基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰方法、装置和设备

1.本技术涉及跳频通信技术领域，特别是涉及一种基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰方法、装置和设备。


背景技术：

2.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，破坏合法用户的可用性。跳频扩频(fhss,frequency hopping spread spectrum)已被广泛研究，并被视为抗干扰通信的有效方法。fhss使用秘密的跳频图案来确定可用的频点，从而躲避干扰信号。y.shi,k.an,and y.li,“index modulation based frequency hopping:anti-jamming design and analysis,”ieee transactions on vehiculartechnology,vol.70,no.7,pp.6930
–
6942,2021.中提出了基于索引调制的跳频扩频(im-fhss,index modulated based fhss)，在索引调制跳频通信中，用于传输信号的频点各自由相互正交的跳频图案决定，当待传输比特确定后，即选定一组跳频图案的索引，根据该索引确定跳频图案的确定活跃频点位置并输入能量，在接收端，合法通信方通过比较所有跳频图案的频点能量关系来恢复比特信息。im-fhss在反应式干扰中具备强的抗干扰能力，反应式干扰器被认为是一种聪明而有效的方法，它只针对数据包的接收进行干扰，与主动干扰器相比，由于实际场景中数据包交付率是未知的，很难检测到反应式干扰器。注意到，采用反应式干扰的干扰方只跟踪并攻击活跃频点，以高效的攻击通信信号，由于反应式干扰只攻击具有能量的频点，而活跃频点受到攻击时能量仍然显著大于其他静默频点，因此索引调制的跳频方法能够通过在反应式干扰中的保持能量关系的不变性，从而具备了更强的抗干扰能力。
3.在现实干扰场景中，干扰方往往具有多种可选的干扰样式。除了反应式干扰，还有例如单音干扰、多音干扰、部分频带干扰等定频干扰，在面对定频干扰的攻击时，传统im-fhss仅能效仿一般的跳频系统采取的策略，例如采取扩大跳频图案中的频点数、加大功率、删除被干扰频点等常规抗干扰措施。然而，传统im-fhss在对抗定频干扰时，需要较高的能量代价或频谱资源代价，抗干扰的效率较低。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰方法、装置、计算机设备和存储介质。
5.一种基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰方法，所述方法包括：
6.认知干扰功率有限的干扰方发送的定频干扰信号，得到干扰认知结果；
7.当所述干扰认知结果包括所述定频干扰信号的目标干扰频点、干扰信号参数和初始发射信号参数时，分别根据所述干扰信号参数、初始发射信号参数和无干扰条件下的误比特率，得到最佳衰减率和最佳发射功率；
8.在所述定频干扰信号的目标干扰频点为初始发射信号中的活跃频点时，根据所述最佳衰减率对初始发射信号中受干扰的活跃频点的发射功率进行功率衰减，在所述定频干
扰信号的目标干扰频点为初始发射信号中的空闲频点时，根据所述最佳发射功率对初始发射信号中活跃频点的发射功率进行功率增强；
9.根据功率衰减或功率增强后的初始发射信号得到第一抗干扰发射信号，发射所述第一抗干扰发射信号以对抗定频干扰。
10.在其中一个实施例中，还包括：当所述干扰认知结果包括所述定频干扰信号的目标干扰频点时，在所述定频干扰信号的目标干扰频点为初始发射信号中的活跃频点时，将初始发射信号中受干扰的活跃频点的衰减率设置为0，在所述定频干扰信号的目标干扰频点为初始发射信号中的空闲频点时，将初始发射信号中活跃频点的发射功率调整为最大发射功率；根据功率衰减或功率增强后的初始发射信号得到第二抗干扰发射信号，发射所述第二抗干扰发射信号以对抗定频干扰。
11.在其中一个实施例中，还包括：根据所述干扰信号参数和初始发射信号参数，得到合法接收机在发射功率衰减的活跃频点上的接收信号以及合法接收机在未受干扰空闲频点上的接收信号；根据所述合法接收机在发射功率衰减的活跃频点上的接收信号以及所述合法接收机在未受干扰空闲频点上的接收信号，构建功率衰减变量；根据所述功率衰减变量计算发射功率衰减的活跃频点上的接收信号能量比未受干扰空闲频点上的接收信号能量大的概率，得到第一抗干扰概率；在所述无干扰条件下的误比特率和所述第一抗干扰概率相等时，得到包含衰减率参数的第一抗干扰条件，根据所述第一抗干扰条件，得到最佳衰减率为：
[0012][0013]
其中，γ
+
表示最佳衰减率，为合法通信信道中信道系数随机变量的方差，为干扰方与合法通信方中信道系数随机变量的方差，β为干扰信号与合法通信信号在合法接收机处的幅度差异。
