CN114024570A - 一种抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法和装置 - Google Patents

一种抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114024570A
CN114024570A CN202111330428.9A CN202111330428A CN114024570A CN 114024570 A CN114024570 A CN 114024570A CN 202111330428 A CN202111330428 A CN 202111330428A CN 114024570 A CN114024570 A CN 114024570A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
interference
current
sending
transmission power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111330428.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114024570B (zh
Inventor
李玉生
施育鑫
鲁信金
安康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National University of Defense Technology
Original Assignee
National University of Defense Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National University of Defense Technology filed Critical National University of Defense Technology
Priority to CN202111330428.9A priority Critical patent/CN114024570B/zh
Publication of CN114024570A publication Critical patent/CN114024570A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114024570B publication Critical patent/CN114024570B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H04B1/713—Spread spectrum techniques using frequency hopping
    • H04B1/715—Interference-related aspects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04—TPC
    • H04W52/18—TPC being performed according to specific parameters
    • H04W52/24—TPC being performed according to specific parameters using SIR [Signal to Interference Ratio] or other wireless path parameters
    • H04W52/243—TPC being performed according to specific parameters using SIR [Signal to Interference Ratio] or other wireless path parameters taking into account interferences
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04—TPC
    • H04W52/30—TPC using constraints in the total amount of available transmission power
    • H04W52/36—TPC using constraints in the total amount of available transmission power with a discrete range or set of values, e.g. step size, ramping or offsets
    • H04W52/367—Power values between minimum and maximum limits, e.g. dynamic range
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H04B1/713—Spread spectrum techniques using frequency hopping
    • H04B1/715—Interference-related aspects
    • H04B2001/7152—Interference-related aspects with means for suppressing interference
