第３０卷第５期 文章编号：１００６—９３４８（２０１３）０５—００２７—０４ 计算机仿真 ２０１３年５月 基于同频相位载波均值算法军用通信优化仿真 彭 东 （中国人民解放军９２９４１部队，辽宁葫芦岛１２５０００） 摘要：研究军用通信设备在受到干扰情况下的优化通信问题。针对军用通信信道中依靠广播特性完成通信，其它发射机的 同频干扰信号会错误地对齐到通信设备中，对同一个接收信号空间的子空间形成干扰。传统的军用通信方法在这种干扰的 环境下，会形成频率干扰，造成通信效率下降。为此，提出了一种基于同频信号相位载波均值算法的军用通信优化方法，可 以根据分组信息长度与缓冲阈值的关系进行信道选取，建立军用通信模型。利用同频信号相位载波均值算法进行抗干扰处 理，从而提高军用通信的效率。实验结果表明，这种算法能够有效提高军用通信效率。 关键词：通信设施；相位载波；通信效率 中图分类号：Ｆ１２７ 文献标识码：Ａ Ｍｉｌｉｔａｒｙ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓａｍｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｐｈａｓｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｍｅａｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ＰＥＮＧ Ｄｏｎｇ （９２９４１ Ｕｎｉｔ ｏｆ ＰＬＡ，ＨｕｌｕｄａｏＬｉａｏｎｉｎｇ １２５０００，Ｃｈｉｎａ） ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｎ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｔｕａ－ ｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ￣ｅｑｕｅｎｃｙ ｓｉｇｎａｌ ｐｈａｓｅ ｃａｒｒｉｅｒ ｍｅａｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃａｎ ｓｅｌｅｃｔ ｃｈａｎｎｅｌ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｇｒｏｕｐ ｍｅｓｓａｇｅ ｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｂｕｆｆｅｒ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｉｇｎａｌ ｐｈａｓｅ ｃａｒｒｉｅｒ ｍｅａｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｎｄｕｃｔ ａｎｔｉ—ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｍｉｆｌｉｔａｒｙ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ｏｆ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ：Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ；Ｐｈａｓｅ ｃａｒｒｉｅｒ；Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆ１ 引言 随着国家经济的发展，国家的军事实力也不断增强。军 收信号空间的子空间形成干扰 一 。传统的通信方法在这种 干扰的环境下，会形成频率干扰，导致军事通信效率降低。 事信息及时传递是国家军事实力的一个基础保证” 。为了 保证军事信息能够及时进行传递，需要保证军用通信的畅 通 ］。因此，军用通信优化方法已经成为军事领域研究的重 点问题，直接影响一个国家军事综合实力的评定 。目前， 为了避免上述缺陷，提出了一种基于同频信号相位载波 均值算法的军用通信优化方法。根据分组信息长度与缓冲 阈值的关系进行信道选取，建立军用通信模型。利用同频信 号相位载波均值算法进行抗干扰处理，从而提高军用通信的 效率 一 。 主要的军用通信优化方法包括基于改进蚁群算法的军用通 信优化方法、基于Ｋ均值聚类算法的军用通信优化方法和基 于广播特性的军用通信优化方法 。其中，最常用的是基于 ２传统军用通信算法原理 当前较为通用的军用通信算法基本都是通过编码和解 码的过程完成的，都能够合理分配军用通信信道资源，从而 完成军事信息传递。