[0014]
在其中一个实施例中，还包括：根据合法接收机在未受干扰活跃频点上的接收信号、合法接收机在未受干扰空闲频点上的接收信号以及无干扰条件下的构造因子，得到无干扰条件下的误比特率为：
[0015][0016]
其中，为无干扰条件下的误比特率，ξ(x,v1,v2)表示分布的累积分布函数，x表示分布的累积分布函数在x处的取值，t表示分布的累积分布函数的积分变量，ya为合法接收机在未受干扰活跃频点上的接收信号，yi为合法接收机在未受干扰空闲频点上的接收信号，λ0为无干扰条件下的构造因子。
[0017]
在其中一个实施例中，还包括：根据所述功率衰减变量计算发射功率衰减的活跃频点上的接收信号能量比未受干扰空闲频点上的接收信号能量大的概率，得到第一抗干扰概率为：
[0018][0019]
其中，为第一抗干扰概率，td为功率衰减变量，γ为衰减率，yi为合法接收机在未受干扰空闲频点上的接收信号，y
a,d
为合法接收机在发射功率衰减的活跃频点上的接收信号。
[0020]
在其中一个实施例中，还包括：根据所述干扰信号参数和初始发射信号参数，得到合法接收机在增强发射功率的活跃频点上的接收信号和合法接收机在受干扰空闲频点上的接收信号；根据所述合法接收机在增强发射功率的活跃频点上的接收信号和所述合法接收机在受干扰空闲频点上的接收信号，构建功率增强变量；根据所述功率增强变量计算得到增强发射功率的活跃频点上的接收信号能量比受干扰空闲频点上的接收信号能量大的概率，得到第二抗干扰概率；在所述无干扰条件下的误比特率和所述第二抗干扰概率相等时，得到包含发射功率参数的第二抗干扰条件，根据所述第二抗干扰条件，得到最佳发射功率为：
[0021][0022]
其中，为最佳发射功率，e
max
为允许的最大发射功率，β为干扰信号与合法通信信号在合法接收机处的幅度差异，为干扰方与合法通信方中信道系数随机变量的方差，为合法通信信道中信道系数随机变量的方差，σ2为高斯白噪声随机变量的方差。
[0023]
在其中一个实施例中，还包括：根据所述功率增强变量计算得到增强发射功率的活跃频点上的接收信号能量比受干扰空闲频点上的接收信号能量大的概率，得到第二抗干扰概率为：
[0024][0025]
其中，y
a,e
为合法接收机在增强发射功率的活跃频点上的接收信号，y
i,j
为合法接收机在受干扰空闲频点上的接收信号，te为功率增强变量，ea为发射功率。
[0026]
在其中一个实施例中，还包括：采用定频干扰下的误比特率分别对定频干扰下的第一抗干扰发射信号和第二抗干扰发射信号进行误比特率性能评估，得到第一误比特率性能评估结果和第二误比特率性能评估结果；所述定频干扰下的误比特率为：
[0027][0028][0029]
其中，p
ber
为定频干扰下的误比特率，为每个传输时隙的平均误比特数，ρm为错误
检测发生时的平均错误比特，nc为跳频图案中所有频点的数量，m为每个跳频时长的可用频点数量，p
none
为无频点被攻击时的错误检测概率，为活跃频点被攻击时的错误检测概率，为空闲频点被攻击时的错误检测概率，
[0030]
一种基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰装置，所述装置包括：
[0031]
干扰认知模块，用于认知干扰功率有限的干扰方发送的定频干扰信号，得到干扰认知结果；
[0032]
参数计算模块，用于当所述干扰认知结果包括所述定频干扰信号的目标干扰频点、干扰信号参数和初始发射信号参数时，分别根据所述干扰信号参数、初始发射信号参数和无干扰条件下的误比特率，得到最佳衰减率和最佳发射功率；
[0033]
功率调整模块，用于在所述定频干扰信号的目标干扰频点为初始发射信号中的活跃频点时，根据所述最佳衰减率对初始发射信号中受干扰的活跃频点的发射功率进行功率衰减，在所述定频干扰信号的目标干扰频点为初始发射信号中的空闲频点时，根据所述最佳发射功率对初始发射信号中活跃频点的发射功率进行功率增强；
[0034]
对抗干扰模块，用于根据功率衰减或功率增强后的初始发射信号得到第一抗干扰发射信号，发射所述第一抗干扰发射信号以对抗定频干扰。
[0035]
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：
[0036]
认知干扰功率有限的干扰方发送的定频干扰信号，得到干扰认知结果；
[0037]
当所述干扰认知结果包括所述定频干扰信号的目标干扰频点、干扰信号参数和初始发射信号参数时，分别根据所述干扰信号参数、初始发射信号参数和无干扰条件下的误比特率，得到最佳衰减率和最佳发射功率；
[0038]
在所述定频干扰信号的目标干扰频点为初始发射信号中的活跃频点时，根据所述最佳衰减率对初始发射信号中受干扰的活跃频点的发射功率进行功率衰减，在所述定频干扰信号的目标干扰频点为初始发射信号中的空闲频点时，根据所述最佳发射功率对初始发射信号中活跃频点的发射功率进行功率增强；
[0039]
