案用于调制和解调合法信号。此外,物流地图是利用生成混沌序列。在这里,逻辑映射被认为是由于其简单性和良好的性能。的数学表示地图是由(1] 在哪里 , , 为归一化 。

的调制过程中,每一位持续时间分为两个相等的时段。第一次槽分配传输参考混沌序列长度 ,称为扩散因子,而第二个是用于传输参考序列(当位发送+ 1)或它的反向版本(−1位发送时)。参考序列生成如下。混乱的生成器生成 样本。然后,每个混乱的样品复制次获得参考序列长度在总。结果的传输信号th, ,可以表示为(10] 在哪里 表示天花板运营商。图形化,可以展示于图2。

接收机的接收基带信号可以表示如下: 在哪里和是干扰信号和情况。这里我们考虑AWGN信道,这样我们可以专注于干扰对系统性能的影响。AWGN信道的假设也采用了几个相关的作品,也就是说,(11,12]。联合效应的干扰和衰落信道上的性能NR-DCKS系统将被认为是在我们的未来的工作。接收到的信号是第一个平均使用块平均滤波器(BAF)的块大小 。平均信号与它的复制品,是时间延迟的一个因素 。此后,合成相关信号求和 样品和通过一个阈值检测器恢复传输信息。BAF用于减少的情况下,噪声的性能增强NR-DCSK可以实现。的详细说明图中给出了接收机3,BAF的输出将会给出 此外,决策变量的输入阈值检测器可以写成

3所示。干扰模型

在本节中,我们将介绍几个常见的干扰类型在军事系统。PBJ,这些常见的干扰类型包括BBJ TJ, SWJ。

3.1。宽带干扰(13]

宽带干扰机干扰能量的地方在整个通信系统频率带宽使用的目标。BBJ本质上提高背景噪音水平在接收机,创造更高的噪声环境,使得目标更难操作通信系统。至少它减少的范围目标通信系统是有效的。自从BBJ生成信号类似于宽带背景噪音,它通常被建模为零均值高斯随机变量的方差(权力) 。

3.2。局部时间干扰(14]

一个局部时间干扰器打开和关闭定期根据干扰因素 ,在那里和表示时间的干扰机开关,分别。此外,的总和和被称为干扰工作周期。当干扰机,一般认为发射宽带信号,也就是说,高斯噪声,与权力 ,在那里平均干扰功率。这意味着干扰机定期打开和关闭更多权力关注降解目标系统的通信。值得注意的是,BBJ PTJ当的是一个特例 。

3.3。语气干扰(15]

在TJ,干扰机音调是策略性地放置在一个或多个目标信号的频谱。TJ包括STJ和multiple-tone干扰(MTJ)。STJ地方单音需要的地方,而MTJ同样分配几个音调之间的干扰能力。数学上,TJ可以表示如下: 在哪里 , , ,和干扰音调的数量,总干扰功率,频率和相位的吗分别th干扰基调。此外,它应该注意到这是的基带频率th干扰的语气,这是不同于相对应的通频带。也就是说, 在哪里表示混沌传输信号的载波频率。

3.4。扫频干扰(16]

扫频干扰机迅速扫一个窄带干扰信号在一个宽的频带。SWJ可以其起始频率的特征 ,停止频率 ,扫描速度 ,和扫描时间 。此外,有几个不同的SWJ根据所使用和窄带信号扫描方法,指定瞬时扫描频率的演化。一般来说,窄带信号用于生成SWJ包括正弦、三角形和矩形脉冲。此外,扫描方法包含线性、二次和对数。在各种上述选项中,基于正弦信号和线性扫描方法是常用的建模如下: 在哪里 和表示初始阶段的干扰信号。类似于TJ的情况下,和下面是所有的基带频率。

4所示。抗干扰性能分析

在本节中,我们分析分析的方方面面NR-DCSK系统PTJ环境下。此外,由于BBJ PTJ是一个特例,BBJ环境下的系统误码率PTJ下可以直接获得。其他类型的干扰下的系统性能将通过蒙特卡罗数值模拟计算在下一节中,由于数学难驾驭。

中给出的决策变量(5)可以进一步扩大如下: 在哪里 , ,和代表所需的、干扰和噪声组件。值得注意的是 , ,和是独立的,因为混沌信号、干扰信号和AWGN是独立的。此外,在任何给定的时间,时滞混沌信号是独立的版本。PTJ条件下,干扰信号被建模为零均值高斯随机变量的方差(权力) ,在那里平均干扰功率。此外,情况下的力量被假定为 。

中心极限定理后,决策变量可以假定为高斯分布,因此传输的误差概率可以计算如下: 在哪里 , ,和是互补的误差函数、方差和均值操作,分别。方程(9)表明,获得 ,的均值和方差是必需的。首先,的意思很容易推导如下:

获得的方差 ,有必要考虑干扰机是否打开或关闭的传输时间 。让我们首先考虑的干扰机。在这种情况下,一些可以认为是堵塞的概率 。与一个典型的高传播因子的假设,一些能量 可以被认为是常数(8- - - - - -10]。此外,我们可以很容易地显示的平均值独立同分布(先验知识)的样本方差的零均值高斯变量仍然是一个零均值高斯随机变量方差的降低 。根据这个结果,我们可以得出以下结果: 在哪里和是由 将所有结果中给出(10)- (12)(9)收益率以下错误传输的概率虽然PTJ干扰机: 另一方面,当局部时间干扰机在比特的传输时间 ,我们可以很容易地获得相应的误差概率的设置 在(13)。也就是说, 然后,加权求和(13)和(14),其权重因素的概率unjammed堵塞,产生 我们观察到上面的不依赖于指数吗 ,PTJ环境下,因此系统的误码率可以表示如下:

