一种跳转向量的隐性加权分数傅里叶变换通信方法

加权分数傅里叶变换(Weighted fractional Fourier transform,WFRFT)技术可以极大地改变信号的特性,使信号的统计特性多样化,从而有效地保障通信信息安全。为解决单参数WFRFT通信抗扫描能力不足的问题,以单参数WFRFT为切入点,深入研究单参数分数域的形成机理,分析其潜在的微观特征和暗特征,从而提出了一种基于跳转向量的隐性WFRFT通信方法(Implicit WFRFT communication method of jump vector,IWVJ)。利用调制阶数与星座图的关系,建立了跳变矩阵和跳变向量,并以此制定了控制规则。此外,通过跳变向量控制获得动态调制阶数,从而达到安全通信的目的。仿真结果表明,IWVJ方法对授权接收机具有较高的反变换解调相似度和较低的误码率,相比于具有普适扫描能力的非授权接收机性能更优。同时对解调阶数误差、基础调制阶数和跳转频率等参数的设置给出了适用的建议,使IWVJ方法能够更好地应用于通信系统,为具有抗干扰、抗截获和抗欺骗能力的保密通信提供技术依据。

加权分数傅里叶变换信号参数估计方法

加权分数傅里叶变换(WFRFT)信号具有抗截获和抗调制识别等优点,在未来混合载波通信领域得到了广泛的应用;目前的研究大多集中在混合载波的应用及特性分析上,而在WFRFT参数估计方面研究较少;为了解决非协作通信场景中参数未知的问题,提出了一种基于Shintaro_K特征量的WFRFT参数估计理论;首先通过理论推导得到,最小化接收信号的Shintaro_K值可以准确估计出参数,然后对抛物线搜索算法进行改进,来搜索Shintaro_K特征量的最小值点;仿真结果表明,该WFRFT参数估计理论有效可靠,且与已有的研究方法相比,该方法具有相似的参数估计准确度,但具有更少的搜索次数和计算复杂度。

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。

加权分数傅里叶辅助的上行NOMA隐蔽通信

针对一个具有两阶段检测器的上行非正交多址接入系统,提出了随机功率分配和加权分数傅里叶变换来实现隐蔽通信。在该非正交多址接入系统中,存在一个可靠用户和隐蔽用户传输信息给基站,同时存在一个监听者企图侦察隐蔽用户的通信行为。设计了一种两阶段检测器,包括能量检测阶段和相似度检测阶段。通过相似度检测阶段为能量检测阶段提供先验概率,降低检错概率。针对所设计的两阶段检测器,提出了一种随机功率分配和加权分数傅里叶变换方案去掩盖隐蔽用户的传输,其中可靠用户采用随机功率分配而隐蔽用户采用加权分数傅里叶变换。给出了期望最小检错概率、可靠用户及隐蔽用户的中断概率的闭合表达式,并进行了仿真。在隐蔽约束和可靠约束下研究了最大期望隐蔽速率,以优化可靠用户的功率分配。研究表明,所设计的检测器有更低的期望最小检错概率,并改进了系统的隐蔽性能。

多径信道下解调加权分数傅里叶变换加密的混沌直扩信号

为了在多径信道下解调加权分数傅里叶变换加密的混沌直扩(WFRFT-CD3S)信号,该文提出一种广义信道差分解调算法。在WFRFT-CD3S系统的发射端先对信息码进行差分调制,接收端将差分码与信道的乘积视为广义信道,并通过本地扩频序列构建频域匹配滤波器以估计广义信道冲击响应。接收端通过解差分广义信道冲击响应的估计值来合并各径能量并恢复信息码。对所提算法的误码率进行了理论分析,数值仿真验证了理论分析结果。数值仿真结果表明提出的解调算法可以在低信噪比下解调多径WFRFT-CD3S信号,保证了WFRFT-CD3S系统抗能量检测的能力。