根据功率衰减或功率增强后的初始发射信号得到第一抗干扰发射信号，发射所述第一抗干扰发射信号以对抗定频干扰。
[0040]
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：
[0041]
认知干扰功率有限的干扰方发送的定频干扰信号，得到干扰认知结果；
[0042]
当所述干扰认知结果包括所述定频干扰信号的目标干扰频点、干扰信号参数和初始发射信号参数时，分别根据所述干扰信号参数、初始发射信号参数和无干扰条件下的误比特率，得到最佳衰减率和最佳发射功率；
[0043]
在所述定频干扰信号的目标干扰频点为初始发射信号中的活跃频点时，根据所述最佳衰减率对初始发射信号中受干扰的活跃频点的发射功率进行功率衰减，在所述定频干扰信号的目标干扰频点为初始发射信号中的空闲频点时，根据所述最佳发射功率对初始发
射信号中活跃频点的发射功率进行功率增强；
[0044]
根据功率衰减或功率增强后的初始发射信号得到第一抗干扰发射信号，发射所述第一抗干扰发射信号以对抗定频干扰。
[0045]
上述基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰方法、装置和设备，利用认知干扰功率有限的干扰方发送的定频干扰信号所在的频点信息，能够分析出定频干扰信号作用于活跃频点或者空闲频点，通过认知干扰信号参数和初始发射信号参数，从而计算与无干扰条件下的误比特率一致的初始发射信号参数，得到最佳衰减率和最佳发射功率，当干扰位于活跃频点时，通过最佳衰减率调整初始发射信号中受干扰的活跃频点以衰减功率，就可以利用干扰信号传输信息，而当干扰位于空闲频点时，通过最佳发射功率调整初始发射信号中活跃频点以增强功率，能够有效反制干扰信号。本发明实施例，能够在较高信噪比条件下有效改善误比特率，具备更好的抗干扰能力。
附图说明
[0046]
图1为一个实施例中基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰方法的应用场景图；
[0047]
图2为一个实施例中基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰方法的流程示意图；
[0048]
图3为一个实施例中传统im-fhss、部分认知的im-fhss和充分认知的im-fhss的性能比较示意图；
[0049]
图4为一个实施例中基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰装置的结构框图；
[0050]
图5为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
[0051]
为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术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技术，并不用于限定本技术。
[0052]
im-fhss是一种具有抵抗反应式干扰能力的跳频方法，当在每跳时间需要发送m比特信息时，每跳需要使用的频点数为m＝2m。可用的频点是由m个相互正交的跳频图案决定的，跳频图案是由伪随机序列得到的，且干扰者无法获取。随后，根据所发送的m比特信息，发射机从m个可用频点中选择一个频点作为活跃频点并调制符号，而其他m-1个频点被设置为零，m-1个频点被称为空闲频点。例如，当m＝2比特时，'00'和'11'分别代表符号被调制在第1和第4个fh图案决定的频点上。在接收机中，从m个可用频点获得的采样信号在高斯白噪声信道下可以用以下方式表示：
[0053][0054]
其中，y(k)＝y(t＝kt)表示第k个跳变时隙上的采样信号，x(k)是被调制的符号，e是合法信号在接收端的功率水平，na(k)和分别表示活跃频点和第i个空闲频点的附加白高斯噪声(awgn,additive white gaussian noise)。随后，能量最大似然(eml,energy maximum likelihood)检测器被用来在m个收到的信号中通过能量区分活跃频点和空闲频点，因此检测出的活跃频点可以表示为：
[0055][0056]
其中，yi(k)表示第i个可用频点的采样信号。由于接收方具有相同的跳频图案，因此在跳频图案中的索引被用来恢复m比特。
[0057]
在定频干扰中，在第k个时刻，干扰方在特定的频点上发送干扰信号为：
[0058]
j(k)＝βexp(jδθ)z(k)
[0059]
其中，β表示干扰信号与合法通信信号在合法接收机处的幅度差异，δθ表示干扰信号与合法通信信号在合法接收机处的相位差异，z(k)具有与x(k)相同的调制样式。
[0060]