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Transmitters (AREA)

Abstract

本申请涉及一种抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：在功率相关的反应式干扰下，采用发送端功率控制算法控制发送端发射功率，如果当前发送功率没有达到允许的最大发送功率，则使用允许的最大发送功率，如果当前发射功率已经达到所允许的最大发射功率时，以误比特率最小化为优化目标来降低发射功率。本发明考虑了一种新颖且具有挑战性的干扰场景，其中干扰器可用于通过合作采用功率相关的反应式符号级干扰，本发明所提出的增强型跳频索引抗干扰策略，在允许的发射功率下通过功率控制来抵抗与功率相关的反应式干扰，保证了通信可靠性。

Description

一种抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法和装置
技术领域
本申请涉及跳频通信技术领域，特别是涉及一种抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
无线网络中的干扰器旨在阻止合法用户访问无线网络资源并破坏合法用户的可用性。近年来，反应式干扰器被认为是一种智能高效的方法，它只针对数据包的接收。与主动干扰器相比，由于实际场景中数据包传递率(PDR)的未知，很难检测到反应性干扰器。使用低成本的软件无线电(SDR)，反应式干扰可以针对多种应用进行配置。
直接序列扩频(DSSS)和跳频扩频(FHSS)等扩频技术已被广泛研究并被认为是抗干扰通信的有效方法。在这些技术中，FHSS使用保密跳频模式来确定可用频率，从而避免干扰信号。然而，在潜在的快速反应式干扰的严重威胁下，频率逃逸概念变得难以抵制。
为此，现有技术提出了基于索引调制的跳频扩频(IM-FHSS)。IM-FHSS方案使用活动跳频模式的索引来传输信息位。由于跳频模式确定的空闲频率未知，反应式干扰机只能检测和攻击活动频率。此外，由于干扰器难以清除有源频率上的能量，因此可以通过能量最大似然(EML)检测器获得有源频率的指标，从而抵抗反应式干扰。然而，当干扰功率接近接收机的合法发射功率时，称为功率相关的反应式干扰，有源频率很可能会变成空闲频率，这严重损害了IM-FHSS方案。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够在干扰功率接近接收机的合法发射功率的场景下提升抗干扰效果的抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法，所述方法包括：
获取跳频周期中激活的跳频图案频点的当前发送功率；
当所述当前发送功率小于预设的最大发送功率时，将所述最大发射功率作为当前发送功率；
当所述当前发送功率达到所述最大发送功率后，以在反应式干扰下的总错误概率最小时对应的发送功率为最佳发送功率，将所述最佳发送功率作为当前发送功率；
通过信号发送端以所述当前发送功率在所述激活的跳频图案频点上进行索引通信数据的发送。
在其中一个实施例中，还包括：当所述当前发送功率达到所述最大发送功率后，以在反应式干扰下的总错误概率最小为优化目标，以发送功率在预设的最小发送功率和所述最大发送功率之间为约束条件，构建功率控制最优化问题，根据所述功率控制最优化问题，得到最佳发送功率，将所述最佳发送功率作为当前发送功率。
在其中一个实施例中，还包括：当所述当前发送功率达到所述最大发送功率后，以在反应式干扰下的总错误概率最小为优化目标，以发送功率在预设的最小发送功率和所述最大发送功率之间为约束条件，构建功率控制最优化问题为：
Figure BDA0003348607610000021
s.t.E∈(Emin,Emax),
其中，
Figure BDA0003348607610000022
表示所述最佳发送功率，PI表示在反应式干扰下的总错误概率，E表示所述发送功率，Emin表示所述预设的最小发送功率，Emax表示所述最大发送功率。
在其中一个实施例中，还包括：所述在反应式干扰下的总错误概率为：
PI＝αPe1+(1-α)Pe2
其中，1-α表示反应式干扰机未进行干扰的情况发生的概率，α表示反应式干扰机进行干扰的情况发生的概率，Pe1表示反应式干扰机未进行干扰的情况下对应的错误判决概率，Pe2表示反应式干扰机进行干扰的情况下对应的错误判决概率。
在其中一个实施例中，还包括：所述反应式干扰机未进行干扰的情况下对应的错误判决概率Pe1为：
Pe1(E)＝1-Pc(E)
其中，Pc(E)表示索引在反应式干扰机未进行干扰的情况下正确判决的概率，
Figure BDA0003348607610000031
ψ2(δ)是ψ(1,2,2,δ)的简写，ψ(l,n1,n2,δ)表示一个自由度为n1,n2的非中心F分布在l处的累计分布函数，σ2表示当前高斯信道白噪声功率，N表示采用的跳频图案数。
所述反应式干扰机进行干扰的情况下对应的错误判决概率Pe2为：
Figure BDA0003348607610000032
其中，
Figure BDA0003348607610000033
表示在反应式干扰施加QPSK符号干扰后，接收到的信号功率，表示为：
Figure BDA0003348607610000034
其中E0表示未进行功率控制前的发射机发送功率，β和Δθ分别表示干扰信号与合法信号在接收端的功率差异和相位差异。