多层多参数多项加权分数阶傅里叶变换复合调制通信信号设计方法

为提高卫星通信信号的安全性能,该文提出一种多层多参数多项加权分数阶傅里叶变换(MWFRFT)复合调制通信信号设计方法。该方法针对传统多项加权分数阶傅里叶变换单层结构的被扫描威胁,将MWFRFT扩展至不同加权系数的多层结构,降低了系统的被扫描概率。同时,多层多参数MWFRFT(MPMWFRFT)系统通过对控制参数集的优化设计,解决了多层结构下的通信信号调制特征模拟。针对复杂电磁环境场景中的目标寄生信号和窄带信号干扰,引入扩频机制,设计了3层多项加权分数阶傅里叶变换和直接序列扩频复合调制系统(TLMWFRFT-DSSS)。仿真结果表明,该方法在保证较好通信性能的前提下,实现了多层通信信号的调制特征模拟,显著提高了系统的抗扫描性能。

基于两分量广义加权分数傅里叶变换的大规模MIMO波形设计

针对大规模多输入多输出(MIMO)系统下传统信号分集技术需要牺牲通信速率或频谱等通信资源的缺陷,提出了一种基于两分量广义加权分数傅里叶变换(DCGWFRFT)的波形设计方法。该方法通过引入计算分集的概念,以一定的计算资源为代价提升系统的分集性能,且发送端不需要已知信道状态信息。分析了基于DCGWFRFT的波形的计算分集原理,并根据该原理提出了一种基于DCGWFRFT的波形设计与变换流程,在保持物理层安全特性的基础上提升波形的抗衰落能力。理论分析证明,在无噪声的情况下,所提出的波形设计与变换流程能够完美恢复原始发送信号;在有噪声的情况下,所提出的波形相比于未经变换的波形的误差能量分布更加平均。仿真结果显示,在误码率为10^(−3)时,基于DCGWFRFT的波形相比于未经变换的波形有至少1.7 dB的比特信噪比性能优势。

基于二维加权分数傅里叶变换的安全传输方法

从无线通信系统的安全性角度出发,为了进一步提升传统加权分数傅里叶(weighted fractional Fourier transform,WFRFT)的抗截获性能,引入二维加权分数傅里叶变换(two-dimensional weighted fractional Fourier transform,2DWFRFT)。2DWFRFT在原有一维变换基础上,其核心算法通过进行多次不同参数的横纵维度变换以进一步提升单参数加权分数傅里叶变换的抗扫描特性。本文给出了信号的生成方法,推导出特定情况下的矩阵表达式,并详细阐述了本方案的实现计算复杂度以及星座旋转特征优势。理论分析方面,为了充分说明本方案的抗截获性能,从物理层安全信息理论角度分析了MISO窃听信道模型下的遍历安全容量。仿真结果表明:相比于单参数一维加权分数傅立叶变换,2DWFRFT变换阶数由多个参数向量组成,仅以有限的计算复杂度为代价便可获得抗截获性能的有效提升,同时在星座混淆方面可突破原点数限制,提供更加丰富的星座变换特征。相比于传统物理层安全领域中的人工噪声方法,本文方案具有安全容量高、无需额外消耗噪声信号功率等优势。

基于灰度连通域加权分数维的云雾自动分离算法

长期以来 ,目视判读是卫星云图分析中普遍使用的一种方法 ,这种定性分析的方法主观性大 ,准确性难于保证。纹理信息是图像的空间信息 ,它反映了图像的灰度性质及其空间关系。文中提出一种基于灰度连通域加权分数维的云雾自动分离算法 ,该算法利用云雾纹理的分形特征 ,在灰度连通域采用加权的差分盒维数算法 ,对云雾进行分割。实验表明 :该算法能有效地对GMS和NOAA两种卫星云图进行云雾分离 ,单幅图像雾的正确提取率可达 90