本技术提供的基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，合法通信方在合法链路上进行通信，合法通信方包括合法发射机和合法接收机，干扰方通过窃听链路获取通信信号的所在工作频点、调制方式等参数，干扰方包括干扰机，在干扰链路上，干扰方针对合法接收机发送干扰信号，以提高误比特率、中断合法通信为干扰目的。本发明所提供的方法，在定频干扰场景下，当定频干扰对目标频点仅使用有限干扰功率时，通过对发射功率进行调整，可以达到利用干扰信号以及高效抗干扰的效果。
[0061]
定频干扰下，存在持续干扰对目标频点的干扰功率有限的情况，有限的干扰功率意味着发射功率可以大于干扰功率，这就提供了抗干扰或利用干扰信号的机会。认知发射机已经认知了定频干扰信号，如其频率和振幅，同时，合法接收机使用eml检测器。由于知道发射机中存在定频干扰，一般的抗干扰方法是提高发射功率。然而，这种方法是低效的，因为定频干扰只攻击某些时隙中的一部分合法信号。换句话说，认知发射机应该只在干扰信号攻击合法信号的频点时才增强其发射功率。而活跃频点和空闲频点是由信息比特和跳频图案决定的，这些信息比特和跳频图案已经被发射机知道。也就是说，对定频干扰信号有认知的智能发射机拥有干扰信号将在传输前攻击活跃频点或空闲频点的详细信息，本发明方法的认知发射机根据干扰认知情况可分为部分认知发射机和充分认知发射机。
[0062]
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰方法，以该方法应用于图1中的合法发射机为例进行说明，包括以下步骤：
[0063]
步骤202，认知干扰功率有限的干扰方发送的定频干扰信号，得到干扰认知结果；
[0064]
认知发射机对持续干扰对目标频点的干扰功率有限时的定频干扰信号进行认知，认知定频干扰信号指的是合法发射机通过窃听链路获取干扰样式，并获取干扰信号所在的频点。由于认知了干扰样式为定频干扰，获取的关键信息为：下一个通信时隙干扰信号的所在频点，活跃频点和空闲频点是由信息比特和跳频图案共同决定的，显然，这些待传输的信息比特和跳频图案是发射机已知的信息。换言之，已经认知了定频干扰信号的发射机在传输前还拥有干扰信号将攻击活跃频点或空闲频点的详细信息。
[0065]
充分认知发射机的干扰认知结果包括定频干扰信号的目标干扰频点、干扰信号参数和初始发射信号参数，而部分认知发射机的干扰认知结果包括定频干扰信号的目标干扰频点。
[0066]
步骤204，当干扰认知结果包括定频干扰信号的目标干扰频点、干扰信号参数和初始发射信号参数时，分别根据干扰信号参数、初始发射信号参数和无干扰条件下的误比特率，得到最佳衰减率和最佳发射功率。
[0067]
初始发射信号为定频干扰下合法接收机在第k个跳变时隙上的采样信号，通过认知发射机认知定频干扰所在的频点，依据定频干扰的目标干扰频点采用干扰利用策略或干扰反制策略对初始发射信号上活跃频点的发射功率进行调整，使得功率调整后的初始发射信号具有对抗定频干扰的能力。
[0068]
最佳衰减率用于干扰利用策略，最佳发射功率用于干扰反制策略，通过最佳衰减率或最佳发射功率对初始发射信号活跃频点上的发射功率调整后，可以使得受干扰时的误比特率与无干扰时的误比特率一致。当受干扰时的误比特率受发射功率限制无法达到无干扰条件下的误比特率时，要使得误比特率尽可能低；当受干扰时的误比特率低于无干扰条件下时，要尽可能降低发射功率，以达到节能的目的。
[0069]
步骤206，在定频干扰信号的目标干扰频点为初始发射信号中的活跃频点时，根据最佳衰减率对初始发射信号中受干扰的活跃频点的发射功率进行功率衰减，在定频干扰信号的目标干扰频点为初始发射信号中的空闲频点时，根据最佳发射功率对初始发射信号中活跃频点的发射功率进行功率增强。
[0070]
由于已经认知了发射机中存在定频干扰，而且，定频干扰只在某些时隙才能击中的一部分合法通信信号的频点，因此，认知发射机应该只在干扰信号攻击合法信号的频点时才增强其发射功率。本发明方法采用干扰利用策略和干扰反制策略对抗定频干扰：
[0071]
干扰利用策略：当活跃频点将受到干扰信号的攻击时，干扰者可以被视为合作者，可以利用干扰信号协助传输信号。
[0072]
干扰反制策略：当空闲频点将受到持续的干扰信号攻击时，干扰者被视为非合作者，合法发射机需要提高活跃频点上的发射功率以抵抗干扰信号的影响。
[0073]
此外，当前可用的频点在下个时隙不会被干扰攻击时，即干扰信号与合法通信信号正交，此时通信方无需采取任何措施。
[0074]
步骤208，根据功率衰减或功率增强后的初始发射信号得到第一抗干扰发射信号，发射第一抗干扰发射信号以对抗定频干扰。
[0075]
在对初始发射信号进行功率调整后，得到抗干扰发射信号，合法接收机中的eml检测器检测抗干扰发射信号中可用频点上的信号能量区分活跃频点和空闲频点，由于合法接收机具有与合法接收机相同的跳频图案，因此检测出的活跃频点在跳频图案中的索引被用来恢复传输的信息比特。
[0076]