在其中一个实施例中，还包括：根据所述功率控制最优化问题，通过改进的三元搜索算法得到最佳发送功率，将所述最佳发送功率作为当前发送功率。
在其中一个实施例中，还包括：获取预设的所述最小发送功率、所述最大发送功率和误差阈值；
以所述最小发送功率和所述最大发送功率为初始的搜索范围端点，若当前搜索范围两端点对应的功率值之差大于所述误差阈值，以所述当前搜索范围两端点的中点和四分之三点作为比较点；
若所述中点对应的总错误概率小于所述四分之三点对应的总错误概率，则更新所述搜索范围的左端点为所述中点，否则，更新所述搜索范围的右端点为所述中点；
不断迭代，直到当前搜索范围两端点对应的功率值之差不大于所述误差阈值，结束迭代；
若所述中点对应的总错误概率小于所述四分之三点对应的总错误概率，以所述中点对应的功率值为所述最佳发送功率，否则，以所述四分之三点对应的功率值为所述最佳发送功率。
一种抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引装置，所述装置包括：
当前发送功率获取模块，用于获取跳频周期中激活的跳频图案频点的当前发送功率；
最大发射功率控制模块，用于当所述当前发送功率小于预设的最大发送功率时，将所述最大发射功率作为当前发送功率；
最佳发送功率控制模块，用于当所述当前发送功率达到所述最大发送功率后，以在反应式干扰下的总错误概率最小时对应的发送功率为最佳发送功率，将所述最佳发送功率作为当前发送功率；
跳频索引发送模块，用于通过信号发送端以所述当前发送功率在所述激活的跳频图案频点上进行索引通信数据的发送。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取跳频周期中激活的跳频图案频点的当前发送功率；
当所述当前发送功率小于预设的最大发送功率时，将所述最大发射功率作为当前发送功率；
当所述当前发送功率达到所述最大发送功率后，以在反应式干扰下的总错误概率最小时对应的发送功率为最佳发送功率，将所述最佳发送功率作为当前发送功率；
通过信号发送端以所述当前发送功率在所述激活的跳频图案频点上进行索引通信数据的发送。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取跳频周期中激活的跳频图案频点的当前发送功率；
当所述当前发送功率小于预设的最大发送功率时，将所述最大发射功率作为当前发送功率；
当所述当前发送功率达到所述最大发送功率后，以在反应式干扰下的总错误概率最小时对应的发送功率为最佳发送功率，将所述最佳发送功率作为当前发送功率；
通过信号发送端以所述当前发送功率在所述激活的跳频图案频点上进行索引通信数据的发送。
上述抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法、装置、计算机设备和存储介质，在功率相关的反应式干扰下，采用发送端功率控制算法控制发送端发射功率，如果当前发送功率没有达到允许的最大发送功率，则使用允许的最大发送功率，如果当前发射功率已经达到所允许的最大发射功率时，以误比特率最小化为优化目标来降低发射功率。本发明考虑了一种新颖且具有挑战性的干扰场景，其中干扰器可用于通过合作采用功率相关的反应式符号级干扰，本发明所提出的增强型跳频索引抗干扰策略，在允许的发射功率下通过功率控制来抵抗与功率相关的反应式干扰，保证了通信可靠性。
附图说明
图1为一个实施例中抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法的应用场景图；
图2为一个实施例中抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法的流程示意图；
图3为一个实施例中采用本发明方法与传统IM-FHSS方法在功率相关干扰下的误码率性能比较，其中干扰率分别设置为0.2，0.4与0.8；
图4为另一个实施例中采用本发明改进搜索算法与传统三元搜索算法的性能比较，其中a为误比特率的比较，b为计算复杂度的比较；
图5为一个实施例中抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引装置的结构框图；
图6为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，参与干扰协作的恶意用户在位置上抵近合法基站。其动机测量合法信号发射机的发送信号与反应式干扰机的发送信号，并计算出两者的功率差异。随后，恶意用户通过干扰方协作链路将该参数发送给反应式发射机，反应式发射机即调整其发射的干扰信号的功率，以生成功率相关干扰。此时，传统的IM-FHSS方法将面临极大的干扰威胁。本发明所提出的方法，在功率相关的反应式干扰下，采用发送端功率控制算法控制发送端发射功率，如果当前发送功率没有达到允许的最大发送功率，则使用允许的最大发送功率，如果当前发射功率已经达到所允许的最大发射功率时，以误比特率最小化为优化目标来降低发射功率。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法，以该方法应用于图1中的合法信号发射机，包括以下步骤：
步骤202，获取跳频周期中激活的跳频图案频点的当前发送功率。
传统的跳频索引方法(IM-FHSS)利用激活的跳频图案的索引传递信息。其中，激活的跳频图案对应的频点上发送随机生成的QPSK符号，其余跳频图案上不发送信息、因此，在接收端，从N个可用频率中获得的采样信号中，有1个活跃频点和N-1个静默频点，可以统一表示为：
Figure BDA0003348607610000071
其中，y(k)＝y(t＝kT)表示再第k段跳频驻留时间的采样信号。nA(k)和
