基于多级联混沌加密的MP-WFRFT安全通信方法

为提高无线通信物理层安全传输性能,提出一种基于多级联混沌加密的多参数加权分数傅里叶变换(MP-WFRFT)安全通信方法。通过基于Logistic映射和Henon-Sine映射的多级联混沌系统实现比特数据的第1轮置乱加密和符号数据的第2轮相位加密,利用MP-WFRFT的星座裂变特性进行数据第3轮星座加密。三重加密方案极大提升了通信系统的保密性,有效防止了暴力攻击。相比传统的低维混沌加密方法,基于Logistic映射和Henon-Sine映射的多级联混沌具备更大的密钥空间,且系统运动轨迹更为复杂。针对多级联混沌加密方案在数据加密中的应用,提出了新的比特置乱和改进的移位星座旋转方法实现数据安全。仿真结果和分析表明:所提三重加密方案在不影响传输性能的情况下能够有效地对信息进行安全传输,非合作接收方在混沌密钥仅存在10^(-15)偏差的情况下误比特率始终保持在0.5左右。

混沌驱动四元数旋转三维星座加密的WFRFT通信方法

针对现有一维混沌映射序列分布不均和映射参数范围有限的问题,提出一种改进型的一维逻辑正弦混沌映射,在此基础上设计了一种混沌驱动四元数旋转三维星座加密的多参数加权分数傅里叶变换(Chaos driven Quaternion Rotation 3D constellation Encrypted-Multiple Parameters Weighted-type Fractional Fourier Transform,CQR3DE-MPWFRFT)通信方法。Logistic映射和Sine映射耦合,提出L-S混沌映射,将需要传输的信息进行三维星座调制。通过L-S混沌映射产生的混沌密钥驱动生成四元数,对生成的三维星座图进行旋转加密。进行多参数加权分数傅里叶变换(Multiple Parameters Weighted-type Fractional Fourier Transform,MPWFRFT)之后,完成数字调制。仿真结果表明:该混沌映射参数范围更大,随机性更好;所设计的CQR3DE-MPWFRFT方法利用L-S混沌驱动四元数实现了二维星座到三维星座的旋转加密,其星座点与传统调制相比星座空间更大,相较于MPWFRFT方法系统误码率性能有一定的提升,即使窃听方密钥只有10-15的差异,仍然无法完成窃听,能够提高信息在物理层的传输安全。

基于余幂-激活离散超混沌加密的多参数加权分数傅里叶变换安全通信方法

为提高物理层安全传输性能,该文提出一种新的基于2维余幂-激活(2D-CPA)离散超混沌加密的多参数加权分数傅里叶变换(MP-WFRFT)安全通信方法。首先,将激活函数和余弦函数作为非线性因子引入1维立方(cubic)混沌映射,构造2维混沌映射。非线性因子可对原始cubic混沌映射的迭代过程进行扰动,从而获得更加饱满的相轨。利用分岔图、相图、Lyapunov指数谱等对提出的2维混沌映射动力学特性进行了验证。结果表明,构造的2维混沌序列随机性良好,可进入超混沌状态。然后,利用余幂-激活离散超混沌序列分别构建幅度变换矩阵、相位旋转矩阵和MP-WFRFT参数池,完成对星座幅相加密,以及MP-WFRFT动态变换加密过程,进一步消除数据统计特征,同时提升MP-WFRFT变换的抗参数扫描性能。数值仿真结果表明,加密数据的星座图呈类高斯分布,且传输系统对密钥的敏感性良好。

基于DNA动态编码和VMP-WFRFT的安全通信方法

为提高物理层信息传输安全,提出一种基于DNA动态编码和变化多参数加权分数傅里叶变换(VMP-WFRFT)的安全通信方法。将DNA编码引入比特置乱,针对现有DNA编码规则少所存在的安全隐患,构造低复杂度四维混沌序列,利用混沌序列随机选择比特矩阵的DNA编码以及运算规则;为进一步掩盖信号调制样式,利用混沌序列动态调整MP-WFRFT参数,从而对调制信号进行VMP-WFRFT变换实现星座的混淆、扩散,同时增强了MP-WFRFT的参数抗扫描能力。仿真结果表明,该方法密钥敏感性良好、密钥空间大,能有效抵御穷举攻击,即使作为加密密钥的混沌初始值仅存在10^(-15)偏差,窃听者的误比特率仍始终保持在0.5左右。