加权分数傅里叶变换在采样重构中的应用

针对频域非带限信号的重构问题,提出了一种基于加权分数傅里叶变换的采样与重构算法,并利用信号加权分数傅里叶变换在加权分数域的特性,得到了信号可完全重构的条件。理论分析和仿真结果表明,在满足给定误差的条件下,该算法能够以低于香农重构所需的采样率实现对信号的恢复,且简单易行,可利用FFT快速算法实现。

基于多参数加权分数阶傅里叶变换的星座预编码系统研究与实现

针对当前多参数加权分数阶傅里叶变换(Multiple Parameters Weighted-type FRactional Fourier Transform,MP-WFRFT)星座特征缺乏定量研究的缺限,该文提出一种新型的星座叠加数学模型。通过分别研究信号的时域及频域分量,给出了星座模糊及裂变的定性及定量分析结论,并搭建了基于MP-WFRFT的星座预编码系统。通过构建相关混合整数优化模型,并利用遗传算法进行模型优化,进而设计出符合预期通信需求的预编码系统。经仿真分析,验证了所提出的星座叠加数学模型及优化方案的正确性;同时通过USRP硬件平台测试表明了所搭建的基于MP-WFRFT星座预编码系统的可行性。

基于加权分数傅立叶变换的混合载波码分多址多天线系统

为实现与现有码分多址(CDMA)多天线系统的兼容,提出了一种基于加权分数傅立叶变换的混合载波CDMA多天线系统。本系统在某阶分数傅立叶变换域上采用CDMA技术对发送信号进行序列扩展,对扩展后的信号进行空时分组编码后将信号映射到对应的天线端口上去。通过选择特定的参数,本系统可以转换为单载波或多载波CDMA多天线系统。同时,本系统与现有的单载波和多载波系统相比,信号能量分布更为均匀,从而可以有效地抵抗信道衰落,取得更优的系统误码性能。

一种基于时分数据调制的加权分数阶傅里叶变换通信方法

加权分数阶傅里叶变换是一种新型物理层保密通信方式,可极大地提高通信系统的抗调制方式识别能力。针对单参数加权分数阶傅里叶变换易被破解的不足,提出一种基于时分数据调制的加权分数阶傅里叶变换通信方法。该方法采用奇偶位不同调制的策略,充分利用旋转因子动态加密,进行时分数据加权分数阶傅里叶变换调制,减弱信道中噪声对信号的影响,从而提高加权分数阶傅里叶变换调制信号的可靠性和安全性。仿真结果表明:基于时分数据调制的加权分数阶傅里叶变换调制信号,能够提高传统加权分数阶傅里叶变换信号的可靠性,显著降低窃听方的破译能力,可进一步增强信息传输的保密性能。

加权分数傅里叶变换在混合系统中的应用

为提高通信系统在复杂水声环境下的鲁棒性,提出基于加权分数傅里叶变换WFRFT(weighted fractional Fourier transform)的混合载波系统.对混合系统进行优化设计,以最低误比特率为优化目标,求解得到系统的最优变换阶次,得到优化的系统性能.仿真和水池实验表明,基于WFRFT的混合载波系统在多径信道下的误比特率介于传统的单/多载波系统之间;而在双选信道下,其最优阶的系统性能优于单/多载波系统.该混合系统具有单/多载波的优良性能,在提高通信系统鲁棒性方面,具有很大的应用前景.

基于循环相关的加权分数阶傅里叶变换信号旋转因子估计方法

加权分数阶傅里叶变换(WFRFT)信号具有很强的抗截获和抗调制方式识别能力,广泛应用于保密通信,WFRFT信号的旋转因子估计可为后续信号处理提供重要依据。通过分析WFRFT信号的特性,统计分析不同旋转因子归一化相关值的峰值及其位置,提出一种未知信号参数下WFRFT信号旋转因子的估计方法。为缩短估计时间,引入循环相关法实现WFRFT信号的快速旋转因子估计。仿真结果表明,基于循环相关的参数估计方法可有效地估计旋转因子,且有效缩短旋转因子估计时间,为WFRFT通信对抗提供重要的依据。