上述基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰方法中，通过认知定频干扰信号所在的频点信息，能够分析出定频干扰信号作用于活跃频点或者空闲频点，通过认知干扰信号参数和初始发射信号参数，从而计算与无干扰条件下的误比特率一致的初始发射信号参数，得到最佳衰减率和最佳发射功率，当干扰位于活跃频点时，通过最佳衰减率调整初始发射信号中受干扰的活跃频点以衰减功率，就可以利用干扰信号传输信息，而当干扰位于空闲频点时，通过最佳发射功率调整初始发射信号中受干扰的空闲频点以增强功率，能够有效反制干扰信号。本发明实施例，能够在较高信噪比条件下有效改善误比特率，具备更好的抗干扰能力。
[0077]
在一个实施例中，还包括：采用定频干扰下的误比特率分别对定频干扰下的第一抗干扰发射信号和第二抗干扰发射信号进行误比特率性能评估，得到第一误比特率性能评估结果和第二误比特率性能评估结果；定频干扰下的误比特率为：
[0078][0079][0080]
其中，p
ber
为定频干扰下的误比特率，为每个传输时隙的平均误比特数，ρm为错误检测发生时的平均错误比特，nc为跳频图案中所有频点的数量，m为每个跳频时长的可用频点数量，p
none
为无频点被攻击时的错误检测概率，为活跃频点被攻击时的错误检测概率，为空闲频点被攻击时的错误检测概率，
[0081]
在定频干扰下，存在三种情况：(1)无频点被攻击，(2)活跃频点被攻击，(3)空闲频点被攻击。根据上述三种情况，由干扰信号引入的错误比特为：
[0082][0083]
在衰落信道的定频干扰中，在活跃频点上的接收信号为：
[0084]
ya(k)＝h
x
(k)x(k)+na(k)
[0085]
其中，h
x
(k)表示合法用户之间的信道系数，ya是遵循复数高斯分布的随机变量，此外，在活跃频点的信号被干扰的情况下，接收的信号为：
[0086]ya,j
(k)＝h
x
(k)x(k)+hj(k)j(k)+na(k)
[0087]
其中，hj(k)表示干扰者的信道系数，j(k)表示干扰者发送的干扰信号，
[0088]
在定频干扰存在的第一种情况下，没有定频干扰引入的碰撞的概率可以用无干扰条件下的误比特率表示：
[0089][0090]
其中，λ0表示无干扰条件下的构造因子，
[0091]
证明：根据和可以得到和由此构建无干扰变量：
[0092][0093]
从而无干扰条件下的误比特率可以改写为：
[0094][0095]
其中，为无干扰条件下的误比特率，ξ(x,v1,v2)表示分布的累积分布函数，x表示分布的累积分布函数在x处的取值，t表示分布的累积分布函数的积分变量，ya为合法接收机在未受干扰活跃频点上的接收信号，yi为合法接收机在未受干扰空闲频点上的接收信号，λ0为无干扰条件下的构造因子。
[0096]
分布的累积分布函数(cumulative distribution function，cdf)为：
[0097][0098]
其中，ν1和ν2分别表示分子和分母的自由度，γ(x)表示伽马函数，通过将ν1＝2和ν2＝2代入上述公式并进行数学积分运算，可以得到：
[0099][0100]
那么，有
[0101]
证明完毕。
[0102]
接着，在衰落信道中没有碰撞的情况下，错误检测概率为：
[0103][0104]
在定频干扰存在的第二种情况下，当活跃频点被碰撞时，就会发生错误的检测。同理，可以得到：
[0105][0106]
其中，λ
aj
表示活跃频点被攻击情况下的构造因子，利用公式(2)，进一步推导出第二种情况下的错误检测概率为：
[0107][0108]
在定频干扰存在的第三种情况下，定频干扰信号击中空闲频点，在第i个空闲频点受到了干扰信号的攻击时，可以用以下方式表示：
[0109]
[0110]
其中，表示第i个空闲频点上的加性白高斯噪声(awgn)。由于hj(k)j(k)这一项是独立于awgn的，可以得到为简单起见，在下面的推导中去掉的上标。根据第一种情况下的推导过程，首先计算出从活跃频点接收的信号能量比被攻击的空闲频点的信号能量大的概率，如下所示：
[0111][0112]
其中，λ
ij
表示在空闲频点被攻击的情况下的构造因子，同样，其余m-2个被攻击的空闲频点的信号能量比活跃频点的信号能量小的概率为：
[0113][0114]
因此，第三种情况下的错误检测概率可以描述为：
[0115][0116]
将第一种情况下的错误检测概率、第二种情况下的错误检测概率和第三种情况下的错误检测概率代入公式(1)，得到定频干扰情况下的误比特率。误比特率越低，误比特率性能越高，通过计算定频干扰下的误比特率，对本发明方法实施例的误比特率性能进行评估，使得本发明实施例能够在允许的成本下将误比特率降低到一个低水平。
[0117]
在一个实施例中，根据干扰信号参数、初始发射信号参数和无干扰条件下的误比特率，得到最佳衰减率包括：根据干扰信号参数和初始发射信号参数，得到合法接收机在发射功率衰减的活跃频点上的接收信号以及合法接收机在未受干扰空闲频点上的接收信号；根据合法接收机在发射功率衰减的活跃频点上的接收信号以及合法接收机在未受干扰空闲频点上的接收信号，构建功率衰减变量；根据功率衰减变量计算发射功率衰减的活跃频点上的接收信号能量比未受干扰空闲频点上的接收信号能量大的概率，得到第一抗干扰概率；在无干扰条件下的误比特率和第一抗干扰概率相等时，得到包含衰减率参数的第一抗干扰条件，根据第一抗干扰条件，得到最佳衰减率。