Figure BDA0003348607610000072
表示在活跃频点和静默频点上的高斯白噪声。
反应式干扰机只有在合法用户开始工作时才开始工作，其目的是为了达到较高的干扰效率和较低的截获概率。因此，反应式干扰机只将干扰信号发送到活跃频点上。在符号级反应式干扰中，合法接收方在各个频点上接收到的信号可以表示为：
Figure BDA0003348607610000073
其中α表示干扰率。J(k)表示干扰信号，可以表示为：
Figure BDA0003348607610000074
其中
Figure BDA0003348607610000075
β和Δθ分别表示干扰信号与合法信号在接收端的功率差异和相位差异。在前述文献中表明，当β≈1时(即功率相关干扰)，传统的IM-FHSS方法的误码率将被显著提高。尽管β≈1在一般条件下难以达到，但是在图1中，给出了一种干扰方采取协作实现功率相关干扰的干扰场景。此时，传统的IM-FHSS方法将面临极大的干扰威胁。
步骤204，当当前发送功率小于预设的最大发送功率时，将最大发射功率作为当前发送功率。
本发明提出了一种基于增强指数调制的跳频扩频(EIM-FHSS)方案，该方案侧重于抗功率相关的反应式干扰。具体来说，EIM-FHSS可以控制其发射功率，避免功率相关干扰。
在反应式干扰机造成误比特率上升时，第一步是使发射机使用允许的最大发送功率。这一步骤的意义在于，针对对方功率跟随干扰，总是可以通过提高功率来缓解干扰的伤害，所以在搜索到最佳功率之前，先将发射机功率加到最大，以对抗恶意用户的功率跟随干扰。
步骤206，当当前发送功率达到最大发送功率后，以在反应式干扰下的总错误概率最小时对应的发送功率为最佳发送功率，将最佳发送功率作为当前发送功率。
如果当前发射功率已经达到所允许的最大发射功率时，以误比特率最小化为优化目标来降低发射功率。
步骤208，通过信号发送端以当前发送功率在激活的跳频图案频点上进行索引通信数据的发送。
在允许的发射功率下通过功率控制来抵抗与功率相关的反应式干扰，保证了通信可靠性。具体地，如图3所示，比较了所提EIM-FHSS方法与传统IM-FHSS方法在功率相关干扰下的误码率性能比较。其中干扰率分别设置为0.2，0.4与0.8。由图3可以看出，传统的IM-FHSS方法在该情况下误码率很高，而所提方法可以在功率相关干扰实施时，显著降低误码率，表现出了更强的抗干扰能力。
上述抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法中，在功率相关的反应式干扰下，采用发送端功率控制算法控制发送端发射功率，如果当前发送功率没有达到允许的最大发送功率，则使用允许的最大发送功率，如果当前发射功率已经达到所允许的最大发射功率时，以误比特率最小化为优化目标来降低发射功率。本发明考虑了一种新颖且具有挑战性的干扰场景，其中干扰器可用于通过合作采用功率相关的反应式符号级干扰，本发明所提出的增强型跳频索引抗干扰策略，在允许的发射功率下通过功率控制来抵抗与功率相关的反应式干扰，保证了通信可靠性。
在其中一个实施例中，还包括：当当前发送功率达到最大发送功率后，以在反应式干扰下的总错误概率最小为优化目标，以发送功率在预设的最小发送功率和最大发送功率之间为约束条件，构建功率控制最优化问题，根据功率控制最优化问题，得到最佳发送功率，将最佳发送功率作为当前发送功率。
在传统索引跳频方法中，发生索引错误判决的情况可分为两类，第一类情况是反应式干扰机未进行干扰，其发生的概率为1-α，第二类情况是反应式干扰机进行干扰，其发生的概率为α，两种情况各自存在对应的错误判决概率。
针对最佳发送功率的搜索，可以将问题公式化为一个功率控制优化问题，即在反应式干扰下的总错误概率最小的优化目标下，寻找最佳发射机功率。
构建功率控制最优化问题为：
Figure BDA0003348607610000091
s.t.E∈(Emin,Emax),
其中，
Figure BDA0003348607610000092
表示最佳发送功率，PI表示在反应式干扰下的总错误概率，E表示发送功率，Emin表示预设的最小发送功率，Emax表示最大发送功率，不失一般性，假设功率控制的范围设定为E∈[0,E0]。
在其中一个实施例中，还包括：在反应式干扰下的总错误概率为：
PI＝αPe1+(1-α)Pe2
其中，1-α表示反应式干扰机未进行干扰的情况发生的概率，α表示反应式干扰机进行干扰的情况发生的概率，Pe1表示反应式干扰机未进行干扰的情况下对应的错误判决概率，Pe2表示反应式干扰机进行干扰的情况下对应的错误判决概率。
在其中一个实施例中，在传统索引跳频方法中，发生索引错误判决的情况可分为两类，第一类情况是反应式干扰机未进行干扰，其发生的概率为1-α。其对应的错误判决概率可以表示为：
Pe1(E)＝1-Pc(E)
其中Pc(E)表示索引在该情况下正确判决的概率。根据文献研究,Pc(E)表示所有的静默频点上的功率均小于活跃频点，因此有：
Figure BDA0003348607610000093
其中ψ2(δ)是ψ(1,2,2,δ)的简写，ψ(l,n1,n2,δ)表示一个自由度为n1,n2的非中心F分布在l处的累计分布函数。
第二类情况是反应式干扰机进行干扰，其对应的错误判决概率为：
Figure BDA0003348607610000101
其中
Figure BDA0003348607610000102
表示在反应式干扰施加QPSK符号干扰后，接收到的信号功率，表示为：
Figure BDA0003348607610000103