其步骤如下所述： 设置军用通信设施能够传递的数据量极大值是 ，通信 广播特性的军用通信优化方法。由于军用通信优化方法在 军事领域发挥着不可替代的作用，所以成为该领域研究的热 点课题，受到了诸多学者的重视，有广阔的发展空间，有利于 国家军事实力的提升 。 针对军用通信信道中依靠广播特性完成通信，其它发射 机的同频干扰信号会错误地对齐到通信设备中，对同一个接 距离是 ，同频发射机的数目是Ⅳ，军队需要传递信息的信号 构成的数据集合是｛ｄ。，ｄ２，…，ｄ ｝，同频发射机发射信号构 成的数据集合是｛ ，… ｝，利用下述公式能够计算通信 收稿日期：２０１２—０９—２４修回日期：２０１２—１０－０８ 的编码： 一２７— ３ 基于同频相位载波均值算法军用通信优化 ＝ — 一 ㈩ 军用通信优化方法，是军事领域需要研究的核心问题。 利用下述公式能够计算通信信道子空间解码置的参数： ＝———————二＝＝＝＝——一 ： 利用传统方法进行军用通信，无法避免由于同频发射机干扰 ０ 造成的通信频率受到干扰的缺陷，降低了军用通信的效率。 ● 图 （２）Ｌ二 ｌ √ｄｉ—Ｌ 因此，提出了一种基于同频信号相位载波均值算法的军用通 信优化方法。 需要传递军事信息的通信信号的编码过程能够用图１ 进行描述 ２５ ２５ ∞２０ ２０ １５ 庭ｌ５ 茁１０ 留ｌ０ ５ ５ 波长 波长 ２５ ２５ 壶２０ ２０ 茁１５ １０ 譬１５ １０ ５ ５ ．１ ０ ｌ 波长 波长 军事信息通信编码信号 假设存在同频发射机发射的信号，将造成干扰信号对齐 在军用通信设备中，会对军用通信设施造成干扰，降低军用 通信的效率。在上述情况下，采集到的军事信号的解码过程 如图２所示。 ２５ ２５ ２０ ２０ 釜１５ 扈１５ 茁ｌ０ 譬ｌ０ ５ ５ 波长 波长 囊２霉０ 波长 波长 图２解码过程信号 针对军用通信信道中依靠广播特性完成通信，其它发射 机的同频干扰信号会错误的对齐到通信设备中，对同一个接 收信号空间的子空间形成干扰。传统的通信方法在这种干 扰的环境下，会形成频率干扰，导致军事通信效率降低。根 据式（１）能够得知，在干扰的情况下，将造成军用通信信道 编码过程过于复杂。根据式（２）能够得知，军用通信信道频 率受到干扰，将造成通信信道子空间位置参数减小，从而导 致军用通信解码效率降低。 一２８— ３．１ 建立军用通信模型 利用军用通信模型进行军事信息传递，需要在信道发生 拥塞前，对信道分组概率进行精确计算，按照获取的结果判 断是否需要放弃当前信道，从而避免由于信道拥塞导致的通 信效率下降的问题。信道选取关系能够用图３进行描述。 Ｐ 图３信道选取关系 通过图３能够得知放弃通信信道的概率与信息分组字 符长度之间的联系。其中，ｍｉｎ是缓冲阈值极小值，ｍａｘ是缓 冲阈值极大值。 在对军事信息字符进行分组的过程中，需要计算分组信 息长度的均值，用ａｖｇｊ进行描述，可以利用下述公式进行计 算： ａｖｇｊ＝（１一Ｘ，）×ａｖｇｊ一１＋Ｘ ×ｒ （３） 其中，Ｘ，是通信数据权值系数，一是通信数据长度，将获 取的结果与阈值进行对比，能够得知是否需要放弃当前信 道。对比方法如下所述： 假设分组信息长度均值小于缓冲阈值极小值，则选取的 初始信道中没有出现拥塞现象，信道被放弃的概率能够用下 述公式表示： Ｐ ＝０ （４） 在上述情况下，全部数据包都可以利用指定信道进行信 息传递。 假设分组信息长度均值大于缓冲阈值极大值，则选取的 初始信道中完全堵塞，信道被放弃的概率能够用下述公式进 行描述： Ｐ ＝１ （５） 假设分组信息长度均值小于缓冲阈值极大值，并且大于 缓冲阈值极小值，则信道被放弃的概率能够用下述公式进行 计算： 一 ×嚣 （６） 根据上面阐述的方法，能够进行军用通信信道选取，从 而实现军用通信。 ３．２ 军用通信抗干扰方法 ４ 实验结果分析 为了验证本文提出的同频信号相位载波均值算法的有 效性，需要进行一次实验。在军用通信领域，信道的选取随 机性较强，设置实验过程中能够传递军事信息的信道数目是 １６个，所有的通信信道呈不规则分布。 实验环境是ｗｉｎｄｏｗｓＸＰ系统，利用ＶｉｓｎａｌＣ＋＋６．０软件 利用上面阐述的方法，建立军用通信模型，能够实现军 事信息的传递，但是容易受到同频发射机发射信号的干扰， 造成通信效率降低。为此，需要对其进行抗干扰处理，其步 骤如下所述： 同频发射机干扰信号能够用下述公式进行描述： ｋ（ ）＝￣／２Ｋｃｏｓ（９ｇＫ ） （７） 建立军事通信模拟环境，利用Ｍａｔｌａｂ软件编辑算法程序。 利用图４能够描述军用通信信道的空间位置分布情 况。 其中， 是同频发射机发射信号的功率， 是干扰信号 的频率， 是干扰信号的角度。 