一种低复杂度遮蔽噪声设计与抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种低复杂度遮蔽噪声设计与抑制方法，包括以下步骤：S1.跳频通信发射机进行跳频图案设计与人工噪声差分图案设计；S2.跳频通信发射机进行遮蔽噪声发射状态表设计与初始化；S3.跳频通信发射机遮蔽传输通信信号，并完成遮蔽噪声发射状态表更新；S4.跳频通信接收机进行跳频同步，并进行遮蔽噪声接收状态表初始化；S5.跳频通信接收机进行信号差分提取，并进行遮蔽噪声接收状态表更新。本发明专利技术提供了一种低复杂度遮蔽噪声设计与抑制方法，有效地提高了跳频系统的抗窃听能力与遮蔽传输效果，对遮蔽通信的实际工程应用具有重要的指导意义。的指导意义。的指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种低复杂度遮蔽噪声设计与抑制方法


[0001]本专利技术涉及遮蔽噪声波形设计，特别是涉及一种低复杂度遮蔽噪声设计与抑制方法。

技术介绍

[0002]随着无线连接数量的持续高速增加，用户对个人隐私的关注度也不断提升。物理层安全利用无线信道的特性保障无线通信安全，收到了广泛的关注。其中，遮蔽噪声技术一方面可以降低窃听设备的信道质量、防止窃听，另一方面可以保证己方通信质量不受影响。但现有的遮蔽噪声存在以下弊端：1)遮蔽噪声序列预存在收发信机中，占据大量的存储资源；2)遮蔽噪声序列数量有限时，容易被敌方监测；3)己方接收机处遮蔽噪声对消复杂度高，且对消性能有限。
[0003]本专利技术提出了一种低复杂度遮蔽噪声设计与抑制方法，发射机利用通信发射信号生成遮蔽噪声，不需要占据大量的收发存储资源。己方接收机处通过差分操作可以对通信信号直接提取，降低了遮蔽噪声对消复杂度。本专利技术有效提高了跳频系统的抗窃听能力与遮蔽传输效果，对遮蔽通信的实际工程应用具有重要的指导意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种低复杂度遮蔽噪声设计与抑制方法，在提高通信系统的抗窃听能力与遮蔽传输效果的同时，降低了遮蔽噪声生成与抑制的复杂度。
[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种低复杂度遮蔽噪声设计与抑制方法，包括以下步骤：
[0006]S1.跳频通信发射机进行跳频图案设计与人工噪声差分图案设计；
[0007]S2.跳频通信发射机进行遮蔽噪声发射状态表设计与初始化；
[0008]S3.跳频通信发射机遮蔽传输通信信号，并完成遮蔽噪声发射状态表更新；
[0009]S4.跳频通信接收机进行跳频同步，并进行遮蔽噪声接收状态表初始化；
[0010]S5.跳频通信接收机进行信号差分提取，并进行遮蔽噪声接收状态表更新。
[0011]进一步地，所述步骤S1包括以下子步骤：
[0012]S101.在跳频通信系统中，需要先设计跳频图案，其作用是控制载频的周期性跳变规律。记跳频范围为每跳持续时间为T。跳频图案周期为L跳，包含N个不同载频的跳频频点，分别记为f1,f2,
…
,f
N
。
[0013]跳频图案中包含同步跳与信息跳，其中同步跳包含同步头信息用于跳频同步，信息跳用于承载信息序列；
[0014]每一个跳频图案周期中，第一个跳频频点为同步跳的跳频频点，其余跳频频点为信息跳的跳频频点。
[0015]S102.设计人工噪声差分图案，其目的是在频域对跳频图案中的信息跳进行分组。
将跳频范围分为M个子区间，即
[0016][0017]其中分别表示第1～M
‑
1个子区间的频率上边界。每个频率子区间的信息跳为同一组。
[0018]进一步地，所述步骤S2包括以下子步骤：
[0019]S201.设发射状态转移表为M
×
Q维度的矩阵，记为其中Q为每跳信号的符号数，为1
×
Q维度的向量，1≤m≤M，表示人工噪声差分图案的第m个频率子区间的信号；
[0020]S202.产生1
×
(M
·
Q)长度的伪随机序列，并通过串并转换操作变为M
×
Q维度的伪随机矩阵。利用该伪随机矩阵对发射状态转移表赋值，实现初始化。
[0021]进一步地，所述步骤S3包括以下子步骤：
[0022]S301.根据跳频图案和人工噪声差分图案将信息序列段和人工噪声进行加权混叠：记第k段信息序列为i
k
(1
×
Q维度的向量)。根据跳频图案信息，如果i
k
的中心频率在的第m个子区间范围内，则将i
k
与发射状态转移表中的加权叠加，得到第k跳基带混合信号。记所得信号为x
k
，表达式为
[0023][0024]其中和分别为信息序列段与人工噪声的功率控制因子。
[0025]跳频发射信号可以表示为
[0026][0027]其中，
‘
ο
’
表示哈德曼积，表示第k跳的载频分量，f
k
表示第k跳发射信号的跳频载频频率，T
s
表示采样频率，P是一个Q维列向量，用来指代该跳频发射信号在跳频图案中的序号。
[0028]S302.利用更新发射状态转移表，可以得到第k跳基带混合信号，记为x
k
后。将x
k
覆盖向量即可完成发射状态转移表的更新，更新后的发射状态转移表为
[0029][0030]S303.在k＝1,2,
…
,P，重复步骤S301和S302，完成整个发射过程，其中P表示待发射的信息序列个数。
[0031]进一步地，所述步骤S4包括以下子步骤：