采用时域测量矩阵的压缩感知稀疏信道估计方法

针对传统最小二乘和伪随机序列相关信道估计方法在稀疏信道应用时估计精度差的问题,提出一种采用时域测量矩阵的压缩感知稀疏信道估计方法.新方法首先将循环前缀单载波分块传输系统中的稀疏信道估计建模为一个典型的压缩感知问题,然后利用具有最优循环相关特性的伪随机序列优化构造确定性压缩感知测量矩阵,避免了使用随机测量矩阵造成的存储不便及估计性能差的问题,且提高了信道估计性能.基于准静态COST 207典型城市信道模型的仿真结果表明:该估计方法能够有效地降低稀疏信道的估计均方误差,在16dB处的误码率可达2×10-5,而相同情况下最小二乘信道估计方法的误码率只能达到3×10-3.

零日病毒传播模型及稳定性分析

针对零日病毒特点和传播规律,该文研究了零日病毒传播模型及稳定性。首先,分析了零日病毒传播机理,在易感-感染-移除-易感(SIRS)病毒传播模型基础上,重新定义了感染状态节点,引入执行状态节点和毁损状态节点,建立了零日病毒传播的易感-初始感染-零日-毁损-移除(SIZDR)病毒传播动力学模型;其次,运用劳斯稳定性判据,分析了系统平衡点的局部稳定性,基本再生数R_(0)及其对病毒传播规模的影响。最后,仿真验证了模型局部稳定性,分析了节点感染率、节点度和节点毁损率等因素对零日病毒传播的影响。理论分析与仿真结果表明,该模型能客观反映零日病毒传播规律,零日病毒扩散规模与节点度、节点感染率正相关,与节点毁损率负相关,对已知病毒的针对性防控可有效提升对零日病毒的防御效果。

适合于稀疏水声信道的低复杂度联合迭代均衡译码

浅海远程水声通信面临严重多径扩展、衰落以及低信噪比的挑战,为克服传统内嵌二阶锁相环的判决反馈均衡器结构在中低信噪比条件下性能较差的缺点,提高水声通信系统的可靠性,该文提出一种适合于稀疏水声信道的低复杂度联合迭代均衡译码方法.该方法以内嵌的二阶数字锁相环补偿Doppler造成的相位偏移,利用水声信道的稀疏特性进行均衡器系数更新,补偿多途效应产生的码间串扰,通过均衡器和译码器之间多次联合迭代交换软信息提高系统的BER性能.基于实测湖试信道条件进行了仿真,结果表明LC-JIED方法对于浅海远程稀疏水声信道十分有效,通过编码器与均衡器之间多次迭代交换软信息可大幅提高系统性能,适合于中低信噪比应用场合,具有广泛的应用前景.

基于软信道估计的JIED水声通信方法

为提高水声通信系统的数据传输速率和可靠性,提出一种新的基于软信道估计的联合迭代均衡译码(joint iterative equalization and decoding,JIED)水声通信方法。该方法利用软输入软输出(soft in soft out,SISO)译码器反馈的外似然比计算符号软估计信息,并应用于稀疏自适应信道估计器的抽头系数更新过程。经过译码器和均衡器之间多次迭代交换软信息联合处理接收信号,信道估计精度与均衡效果显著提高。水声通信实验结果表明在通信距离1.8km、2kHz有效带宽内,新方法在第2次迭代后即可实现2kb/s的无误码传输,可以有效提高系统可靠性和传输速率。

基于FPGA的CCK调制设计与实现

CCK调制是无线局域网802.11b中采用的一种高效调制方式,具有抗多径、频谱利用率高等优点。目前国内还没有见到有关CCK调制在FPGA上实现的具体实例。文中在简要介绍了CCK数字调制方式的基本原理之后,对CCK调制器如何采用FPGA和VHDL语言来实现进行了研究,并将CCK调制器中的原有多种功能模块集成在一片大规模可编程逻辑器件FPGA芯片上,从而在单片FPGA芯片上实现了CCK调制的全数字化SOPC设计。