设置在理想状态下，军用通信过程中不存在白色噪声， 则利用下述公式能够描述接收到的军事信息信号： ｓ（ｕ）＝ｔ（ ）＋ （ｕ）＝ ￣／２Ｑｅ（“）ｄ（ｕ）ＣＯＳ（Ｘ０“）＋ ２￣／２Ｋｃｏｓ（ＸＫＨ＋ Ｋ） （８） 对上述信号进行扩散处理，能够得到下述结果： ｓｌ（Ⅱ）＝￣／２Ｑｅ（ ）ＣＯＳ（￣。 ）＋ｋ（Ｍ）ｄ（ ） （９） 将上述结果与军事信号载波相乘，能够得到军事信号高 １ １ ｌ ｌ 频向量： Ｏ ２ ４ ６ Ｙ（“）＝￣／２Ｑｅ（“）＋￣／２Ｋｄ（“）ＣＯＳ（￣ＸＵ— ）（１０） 假设上述公式符合Ａｘ＝ 一 ，则能够得到军事干扰 信号积分结果： （ ）＝ （ｕ）也＝ １＋ （１１） 式中 ＝ ）ｃ０ｓ（ ）如 ＝ 。ｓ（Ａｘｕ－ＴＫ Ｂ：１／√ 是高斯噪声均值，。（ ）＝±１ 是随机变量，高斯 噪声方差是ｔ３ｒ ，利用下述公式能够计算干扰噪声： 丽Ｋ ｃ。ｓ ， ＝ 一 ，：Ｏ ！ 坐 ２ＰＮ（ＡｘＵｄ／２） ＋ ， Ａｘ＝ ０一 ≠０ ｆ１２） 利用下述公式能够计算军用通信的误码率： ——Ｑ 厂二Ｊ／ＰＮ）ｃ２ｏｓｙ ｊ＋（Ｐｏ／２ＰＵ￣）］（１３） 通过上面阐述的方法，可以根据分组信息长度与缓冲阈 值的关系进行信道选取，建立军用通信模型。利用同频信号 相位载波均值方法进行抗干扰处理，从而提高军用通信的效 率。 ２ ２ ２ ｌ ｌ １ ｌ １ ２ ２ ２ Ｏ ２ ４ Ｏ ２ ４ ６ ８ ０ ２ ４ 图４ 军用通信信道空间位置分布 利用图５能够描述受到同频发射机干扰的信道分布情 况。 图５ 同频发射机干扰信道分布 上述两幅图分别给出了军用通信信道的分布情况，以及 受到同频发射机发射信号干扰的信道分布情况，用来描述基 础的军事通信信息。 设置任意军用通信信道的信息传递概率是０．５，利用不 同算法进行军用通信，获取的误码率能够用下述公式计算： （１４） 通过运算获取利用不同算法进行军用通信的误码率，能 够描述不同通信方法的通信效率，从而表示不同通信方法的 优越性。获取结果的趋势能够用图６描述。 一２９一 ｌ ８ 图６不同算法误码率趋势图 根据上图能够得知，利用本文算法进行军用通信，在通 信信道数目相同的情况下，通信效率大幅提高，充分展示了 本文算法的优越性。 为了进一步验证本文算法的有效性，需要对不同通信信 道的通信效率进行统计，其结果如表１所示。 表１ 通信优化算法实验结果 根据表１能够得知，在通信信道数目相同的情况下，利 用本文算法进行军用通信时，与传统算法相比，其误码率大 幅降低，因此其通信效率优于传统算法。 利用图７能够描述不同算法进行军事通信的通信效率。 １ ｏ ８ 甜０．６ 较 蔷ｏ４ ０．２ ０ 图７军事通信效率 根据上图能够得知，利用本文算法进行军事通信，获取 一３０一 结果的误码率小于其余算法，表示本文算法可以选取最理想 的通信方式。 根据上面阐述能够得知，本文提出的同频信号相位载波 均值算法与传统算法相比，存在较大的优越性。这种算法能 够克服由于同频发射机干扰造成的通信频率受到干扰的缺 陷，取得了比较好的通信效果。因此，可以将这种算法广泛 应用于军事通信领域，有很大的发展空间。 ５结束语 本文提出了一种基于同频信号相位载波均值算法的军 用通信优化方法，根据分组信息长度与缓冲阈值的关系进行 信道选取，建立军用通信模型。利用同频信号相位载波均值 方法进行抗干扰处理，从而提高军用通信的效率。实验结果 表明，这种算法能够有效提高军事通信的效率，取得了很好 的效果。 参考文献： ［１］ 许利军，肖文显．人口密集区域移动通信优化方法研究与仿真 ［Ｊ］．计算机仿真，２０１２—８：１４６—１４９． ［２］ 张彬，陈放，刘加广．用于军事通信网络规划分析的免疫系统 多目标优化算法［Ｊ］．国防科技，２０１２—３：２７—３１． ［３］宋延军．蒙东地区电力通信系统网络优化探究［Ｊ］．才智， ２０１２．１６：４８． ［４］ 刘文霞．基于兴趣匹配的网络优化通信方法研究［Ｊ］．电子科 技，２０１２—８：９０—９２． ［５］宫钦学．无线通信系统的网络优化技术［Ｊ］．今日科苑，２０１２— １２：１１７． ［６］ 郭德全，杨红雨，刘东权，何文森．基于稀疏性的图像去噪综述 ［Ｊ］．计算机应用研究，２０１２—２：３—４． ［７］ 曹扬，罗予频，杨士元．基于混合线性模型的图像去噪［Ｊ］．计 算机学报，２００９—１ １：４１—４２． ［８］刘晓明，田雨，何徽，仲元红．一种改进的非局部均值图像去噪 算法［Ｊ］．计算机工程，２０１２—４：３５—３６． ［９］ 袁博，尚赵伟，郎方年．一种新的双密度复小波域图像去噪算 法［Ｊ］．计算机科学，２０１１—３：１２—１３． ［作者简介］ 彭东（１９７６．５一），男（汉族），辽宁葫芦岛人，工程 师，主攻方向为通信网络。 ■