BBJ环境的特殊情况下,系统的误码率也可以容易获得(16)通过设置 。特别是, 这是观察到的16)和(17),增加,伯斯减少,往往的下界 仔细看看(16)和(18),我们可以观察到,当足够大,局部时间干扰机应该选择 目标系统的优化性能的降低。另一方面,当很小,很明显吗应选择接近于零增加瞬时干扰功率,从而进一步恶化目标系统的性能。

5。仿真结果

在本节中,我们将提供几个具有代表性的仿真结果(i)系统上验证我们的分析下伯斯BBJ PTJ环境和(2)说明TJ和SWJ的影响系统性能。

在图4,我们NR-DCSK系统与模拟误码率 PTJ和BBJ环境下 dB。比较的目的,DCSK的伯斯和I-DCSK系统也绘制。第一图显示分析曲线与模拟的紧密联系,验证我们的分析。其次,我们观察到 增强数据库系统的误码率的干扰因素增加。换句话说,从干扰机的角度来看,最好的干扰机与短时间主动和传输更高权力更严重降低了目标系统的性能。第三,图确认提高和增大,系统的误码率往往给出的下界(18)。最后,图说明NR-DCSK系统明显优于DCSK I-DCSK同行,突出的优势NR-DCSK系统以及参数的重要性 。

为了进一步说明干扰因素的影响PTJ的系统性能,我们对目前系统的误码率和在图5。我们观察到的趋势很小,最优值的(从干扰机的角度来看)是接近于零。此外,由于增加,最优值也会增加和方法。这个观察是可以理解的,因为当干扰功率很小,如果干扰活性,干扰功率密度将会非常小,因此干扰对系统性能的影响可以忽略不计。因此,最佳的干扰机将在很短的时间内传输和更高的力量。另一方面,当干扰功率大于一定值,复合干扰和AWGN权力是比得上(甚至比)的目标信号,从而进一步增加是不必要的干扰能力。因此,干扰机应该打开所有时间最优降解目标系统的性能。值得注意的是,考虑到 , , ,和 ,的最优值可以很容易地得到了数值求解优化问题,其目标函数是(16),与Matlab或数学等数学课程,也就是说, dB, , , dB的最优值被发现是 。

我们现在把我们的利益的影响TJ NR-DCSK系统的性能。在仿真中,我们使用以下离散TJ信号的基带模型(11]: 在哪里 的归一化干扰频率吗th语气和表示时间。在这里,被建模为一个任意常数的角度选择的 。此外,我们在单音,模拟系统的误码率3-tone,五音病例。这是显示在图6STJ原因最显著的性能退化和增加干扰音调的数量实际上增强了目标系统的性能。此外,对于STJ的情况,增加可以提高系统性能。原因是,一个更大的价值 ,接收者可以进一步减少干扰的综合力量和AWGN(通过使用BAF),因此提高接收机的SINR,增强系统的误码率。最后,它是观察到JSR降低,系统的误码率降低,如预期。

的影响SWJ NR-DCSK性能的系统现在将。根据(17),我们可以使用以下离散基带模型SWJ信号的模拟: 在哪里 和 。在图7,我们与模拟系统的误码率的条件扫描时间等于一点时间, ,在那里 。图显示了扫描频率和扫描带宽对系统性能的影响。越接近,特别是混沌信号的载波频率,扫描的起始频率干扰机和扫描带宽越小,系统性能下降越显著退化。此外,正如预期的那样,一个更大的或一个较小的JSR,提高系统性能。

在图8与的比率,我们现在系统的误码率扫描时间和一些时间 和 dB。可以看出,最有效的扫描时间是一半的时间。原因是,当 参考和轴承的信息序列的任何一点遭受同样的SWJ信号,这就增加了两个序列之间的相关性不管比特值。因此,解码性能退化。此外,如图所示,当扫描时间远远大于一点时间,对系统性能的影响可以忽略不计。

的影响在系统性能图中所示9。我们观察到,在SWJ下,小系统的误码率越好。此外,由于迅速增加,系统的误码率收敛于一个饱和值。另一方面,最佳值下PTJ STJ是相似的,取决于干扰参数以及 。作为的增加,最优值也会增加。当小于最佳值,增加提高了系统伯斯,而反过来当扩大的最优值。此外,根据STJ,最优值的增大,系统的误码率收敛于SWJ同行所造成的。它也看到大更好的系统伯斯。这一趋势也观察到与图显示系统的误码率 ,这不是在这里提出了简洁。

6。结论

在这项工作中,我们认为NR-DCSK系统根据BBJ, PTJ, TJ, SWJ环境。我们分析下派生系统的封闭表达式伯斯BBJ PTJ环境,我们发现一般增加可以提高系统的抗干扰性能。此外,我们表明,最优值的干扰因素PTJ趋于0时干扰功率小;然而,它增加和方法随着干扰功率的增加。通过模拟,此外,我们证明了STJ比MTJ更高效,从语气干扰器”的观点。此外,我们说明SWJ环境下,系统性能时更重要的是退化的起始频率扫描干扰机接近混沌信号的载波频率和带宽很小。最后,我们发现,最有效的扫描时间是一半的时间。我们的研究结果可以用于指导系统的设计者将现有系统的参数满足一定服务质量或设计新颖和有效的AJ通信系统。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者欣然承认电子战研究中心的支持光州科学与技术研究院(要点),最初由国防采办项目管理(DAPA)和国防科学研究所(ADD)。