[0118]
具体地，受干扰时的误比特率与无干扰时的误比特率一致时，发射功率的最佳衰减率可以用以下方式表示：
[0119][0120]
证明：需要注意的是，合法信号、干扰信号和awgn的部分是独立的，因此构建功率衰减变量：
[0121][0122]
其中，td遵循f分布，即因此有第一抗干扰概率为：
[0123][0124]
其中，为第一抗干扰概率，td为功率衰减变量，为功率衰减变量，为干扰方与合法通信方中信道系数随机变量的方差，为合法通信信道中信道系数随机变量的方差，σ2为高斯白噪声随机变量的方差；γ为衰减率，yi为合法接收机在未受干扰空闲频点上的接收信号，ya,d为合法接收机在发射功率衰减的活跃频点上的接收信号；
[0125]
这里，第一抗干扰条件表示活跃频点被攻击时的误比特率与无干扰条件下误比特率一致的条件，第一抗干扰条件为：
[0126][0127]
其中，为第一抗干扰概率，为无干扰条件下的误比特率；将无干扰条件下的误比特率和第一抗干扰概率代入第一抗干扰条件，有：
[0128][0129]
因此，由于γ》0，最终得到：
[0130][0131]
证明完毕。
[0132]
在一个实施例中，根据干扰信号参数、初始发射信号参数和无干扰条件下的误比特率，得到最佳发射功率包括：根据干扰信号参数和初始发射信号参数，得到合法接收机在增强发射功率的活跃频点上的接收信号和合法接收机在受干扰空闲频点上的接收信号；根据合法接收机在增强发射功率的活跃频点上的接收信号和合法接收机在受干扰空闲频点上的接收信号，构建功率增强变量；根据功率增强变量计算得到增强发射功率的活跃频点上的接收信号能量比受干扰空闲频点上的接收信号能量大的概率，得到第二抗干扰概率；在无干扰条件下的误比特率和第二抗干扰概率相等时，得到包含发射功率参数的第二抗干扰条件，根据第二抗干扰条件，得到最佳发射功率。
[0133]
在本实施例中，在全面认知的帮助下，可以提供准确的发射功率策略，其目的是节能和低检测概率，低检测概率指的是合法发射机具有更低的被干扰方检测到的概率，当智能发射机获得了对持续干扰的充分认知时，可以得到准确的发射功率，以达到与无干扰情况下一致的误比特率。
[0134]
具体地，最佳发射功率可表示为：
[0135]
[0136]
其中，e
max
表示允许的最大发射功率，
[0137]
证明：为了找到与无干扰情况下的误比特率一致的发射功率，第二抗干扰条件的表达式为：
[0138][0139]
其中，为第二抗干扰概率，为无干扰条件下的误比特率，y
a,e
和y
i,j
分别表示增强发射功率的活跃频点上的接收信号和被攻击的空闲频点上的接收信号。从公式(3)中，有和那么，很明显，和构建功率增强变量：
[0140][0141]
有第二抗干扰概率为：
[0142][0143]
其中，y
a,e
为合法接收机在增强发射功率的活跃频点上的接收信号，y
i,j
为合法接收机在受干扰空闲频点上的接收信号，te为功率增强变量，ea为发射功率，β为干扰信号与合法信号在接收机处的幅度差异，为干扰方与合法通信方中信道系数随机变量的方差，为合法通信信道中信道系数随机变量的方差，σ2为高斯白噪声随机变量的方差；
[0144]
将无干扰变量和第二抗干扰概率代入第二条件的表达式，可以得到经过数学运算操作，可以得到因为应该被限制在允许的最大发射功率，成立，
[0145]
证明完毕。
[0146]
充分认知发射机的初始发射信号经功率调整后得到第一抗干扰发射信号，第一抗干扰发射信号即充分认知发射机抗定频干扰算法中输出的最终发射信号，充分认知发射机抗定频干扰算法如下表所示：
[0147][0148]
在一个实施例中，方法还包括：当干扰认知结果包括定频干扰信号的目标干扰频点时，在定频干扰信号的目标干扰频点为初始发射信号中的活跃频点时，将初始发射信号中受干扰的活跃频点的衰减率设置为0，在定频干扰信号的目标干扰频点为初始发射信号中的空闲频点时，将初始发射信号中活跃频点的发射功率调整为最大发射功率，根据功率衰减或功率增强后的初始发射信号得到第二抗干扰发射信号。发射第二抗干扰发射信号以对抗定频干扰。
[0149]
在本实施例中，部分认知发射机仅得到定频干扰的存在和它攻击的目标频点。根据干扰利用策略，在被攻击的活跃频点情况下，接收的信号可以用以下方式表示：
[0150][0151]
其中，γ表示发射功率的衰减率，即γ∈[0,1]。y
a,d
表示在发射功率衰减的活跃频点上的接收信号。由于干扰者的认知能力有限，部分认知的发射机将设置γ＝0，在这里，im-fhss发射机可以不发送任何信号，仅利用干扰信号来传输信息比特。在另一种情况下，空闲频点受到持续干扰的攻击。在不失一般性的情况下，在第j个空闲频点被攻击时，接收的信号可以用以下方式表示：
[0152][0153]