其中E0表示未进行功率控制前的发射机功率，β和Δθ分别表示干扰信号与合法信号在接收端的功率差异和相位差异。综合上述分析，总的错误概率可以表示为：
PI＝αPe1+(1-α)Pe2。
在其中一个实施例中，还包括：根据功率控制最优化问题，通过改进的三元搜索算法得到最佳发送功率，将最佳发送功率作为当前发送功率。
由于功率的可变范围为E∈[0,E0]，显然在E＝0时，活跃频点等于静默频点，此时无法传输信息，误码率将达到很高的值。在E＝E0时，由于干扰方已经采取了功率相关干扰，因此误码率也将达到很高的值。综合上述分析，在功率可变范围的两个端点处，一处是无法抗高斯白噪声造成高误码，一处是无法抗干扰信号造成高误码，因此在功率可变范围内，优化目标误码率函数是一个凹函数。由于目标函数被简化为一个凹函数，可以采用三元搜索法进行寻优。
传统的三元搜索法的基本思路是将寻优区间三等分，每轮迭代将收缩三分之一的区间。通过若干轮迭代，将最优值所在区间收缩至足够小时，输出最优功率。然而，值得注意的是，EIM-FHSS采用的功率搜索算法对干扰的复杂性非常敏感，因为反应式干扰机会尽可能快的调整其干扰功率以实现功率相关干扰。如果功率搜索算法的处理时间远超过干扰机的协作时间，将严重降低抗干扰性能。
因此，需要提升了速度的改进的三元搜索算法来搜寻最佳发射功率。
在其中一个实施例中，还包括：获取预设的最小发送功率、最大发送功率和误差阈值；以最小发送功率和最大发送功率为初始的搜索范围端点，若当前搜索范围两端点对应的功率值之差大于误差阈值，以当前搜索范围两端点的中点和四分之三点作为比较点；若中点对应的总错误概率小于四分之三点对应的总错误概率，则更新搜索范围的左端点为中点，否则，更新搜索范围的右端点为中点；不断迭代，直到当前搜索范围两端点对应的功率值之差不大于误差阈值，结束迭代；若中点对应的总错误概率小于四分之三点对应的总错误概率，以中点对应的功率值为最佳发送功率，否则，以四分之三点对应的功率值为最佳发送功率。
具体算法流程为：
输入：发送端允许的最大功率Emax；发送端允许的最小功率Emin；ε表示算法允许的与最佳功率之间的最大误差。
初始化：功率的搜索范围为[ElEr]，其中的El初始值设为Emin，Er初始值设为Emax。
执行过程：当Er-El＞ε
执行循环操作：
Figure BDA0003348607610000111
Figure BDA0003348607610000112
若
Figure BDA0003348607610000113
则
Figure BDA0003348607610000114
否则
Figure BDA0003348607610000115
结束循环
若
Figure BDA0003348607610000121
Figure BDA0003348607610000122
否则
Figure BDA0003348607610000123
输出：Eop
如图4所示，比较了EIM-FHSS采用传统的三元搜索与快速搜索算法时的算法性能，其中a为误比特率的比较，b为计算复杂度的比较。由图4a可见，采用所提的快速功率搜索算法时，对EIM-FHSS的抗干扰能力几乎没有影响。而图4b中可见，快速功率搜索算法显著降低了计算复杂度。具体地，在算法允许的最大误差设置为ε＝0.001,0.01,0.05,0.1时，所提快速算法将复杂度降低为传统算法的0.5556,0.5833,0.6250和0.6667倍。
应该理解的是，虽然图2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图5所示，提供了一种抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引装置，包括：当前发送功率获取模块502、最大发射功率控制模块504、最佳发送功率控制模块506和跳频索引发送模块508，其中：
当前发送功率获取模块502，用于获取跳频周期中激活的跳频图案频点的当前发送功率；
最大发射功率控制模块504，用于当当前发送功率小于预设的最大发送功率时，将最大发射功率作为当前发送功率；
最佳发送功率控制模块506，用于当当前发送功率达到最大发送功率后，以在反应式干扰下的总错误概率最小时对应的发送功率为最佳发送功率，将最佳发送功率作为当前发送功率；
跳频索引发送模块508，用于通过信号发送端以当前发送功率在激活的跳频图案频点上进行索引通信数据的发送。
最佳发送功率控制模块506还用于当当前发送功率达到最大发送功率后，以在反应式干扰下的总错误概率最小为优化目标，以发送功率在预设的最小发送功率和最大发送功率之间为约束条件，构建功率控制最优化问题，根据功率控制最优化问题，得到最佳发送功率，将最佳发送功率作为当前发送功率。
最佳发送功率控制模块506还用于当当前发送功率达到最大发送功率后，以在反应式干扰下的总错误概率最小为优化目标，以发送功率在预设的最小发送功率和最大发送功率之间为约束条件，构建功率控制最优化问题为：
Figure BDA0003348607610000131
s.t.E∈(Emin,Emax),
其中，
Figure BDA0003348607610000132
表示最佳发送功率，PI表示在反应式干扰下的总错误概率，E表示发送功率，Emin表示预设的最小发送功率，Emax表示最大发送功率。
跳频索引发送模块508还用于根据功率控制最优化问题，通过改进的三元搜索算法得到最佳发送功率，将最佳发送功率作为当前发送功率。