[0032]S401.进行跳频同步与接收状态转移表初始化,将射频域接收信号表示为:
[0033][0034]其中，是一个Q维度列向量，表示加性高斯白噪声，表示第m个子信道的信道衰落；
[0035]接收机在同步跳的跳频频点上等待，当该频点上有信号时，将接收数据与本地载
波混频得到基带信号序列；设接收机本地预存有同步头信息，且与发射机中的同步头信息相同或相关；将混频得到的基带接收信号与接收机本地预存的同步头信息进行滑动相关，得到相关峰的位置和峰值：
[0036]如果相关峰的峰值大于预设的门限值，则根据相关峰位置调整本地时钟：
[0037]假定接收信号和同步头的长度都为L1，设固定接收信号将本地同步头滑动与接收信号进行相关运算后得到的相关序列长度为2L1
‑
1；时钟完成同步时，则相关峰的位置应出现在相关序列的第L1点上；时钟没有完成同步时，设相关峰的位置出现在相关序列的第L2点上，将本地时钟加上L2
‑
L1的差值即为调整后同步的时钟；
[0038]如果相关峰的峰值不大于预设的门限值，不对本地时钟进行调整；
[0039]S402.当后续同步跳到达时，重复执行步骤S401，当连续K个相关峰的峰值均大于门限并根据相关峰位置调整本地时钟后，判定完成了跳频粗同步，实现了对本地接收机的时钟校正；
[0040]S403.完成跳频粗同步后，接收机会根据跳频图案控制本地载波与接收信号进行混频，将接收跳频信号转变到基带。记第k跳基带接收信号为y
k
。通过查找跳频图案，假设该跳的中心频率位于跳频范围的第m个子区间，基带接收信号可以表示为
[0041][0042]其中为1
×
Q维度的向量，表示第m个频率子区间的信道衰落。表示转换到基带后的噪声信号。
[0043]S404.进行接收状态转移表初始化，接收状态转移表为M
×
Q维度的矩阵，记为其中Q为每跳信号的符号长度，为1
×
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低复杂度遮蔽噪声设计与抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.跳频通信发射机进行跳频图案设计与人工噪声差分图案设计；S2.跳频通信发射机进行遮蔽噪声发射状态表设计与初始化；S3.跳频通信发射机遮蔽传输通信信号，并完成遮蔽噪声发射状态表更新；S4.跳频通信接收机进行跳频同步，并进行遮蔽噪声接收状态表初始化；S5.跳频通信接收机进行信号差分提取，并进行遮蔽噪声接收状态表更新。2.根据权利要求1所述的一种低复杂度遮蔽噪声设计与抑制方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下子步骤：S101.在跳频通信系统中，首先设计跳频图案：记跳频范围为每跳持续时间为T，跳频图案周期为L跳，包含N个不同载频的跳频频点，分别记为f1,f2,,f
N
；跳频图案中包含同步跳与信息跳，其中同步跳包含同步头信息用于跳频同步，信息跳用于承载信息序列；每一个跳频图案周期中，第一个跳频频点为同步跳的跳频频点，其余跳频频点为信息跳的跳频频点；S102.设计人工噪声差分图案：将跳频范围分为M个子区间，即其中分别表示第1M
‑
1个子区间的频率上边界，每个频率子区间的信息跳为同一组。3.根据权利要求1所述的一种低复杂度遮蔽噪声设计与抑制方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下子步骤：S201.设发射状态转移表为M
×
Q维度的矩阵，记为其中Q为每跳信号的符号数，为1
×
Q维度的向量，1≤m≤M，表示人工噪声差分图案的第m个频率子区间的信号；S202.产生1
×
(M
·
Q)长度的伪随机序列，并通过串并转换操作变为M
×
Q维度的伪随机矩阵，利用该伪随机矩阵对发射状态转移表赋值，实现初始化。4.根据权利要求1所述的一种低复杂度遮蔽噪声设计与抑制方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下子步骤：S301.根据跳频图案和人工噪声差分图案将信息序列段和人工噪声进行加权混叠：记第k段信息序列为i
k
，该序列为1
×
Q维度的向量；根据跳频图案信息，如果i
k
的中心频率在的第m个子区间范围内，则将i
k
与发射状态转移表中的加权叠加，得到第k跳基带混合信号，记所得信号为x
k
，表达式为其中和分别为信息序列段与人工噪声的功率控制因子；
将跳频发射信号表示为其中，表示哈德曼积，表示第k跳的载频分量，f
k
表示第k跳发射信号的跳频载频频率，T
s
表示采样频率，P是一个Q维列向量，用来指代该跳频发射信号在跳频图案中的序号；S302.利用得到第k跳基带混合信号，记为x
k
后，将x
k
覆盖向量完成发射状态转移表的更新，更新后的发射状态转移表为S303.在k＝1,2,
…
,P，重复步骤S301和S302，完成整个发射过程，其中P表示待发射的信息序列个数。5.根据权利要求1所述的一种低复杂度遮蔽噪声设计与抑制方法，其特征在于：所述步骤S4包括以下子步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋长庆，胡宇明，周竽希，陈雯雯，赵玲巧，赵宏志，邵士海，武者东，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：