其中，ea表示发射机用于抵抗干扰信号的增强发射功率。由于对干扰信号的认知有限，部分认知发射机对活跃频点的信号使用了允许的最大发射功率e
max
，即ea＝e
max
。部分认知发射机的初始发射信号经功率调整后得到第二抗干扰发射信号，第二抗干扰发射信号即部分认知发射机抗定频干扰算法中输出的最终发射信号。部分认知发射机抗定频干扰算
法如下表所示：
[0154][0155]
其中，当前空闲频点的集合为其中表示第i个空闲频点，φ
cj
表示定频干扰存在的状态，φ
cj
＝1表示定频干扰存在。
[0156]
在一个具体实施例中，如图3所示，提供了一种传统im-fhss、部分认知的im-fhss和充分认知的im-fhss在定频干扰下性能比较示意图。在图3中，classical im-fhss表示传统im-fhss，constant-jamning表示持续干扰，half-cognized im-fhss表示部分认知的im-fhss，full-cognized im-fhss表示充分认知的im-fhss，可以看出，在β＝0.2时所提的两种方法均能显著降低im-fhss系统的误比特率，此外，充分认知的im-fhss还能取得额外的性能提高，这是由于充分认知的im-fhss利用了更多的信息对功率进行优化。在β＝2时，所提的两种方法同样显著的降低了误比特率，证明了所提方法的有效性。并且充分认知和部分认知的im-fhss的误比特率性能几乎相同。然而由于充分认知的im-fhss在干扰信号攻击空闲频点时并未直接采用最大功率进行反制，因此充分认知的im-fhss具有更低的发射功率，更加节能。
[0157]
应该理解的是，虽然图1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1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。
[0158]
在一个实施例中，如图4所示，提供了一种基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰装置，包括干扰认知模块402、参数计算模块404、功率调整模块406和对抗干扰模块408，其中：
[0159]
干扰认知模块402，用于认知干扰功率有限的干扰方发送的定频干扰信号，得到干扰认知结果；
[0160]
参数计算模块404，用于当干扰认知结果包括定频干扰信号的目标干扰频点、干扰
信号参数和初始发射信号参数时，分别根据干扰信号参数、初始发射信号参数和无干扰条件下的误比特率，得到最佳衰减率和最佳发射功率；
[0161]
功率调整模块406，用于在定频干扰信号的目标干扰频点为初始发射信号中的活跃频点时，根据最佳衰减率对初始发射信号中受干扰的活跃频点的发射功率进行功率衰减，在定频干扰信号的目标干扰频点为初始发射信号中的空闲频点时，根据最佳发射功率对初始发射信号中活跃频点的发射功率进行功率增强；
[0162]
对抗干扰模块408，用于根据功率衰减或功率增强后的初始发射信号得到第一抗干扰发射信号，发射第一抗干扰发射信号以对抗定频干扰。
[0163]
在其中一个实施例中，还用于当干扰认知结果包括定频干扰信号的目标干扰频点时，在定频干扰信号的目标干扰频点为初始发射信号中的活跃频点时，将初始发射信号中受干扰的活跃频点的衰减率设置为0，在定频干扰信号的目标干扰频点为初始发射信号中的空闲频点时，将初始发射信号中活跃频点的发射功率调整为最大发射功率，根据功率衰减或功率增强后的初始发射信号得到第二抗干扰发射信号。发射第二抗干扰发射信号以对抗定频干扰。
[0164]
在其中一个实施例中，参数计算模块404还用于根据干扰信号参数和初始发射信号参数，得到合法接收机在发射功率衰减的活跃频点上的接收信号以及合法接收机在未受干扰空闲频点上的接收信号；根据合法接收机在发射功率衰减的活跃频点上的接收信号以及合法接收机在未受干扰空闲频点上的接收信号，构建功率衰减变量；根据功率衰减变量计算发射功率衰减的活跃频点上的接收信号能量比未受干扰空闲频点上的接收信号能量大的概率，得到第一抗干扰概率；在无干扰条件下的误比特率和第一抗干扰概率相等时，得到包含衰减率参数的第一抗干扰条件，根据第一抗干扰条件，得到最佳衰减率为：
[0165][0166]
其中，γ
+
表示最佳衰减率，为合法通信信道中信道系数随机变量的方差，为干扰方与合法通信方中信道系数随机变量的方差，β为干扰信号与合法通信信号在合法接收机处的幅度差异。
[0167]
在其中一个实施例中，参数计算模块404还用于根据合法接收机在未受干扰活跃频点上的接收信号、合法接收机在未受干扰空闲频点上的接收信号以及无干扰条件下的构造因子，得到无干扰条件下的误比特率为：
[0168][0169]
其中，为无干扰条件下的误比特率，ξ(x,v1,v2)表示分布的累积分布函数，x表示分布的累积分布函数在x处的取值，t表示分布的累积分布函数的积分变量，ya为合法接收机在未受干扰活跃频点上的接收信号，yi为合法接收机在未受干扰空闲频点上的接收信号，λ0为无干扰条件下的构造因子。