跳频索引发送模块508还用于获取预设的最小发送功率、最大发送功率和误差阈值；以最小发送功率和最大发送功率为初始的搜索范围端点，若当前搜索范围两端点对应的功率值之差大于误差阈值，以当前搜索范围两端点的中点和四分之三点作为比较点；若中点对应的总错误概率小于四分之三点对应的总错误概率，则更新搜索范围的左端点为中点，否则，更新搜索范围的右端点为中点；不断迭代，直到当前搜索范围两端点对应的功率值之差不大于误差阈值，结束迭代；若中点对应的总错误概率小于四分之三点对应的总错误概率，以中点对应的功率值为最佳发送功率，否则，以四分之三点对应的功率值为最佳发送功率。
关于抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引装置的具体限定可以参见上文中对于抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法的限定，在此不再赘述。上述抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法，其特征在于，所述方法包括：
获取跳频周期中激活的跳频图案频点的当前发送功率；
当所述当前发送功率小于预设的最大发送功率时，将所述最大发射功率作为当前发送功率；
当所述当前发送功率达到所述最大发送功率后，以在反应式干扰下的总错误概率最小时对应的发送功率为最佳发送功率，将所述最佳发送功率作为当前发送功率；
通过信号发送端以所述当前发送功率在所述激活的跳频图案频点上进行索引通信数据的发送。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述当前发送功率达到所述最大发送功率后，以在反应式干扰下的总错误概率最小时对应的发送功率为最佳发送功率，将所述最佳发送功率作为当前发送功率，包括：
当所述当前发送功率达到所述最大发送功率后，以在反应式干扰下的总错误概率最小为优化目标，以发送功率在预设的最小发送功率和所述最大发送功率之间为约束条件，构建功率控制最优化问题，根据所述功率控制最优化问题，得到最佳发送功率，将所述最佳发送功率作为当前发送功率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述当前发送功率达到所述最大发送功率后，以在反应式干扰下的总错误概率最小为优化目标，以发送功率在预设的最小发送功率和所述最大发送功率之间为约束条件，构建功率控制最优化问题，包括：
当所述当前发送功率达到所述最大发送功率后，以在反应式干扰下的总错误概率最小为优化目标，以发送功率在预设的最小发送功率和所述最大发送功率之间为约束条件，构建功率控制最优化问题为：
Figure FDA0003348607600000011
s.t.E∈(Emin,Emax),
其中，
Figure FDA0003348607600000012
表示所述最佳发送功率，PI表示在反应式干扰下的总错误概率，E表示所述发送功率，Emin表示所述预设的最小发送功率，Emax表示所述最大发送功率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在反应式干扰下的总错误概率为：
PI＝αPe1+(1-α)Pe2
其中，1-α表示反应式干扰机未进行干扰的情况发生的概率，α表示反应式干扰机进行干扰的情况发生的概率，Pe1表示反应式干扰机未进行干扰的情况下对应的错误判决概率，Pe2表示反应式干扰机进行干扰的情况下对应的错误判决概率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述反应式干扰机未进行干扰的情况下对应的错误判决概率Pe1为：
Pe1(E)＝1-Pc(E)
其中，Pc(E)表示索引在反应式干扰机未进行干扰的情况下正确判决的概率，
Figure FDA0003348607600000021
ψ2(δ)是ψ(1,2,2,δ)的简写，ψ(l,n1,n2,δ)表示一个自由度为n1,n2的非中心F分布在l处的累计分布函数，σ2表示当前高斯信道白噪声功率，N表示采用的跳频图案数；
所述反应式干扰机进行干扰的情况下对应的错误判决概率Pe2为：
Figure FDA0003348607600000022
其中，
Figure FDA0003348607600000023
表示在反应式干扰施加QPSK符号干扰后，接收到的信号功率，表示为：
Figure FDA0003348607600000031
其中E0表示未进行功率控制前的发射机发送功率，β和Δθ分别表示干扰信号与合法信号在接收端的功率差异和相位差异。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述功率控制最优化问题，得到最佳发送功率，将所述最佳发送功率作为当前发送功率，包括：
根据所述功率控制最优化问题，通过改进的三元搜索算法得到最佳发送功率，将所述最佳发送功率作为当前发送功率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过改进的三元搜索算法得到最佳发送功率，包括：
获取预设的所述最小发送功率、所述最大发送功率和误差阈值；
以所述最小发送功率和所述最大发送功率为初始的搜索范围端点，若当前搜索范围两端点对应的功率值之差大于所述误差阈值，以所述当前搜索范围两端点的中点和四分之三点作为比较点；
若所述中点对应的总错误概率小于所述四分之三点对应的总错误概率，则更新所述搜索范围的左端点为所述中点，否则，更新所述搜索范围的右端点为所述中点；
不断迭代，直到当前搜索范围两端点对应的功率值之差不大于所述误差阈值，结束迭代；