基于加权分数傅里叶变换域的2天线发射方法

为改善多天线系统误码率,提出一种基于加权分数傅里叶变换域的2天线发射方法.该方法在发射端将待发送信号送入信息调制及合成模块中进行加权分数傅里叶变换,按照时频域信号合并方式将变换后的四路信号分量合并为两路混合载波信号,经时延调整后由2根发射天线发射送入信道;接收端采用单天线接收,对接收信号进行加权分数傅里叶反变换处理后,可得到原发送信号估计值.仿真结果表明:在双弥散信道下,相比于使用空时码2天线发射方法,采用本文提出的发射方法在系统误码率及复杂度方面较有优势,可有效改善系统误码性能,抵抗信道衰落.

基于扩展加权分数阶傅里叶变换的移动通信系统研究

基于扩展加权分数阶傅里叶变换(Extended Weighted-type Fractional Fourier Transform,EWFRFT)的两分量信号是一种新的信号形式,具备抗信道衰落的能力,但缺乏更多角度讨论和理论分析.首先对线性处理的两分量信号性能进行深入分析,提出用最大似然检测和连续干扰消除算法解调两分量信号,分别以不同研究角度对这两种算法的作用进行了理论解释.通过两分量信号通信系统中接收处理算法的讨论,丰富了两分量信号的接收处理方法 .仿真结果表明:所提方法提高了两分量信号通信的可靠性.

小波包变换和加权分数阶傅里叶变换的通信应用对比分析

针对小波包变换和加权分数阶傅里叶变换在通信中表现出的不同性能,在对2种变换进行介绍的基础上,分别对2种变换直接应用于通信以及结合变换域通信技术后的性能进行了仿真对比分析。仿真结果表明,当直接用于通信时,小波包变换的性能要优于加权分数阶傅里叶变换;而当与变换域通信结合以及考虑通信安全性时,加权分数阶傅里叶变换要优于小波包变换,二者在通信中的性能各有优劣,具体取决于应用的方式和目标。

广义加权分数傅里叶变换两分量组合抗衰落技术

为了在不改变载波体制的情况下,提升传统单载波(Single Carrier,SC)和多载波系统(Multi-Carrier,MC)的抗衰落能力,本文利用广义混合载波(Generalized Hybrid Carrier,GHC)系统在信号设计方面的高灵活性,提出基于广义加权分数傅里叶变换(Generalized Weighted Fractional Fourier Transform,GWFRFT)的两分量组合抗衰落方案.针对SC系统,所提两分量方案包含时域和时域反转两个分量,可以有效提升系统抗时间选择性衰落的能力;针对MC系统,所提两分量方案由频域和频域反转两个分量组成,能够有效提升系统抗频率选择性衰落的能力.为了充分挖掘两分量组合信号的潜力,本文对这种信号形式获得性能优势的机理进行了分析.分析结果表明,两分量之间的功率分配和同一符号在两分量中所经历衰落的独立性是影响两分量信号性能的关键因素.鉴于此,本文提出两分量等功率设计和半码块反转方案,进一步优化了两分量组合信号的性能.在此基础上,本文给出两分量组合信号生成方法,并分析其实现复杂度和频谱特性.仿真结果表明,两分量组合方案可以在不占用额外时间和频谱资源的前提下,实现对传统SC和MC系统抗衰落性能的有效提升,而基于分量等功率分配和半码块反转的优化可以进一步增强这种性能提升的效果.

加权分数傅立叶变换通信系统抗参数扫描及星座分裂性能分析

针对现有基于加权类分数傅立叶变换系统的信号特征,以衡量单参数WFRFT信号抗参数扫描特性为目的,给出了非目的接收机存在变换参数误差条件下的等效信噪比.在单参数WFRFT系统的基础上,类比多径信道下的单载波信号星座图特征,研究了多参数WFRFT的信号的星座分裂特性.多参数WFRFT系统不但可以提高单参数系统抵抗参数扫描检测的能力,同时其具有的分裂调制星座图的特点还能有效隐藏原始调制方式.