[0170]
在其中一个实施例中，参数计算模块404还用于根据功率衰减变量计算发射功率
衰减的活跃频点上的接收信号能量比未受干扰空闲频点上的接收信号能量大的概率，得到第一抗干扰概率为：
[0171][0172]
其中，为第一抗干扰概率，td为功率衰减变量，γ为衰减率，yi为合法接收机在未受干扰空闲频点上的接收信号，y
a,d
为合法接收机在发射功率衰减的活跃频点上的接收信号。
[0173]
在其中一个实施例中，参数计算模块404还用于根据干扰信号参数和初始发射信号参数，得到合法接收机在增强发射功率的活跃频点上的接收信号和合法接收机在受干扰空闲频点上的接收信号；根据合法接收机在增强发射功率的活跃频点上的接收信号和合法接收机在受干扰空闲频点上的接收信号，构建功率增强变量；根据功率增强变量计算得到增强发射功率的活跃频点上的接收信号能量比受干扰空闲频点上的接收信号能量大的概率，得到第二抗干扰概率；在无干扰条件下的误比特率和第二抗干扰概率相等时，得到包含发射功率参数的第二抗干扰条件，根据第二抗干扰条件，得到最佳发射功率为：
[0174][0175]
其中，为最佳发射功率，e
max
为允许的最大发射功率，β为干扰信号与合法通信信号在合法接收机处的幅度差异，为干扰方与合法通信方中信道系数随机变量的方差，为合法通信信道中信道系数随机变量的方差，σ2为高斯白噪声随机变量的方差。
[0176]
在其中一个实施例中，参数计算模块404还用于根据功率增强变量计算得到增强发射功率的活跃频点上的接收信号能量比受干扰空闲频点上的接收信号能量大的概率，得到第二抗干扰概率为：
[0177][0178]
其中，y
a,e
为合法接收机在增强发射功率的活跃频点上的接收信号，y
i,j
为合法接收机在受干扰空闲频点上的接收信号，te为功率增强变量，ea为发射功率。
[0179]
在其中一个实施例中，还用于采用定频干扰下的误比特率分别对定频干扰下的第一抗干扰发射信号和第二抗干扰发射信号进行误比特率性能评估，得到第一误比特率性能评估结果和第二误比特率性能评估结果；定频干扰下的误比特率为：
[0180][0181]
[0182]
其中，p
ber
为定频干扰下的误比特率，为每个传输时隙的平均误比特数，ρm为错误检测发生时的平均错误比特，nc为跳频图案中所有频点的数量，m为每个跳频时长的可用频点数量，p
none
为无频点被攻击时的错误检测概率，为活跃频点被攻击时的错误检测概率，为空闲频点被攻击时的错误检测概率，
[0183]
关于基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰装置的具体限定可以参见上文中对于基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰方法的限定，在此不再赘述。上述基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰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。
[0184]
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5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基于干扰认知的索引调制跳频的抗干扰方法。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。
[0185]
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术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。
[0186]
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实施例中方法的步骤。
[0187]
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实施例中方法的步骤。
[0188]
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，本技术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。
[0189]
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。
[0190]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，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，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。