若所述中点对应的总错误概率小于所述四分之三点对应的总错误概率，以所述中点对应的功率值为所述最佳发送功率，否则，以所述四分之三点对应的功率值为所述最佳发送功率。
8.一种抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引装置，其特征在于，所述装置包括：
当前发送功率获取模块，用于获取跳频周期中激活的跳频图案频点的当前发送功率；
最大发射功率控制模块，用于当所述当前发送功率小于预设的最大发送功率时，将所述最大发射功率作为当前发送功率；
最佳发送功率控制模块，用于当所述当前发送功率达到所述最大发送功率后，以在反应式干扰下的总错误概率最小时对应的发送功率为最佳发送功率，将所述最佳发送功率作为当前发送功率；
跳频索引发送模块，用于通过信号发送端以所述当前发送功率在所述激活的跳频图案频点上进行索引通信数据的发送。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
CN202111330428.9A 2021-11-11 2021-11-11 一种抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法和装置 Active CN114024570B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111330428.9A CN114024570B (zh) 2021-11-11 2021-11-11 一种抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111330428.9A CN114024570B (zh) 2021-11-11 2021-11-11 一种抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114024570A true CN114024570A (zh) 2022-02-08
CN114024570B CN114024570B (zh) 2023-02-28

Family

ID=80063614

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111330428.9A Active CN114024570B (zh) 2021-11-11 2021-11-11 一种抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114024570B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115242266A (zh) * 2022-07-12 2022-10-25 中国人民解放军国防科技大学 基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰方法、装置和设备
CN115243288A (zh) * 2022-07-11 2022-10-25 中国人民解放军国防科技大学 基于多节点合作感知的干扰识别方法和装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113098561A (zh) * 2021-04-02 2021-07-09 中国人民解放军国防科技大学 一种基于跳频图案频点索引的跳频调制方法、装置和系统
CN113411100A (zh) * 2021-04-30 2021-09-17 中国人民解放军陆军工程大学 一种基于时频编码的多序列跳频收发联合抗干扰方法
CN113595589A (zh) * 2021-08-03 2021-11-02 西安电子科技大学 跳频通信方法及装置、存储介质、电子设备

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113098561A (zh) * 2021-04-02 2021-07-09 中国人民解放军国防科技大学 一种基于跳频图案频点索引的跳频调制方法、装置和系统
CN113411100A (zh) * 2021-04-30 2021-09-17 中国人民解放军陆军工程大学 一种基于时频编码的多序列跳频收发联合抗干扰方法
CN113595589A (zh) * 2021-08-03 2021-11-02 西安电子科技大学 跳频通信方法及装置、存储介质、电子设备

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115243288A (zh) * 2022-07-11 2022-10-25 中国人民解放军国防科技大学 基于多节点合作感知的干扰识别方法和装置
CN115243288B (zh) * 2022-07-11 2024-05-03 中国人民解放军国防科技大学 基于多节点合作感知的干扰识别方法和装置
CN115242266A (zh) * 2022-07-12 2022-10-25 中国人民解放军国防科技大学 基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰方法、装置和设备
CN115242266B (zh) * 2022-07-12 2024-05-24 中国人民解放军国防科技大学 基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰方法、装置和设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN114024570B (zh) 2023-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114024570B (zh) 一种抗功率相关反应式干扰的增强型跳频索引方法和装置