阈值判决引导的单载波分块传输稀疏信道估计

为利用高速无线通信时信道的稀疏多径传播特性,改善传统单载波分块传输(SCBT)信道估计方法的性能,提出了一种阈值判决引导的稀疏信道估计方法。该方法通过导频进行初始最小二乘信道估计,利用获取的信道估计值设置判决阈值。然后,将幅值低于判决阈值的信道抽头强制置零,仅保留幅度值大于判决阈值的信道抽头估计值,从而有效地改善单载波分块传输系统的稀疏信道估计性能。基于COST 207典型乡村信道模型进行了仿真实验,结果表明:阈值判决引导的稀疏信道估计方法的实验结果最接近于信道参数已知时的误比特率性能;在信噪比为20dB条件下,新方法的误比特率可达到5×10-4,而最小二乘算法只能达到3×10-2。该方法改善了SCBT系统的稀疏信道估计精度与复杂度,得到的结果验证了提出方法的有效性。

基于空闲时隙消除的超高频RFID防碰撞算法

标签防碰撞是射频识别系统中的一项重要研究课题.为了进一步提高射频识别系统的性能和降低复杂度,提出了一种基于空闲时隙消除的二进制分裂算法.该算法在二进制分裂算法中引入了单比特状态标识位,在识别过程中,标签在ID数据传输之前先发送单比特随机信号,用于判定时隙是否碰撞,从而避免了冗余的信息传输.由于该算法彻底消除了传统二进制随机数分裂方法中的空闲时隙,因此节省了识别过程中的协调时间开销.最后通过理论分析和仿真结果证明:ISE-BS算法的吞吐率稳定在40.65%左右,时间效率稳定在32.46%左右,ISE-BS算法相比于现有的防碰撞算法性能更优.从实现的角度,比较了各个算法的浮点运算成本,结果显示提出的算法可以极大的降低系统复杂度.

基于Parzen窗的水下无线传感器网络目标定位方法

水声通道复杂多变,使得水下无线传感器网络中节点出现失效的情况,影响了多节点的目标定位性能。为解决这一问题,该文提出一种基于Parzen窗的方位交线定位方法。该方法利用Parzen窗分析所有交点的分布特征,估计目标可能出现在某个位置的概率,将概率最大值对应的点作为目标的估计位置。由于概率分布是非线性、多峰值的,采用带有惯性权重的粒子群算法去求解。仿真实验结果表明,所提方法能够在节点失效的情况下获得较高的目标定位性能,具有较好的鲁棒性。

基于被动时间反转的差分循环移位扩频水声通信

针对在时变的水声信道中系统的精确同步十分困难,而传统循环移位扩频系统在没有精确同步的条件下,很难准确判决的问题,提出一种差分循环移位扩频水声通信方法.该方法采用差分方式调制,能够在系统粗同步的条件下准确解调信息;在接收端采用被动时间反转方法解调,抑制多径效应产生的影响,并降低系统的复杂度.湖上试验结果表明:所提方法在1.8km的通信距离下实现无误传输;对试验数据附加噪声和同步误差处理后,在信噪比为-8dB、同步误差为5/4移位单元情况下的误码率达到10-5.

水声多径信道多普勒因子精确估计方法

由水下平台运动导致的多普勒效应是影响高数据率水声通信性能的主要因素,现有多普勒估计方法在复杂水声多径信道条件下估计精度急剧下降。针对此问题,提出了一种可自动匹配水声多径信道的精确多普勒频移估计方法。仿真结果表明:该方法可显著提高水声多径信道的多普勒频移估计精度,信道适应性强,在信噪比大于-5 dB时,估计精度始终保持在10-4左右,满足高数据率水声通信对多普勒因子估计精度的要求。

双通道时间交织ADC采样系统的频域纠正补偿

针对双通道时间交织模数转换器(ADC)采样系统中的通道间失配问题,提出了一种新的频域纠正补偿算法,即利用单次测量得到的不同频率处的固定补偿系数来实现时间交织ADC频响的部分补偿,并从理论和实验上分别进行了推导和可行性验证。实验结果表明:在双通道12比特2 Gsample/s时间交织ADC采样系统下,650 MHz带宽范围内的无杂散动态范围(SFDR)可以提高到40 d B。

水声通信中基于软判决的块迭代判决反馈均衡器

在单载波频域均衡水声通信系统中,混合结构的时-频域判决反馈均衡器(H-DFE)计算复杂度高,不利于实时实现;而基于硬判决的块迭代判决反馈均衡器(HD-IBDFE)存在错误符号判决造成系统性能下降问题,同时需要估计判决符号和发射数据之间的互相关函数。该文对水声通信中基于软判决的块迭代判决反馈均衡(SD-IBDFE)接收机算法进行了研究,通过对均衡器输出信号进行软判决,并将符号软信息进行反馈,提高了系统性能,同时采用迭代信道估计方法来适应水声信道的时变性。通过仿真比较得出,该方法在水声信道条件下明显优于HDIBDFE。对湖上试验数据处理结果表明,在浅水1.8 km通信距离下,单通道无编码QPSK调制可实现310-的误码率并达到3000 bps的有效数据率。

IEEE 802.11无线网络中基于同步竞争窗口的退避算法

针对IEEE 802.11标准中引用的传统的二进制指数退避算法(BEB)在解决信道接入冲突时,网络碰撞概率较大且站点公平性较差的问题,提出一种基于同步竞争窗口的退避算法(SCW)。该算法中,网络内所有站点跟踪当前网络的传输情况,当检测到信道状态发生变化时,各站点停止退避并根据信道当前监测到的信道状态自适应地调整竞争窗口大小,然后通过重置该竞争窗口使得所有站点在下一次信道竞争时具有相同竞争窗口大小,即所有站点的信道介入概率相同。仿真结果表明,随着站点个数的变化,SCW算法的公平性指数接近于1且一直保持稳定;而且当网络站点个数较多(36个左右)时,SCW算法的网络吞吐率比传统BEB算法提高了约11%,时延降低了6%。所提算法能够有效地提高了网络吞吐率和时延性能,同时具有更高的网络公平性,因此有利于实际应用中对传输速率和时延有较高需要的业务的传输,尤其适用于节点密集部署的高速率无线网络中。

联合干扰功率限制下的认知中继网络性能分析

频谱共享的Underlay认知中继网络中,为了保证主用户的可靠通信,要求次用户网络中源节点及中继节点的发射功率必须满足主用户接收端干扰功率的限制。基于主用户峰值干扰功率和平均干扰功率的联合限制,分析了中继节点采用选择协作解码转发协议时潜伏式频谱共享认知中继网络的性能。值得一提的是,考虑中继传输中由主用户接收端干扰功率限制引起的第1跳链路信噪比之间的相关性,推导了瑞利衰落环境下次用户中断概率和信道容量准确的闭合表达式。仿真结论显示,次用户中断概率与信道容量的解析曲线与仿真结果一致,系统性能因频谱共享的认知网络中次用户源节点与主用户接收机链路之间的相关性而有所下降,中断概率约有2dB的性能提升。

一种自适应阈值选择的宽带压缩频谱感知重构算法

针对宽带压缩频谱感知算法在未知稀疏度条件下重构频谱效果不理想的问题,提出一种自适应阈值选择的改进型分段正交匹配追踪(Adaptive Threshold Option-Improved Stagewise Orthogonal Matching Pursuit,ATO-ISt OMP)算法,该算法根据迭代残差的分布特性自适应地调整原子选择判决门限,使其每次迭代能够高效选择多个原子作为候选集,同时该算法利用残差比阈值对迭代终止条件进行修正,能够实现重构算法的盲停止,增强算法在低信噪比环境下的鲁棒特性。仿真结果表明,ATO-IStOMP算法能够实现对原始信号的盲重构,且在低信噪比环境下的重构性能良好。

基于P-IFourier观测矩阵的宽带压缩感知方法

针对压缩感知理论在宽带频谱感知领域应用时重构精度差的问题,根据平稳信号在频域所表现出的稀疏特性,提出了一种基于P-IFourier(partial-inverse Fourier)观测矩阵的宽带压缩频谱感知方法。新方法首先将频谱感知问题建模为一个典型的压缩感知问题,利用相关性能优良的标准正交傅里叶基构造观测矩阵,使观测矩阵具有良好的重构性能和重构精度。仿真结果表明,相比于高斯随机观测矩阵和嵌入式混沌序列—循环Toeplitz结构观测矩阵,该方法在较低信噪比环境下能够明显降低信号重构的均方误差,并且在相同条件下的重构概率得到了明显改善。