Arjoune et al. Smart jamming attacks in 5G new radio: A review
Yang et al. Robust detection of false data injection attacks for data aggregation in an Internet of Things-based environmental surveillance
Chen et al. Modeling primary user emulation attacks and defenses in cognitive radio networks
Liu et al. Defending DSSS-based broadcast communication against insider jammers via delayed seed-disclosure
Liu et al. USD-FH: Jamming-resistant wireless communication using frequency hopping with uncoordinated seed disclosure
Hanawal et al. Game theoretic anti-jamming dynamic frequency hopping and rate adaptation in wireless systems
CN111541466B (zh) 一种基于随机调制跳变的无人机数据链设计方法
Wang et al. Jamming-resistant multiradio multichannel opportunistic spectrum access in cognitive radio networks
Karimi et al. Efficient transmission strategy for cognitive radio systems under primary user emulation attack
Gu et al. Cooperative antijamming relaying for control channel jamming in vehicular networks
Zheng et al. Covert communications with a full-duplex receiver in non-coherent Rayleigh fading
Abdelhakim et al. Cooperative sensing in cognitive networks under malicious attack
CN113098561B (zh) 一种基于跳频图案频点索引的跳频调制方法、装置和系统
Nallarasan et al. Cognitive radio jamming attack detection using an autoencoder for CRIoT network
Shi et al. Enhanced index modulation-based frequency hopping: Resist power-correlated reactive jammer
Wen et al. Enhancing physical layer security of random caching in large-scale multi-antenna heterogeneous wireless networks
Kumar et al. Effective Analysis on Matched Filter Technique in Cognitive Radio
Gonzalez et al. Detecting unauthorized software execution in SDR using power fingerprinting
Cadeau et al. Markov model based jamming and anti-jamming performance analysis for cognitive radio networks
CN115242266B (zh) 基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰方法、装置和设备
Im et al. Anti-jamming games in multi-band wireless ad hoc networks
Zorbas et al. R-TSCH: Proactive jamming attack protection for IEEE 802.15. 4-TSCH networks
Armi et al. Error detection of malicious user attack in cognitive radio networks
Nandhini et al. An efficient anti jamming technique for wireless sensor networks

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant