一種基于認(rèn)知無線電的差分跳頻通信方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于認(rèn)知無線電的差分跳頻通信方法以及通信系統(tǒng)，通過頻譜感知功能發(fā)現(xiàn)頻譜空洞，并將通信性能差的“壞頻點”和通信性能好并且無信號的“替代點”同時編入發(fā)送幀頭，以實現(xiàn)頻率集自適應(yīng)更新，最終完成差分跳頻。本發(fā)明將認(rèn)知無線電引入差分跳頻通信方法，提出具有認(rèn)知能力的差分跳頻網(wǎng)絡(luò)，在使用認(rèn)知無線電技術(shù)進(jìn)行頻譜感知得到頻譜空洞信息的基礎(chǔ)上，根據(jù)頻帶干擾或占用情況動態(tài)優(yōu)化頻率集中的頻點，使得頻率集中的頻點保持相對潔凈，提高差分跳頻網(wǎng)絡(luò)抗部分頻帶干擾和抗多音干擾的性能；對特定幀頭的修改來傳輸感知到的頻率通告信息，不會明顯增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提高通信的可靠性。
【專利說明】一種基于認(rèn)知無線電的差分跳頻通信方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于認(rèn)知無線電的差分跳頻通信方法，屬于無線通信領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]跳頻通信是戰(zhàn)術(shù)通信技術(shù)中應(yīng)用最廣泛，最有效的技術(shù)之一。在美國Sanders公司于1996年公布CHESS電臺之后，差分跳頻組網(wǎng)技術(shù)于2003年在美國軍事通信大會上被首次提出。差分跳頻通信系統(tǒng)憑借高跳速、優(yōu)秀的抗截獲與抗干擾特性被認(rèn)為是軍事通信系統(tǒng)的重要創(chuàng)新。
[0003]差分跳頻技術(shù)的基本思想是通過相關(guān)頻率跳變來傳輸信息，即相鄰跳變頻率之間通過數(shù)據(jù)序列建立了一定的相關(guān)性。假設(shè)，系統(tǒng)在某時亥_傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是Xn，系統(tǒng)在前一跳的頻點是Flri，那么系統(tǒng)在當(dāng)前時刻應(yīng)使用的頻點是:
[0004]Fn = G(Fn^Xn)
[0005]這里G函數(shù)可看作一個有向圖。有向圖中的每個節(jié)點代表頻率集中的一個頻點，每個節(jié)點有f = 2BPH個分叉，其中，BPH是每跳傳輸?shù)谋忍財?shù)，f為扇出系數(shù)。每個分叉都對應(yīng)當(dāng)前的信息符號，傳輸比特流按每BPH個比特構(gòu)成一個符號組成傳輸符號流。確定了當(dāng)前使用的頻點后，發(fā)射機(jī)發(fā)射一個未經(jīng)調(diào)制的單頻脈沖。接收機(jī)用FFT分析的方法獲得當(dāng)前跳頻率信息，并與前一跳使用的頻率相比較，根據(jù)G—1可確定傳輸?shù)男畔⒎枴?br> [0006]認(rèn)知無線電是一種智能無線電技術(shù)，它能夠通過頻譜感知技術(shù)，檢測頻譜空穴，實現(xiàn)對無線頻譜資源的動態(tài)共享，極大地提高頻譜利用率和通信系統(tǒng)性能。
[0007]認(rèn)知無線電的基本出發(fā)點就是:具有認(rèn)知功能的無線通信設(shè)備按照某種擇機(jī)的方式工作在已授權(quán)頻段內(nèi)。它能夠在已授權(quán)頻段沒用或只有很少的通信業(yè)務(wù)在活動的情況下充分利用在空域、時域和頻域中出現(xiàn)的可以被利用的頻譜資源。
[0008]認(rèn)知差分跳頻網(wǎng)絡(luò)中，用戶可以使用相對“干凈”的頻率工作。這樣的“干凈”頻率即認(rèn)知無線電中定義的頻譜空洞。無線電環(huán)境是隨時變化的，網(wǎng)絡(luò)使用的頻率集會因為地理位置變化、傳播損失、干擾等因素出現(xiàn)部分頻點劣化甚至失效。傳統(tǒng)差分跳頻網(wǎng)絡(luò)對于這樣的情況沒有理想的解決辦法，目前較好的策略是當(dāng)失效頻點達(dá)到一定數(shù)量時，隨機(jī)的將一些工作頻帶內(nèi)的頻率替換頻率集中失效頻率。如果新替換到頻率集的頻點仍然是無效的，則繼續(xù)隨機(jī)選取替換它們，反復(fù)替換直到有足夠的可用頻點。不難看出，這樣的替換策略是盲目而低效的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于認(rèn)知無線電的差分跳頻通信方法，通過認(rèn)知無線電感知周圍射頻環(huán)境的變化，通過頻譜感知功能發(fā)現(xiàn)頻譜空洞，并獲得當(dāng)前工作頻帶內(nèi)的頻譜空洞分部信息，實現(xiàn)可用頻率集自適應(yīng)更新，最終完成差分跳頻。
[0010]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供了一種基于認(rèn)知無線電的差分跳頻通信方法，包括接收和發(fā)射流程，其中，所述的發(fā)射流程為:
[0011](Ia)產(chǎn)生跳頻序列、頻率合成信號以及跳頻頻率信號，將三者合成為發(fā)送信號，濾去頻率集外的信號以得到差分跳頻信號；其中，跳頻序列通過以下步驟產(chǎn)生:
[0012](aOl)設(shè)置探測頻帶范圍以及干擾溫度限，在探測頻帶范圍內(nèi)對各頻點進(jìn)行噪聲檢測:對于每個頻點，若當(dāng)前所檢測的頻點所對應(yīng)信道的噪聲高于或等于干擾溫度限，則該頻點所對應(yīng)信道的通信性能差，并將該頻點標(biāo)記為壞頻點；若當(dāng)前所檢測的頻點所對應(yīng)信道的噪聲低于干擾溫度限，則該頻點所對應(yīng)信道的通信性能好，并識別該頻點所對應(yīng)信道中是否有信號，若未發(fā)現(xiàn)信號，則將該頻點標(biāo)記為替代點，若發(fā)現(xiàn)信號，則丟棄該頻點；各頻點噪聲檢測完成后，所有的替代點的集合為頻率集；
[0013](a02)為待發(fā)送的串行比特數(shù)據(jù)序列添加幀頭，所述的幀頭包括壞頻點、替代點和校驗位；
[0014](a03)將添加幀頭的待發(fā)送的串行比特數(shù)據(jù)序列轉(zhuǎn)換為并行比特數(shù)據(jù)序列；
[0015](a04)將添加幀頭的并行比特數(shù)據(jù)序列經(jīng)過G函數(shù)進(jìn)行映射轉(zhuǎn)換為跳頻序列；
[0016](Ib)將跳頻序列、頻率合成信號以及跳頻頻率信號合成為發(fā)送序列，濾去頻率集外的信號以得到差分跳頻信號；
[0017](Ic)通過幀頭所記載的替代點頻點發(fā)送差分跳頻信號；
[0018]所述的接收流程為:
[0019](2a)在頻率集范圍內(nèi)接收差分跳頻信號；
[0020](2b)將差分跳頻信號轉(zhuǎn)換為中頻信號；
[0021](2c)將中頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
[0022](2d)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為頻域信號；
[0023](2e)從頻域信號中提取載頻信息；
[0024](2f)對載頻信息進(jìn)行譯碼得到并行比特數(shù)據(jù)；
[0025](2g)將并行比特數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行比特數(shù)據(jù)。
[0026]本發(fā)明同時提供了一種差分跳頻系統(tǒng)，至少包括接收器和發(fā)射器，還包括連接發(fā)射器和接收器的頻譜感知單元；所述接收器由依次連接的RF射頻模塊、下變頻模塊、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、FFT模塊、載頻識別模塊、載頻序列譯碼模塊以及并串轉(zhuǎn)換模塊組成；其中，所述RF射頻模塊用于接收差分跳頻信號；
[0027]所述下變頻模塊用于將差分跳頻信號轉(zhuǎn)換為中頻信號；
[0028]所述AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將中頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
[0029]所述FFT模塊用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為頻域信號；
[0030]所述載頻識別模塊用于譯碼；
[0031]所述并串轉(zhuǎn)換模塊用于將譯碼后的并行序列轉(zhuǎn)換為串行發(fā)送序列；
[0032]所述頻譜感知單元由能量檢測模塊、與能量檢測模塊相連的媒體訪問控制模塊、與媒體訪問控制模塊相連的特征檢測模塊、以及與媒體訪問控制模塊相連的頻率集合模塊組成；
[0033]其中，能量檢測模塊和特征檢測模塊同接收器的RF射頻模塊相連；能量檢測模塊用于檢測所設(shè)置頻帶范圍內(nèi)的各頻點的噪聲；媒體訪問控制模塊用于對各頻點按照噪聲是否低于所設(shè)置的干擾溫度限分類，控制特征檢測模塊對噪聲低于干擾溫度限進(jìn)行信號識另IJ，以及記錄壞頻點和替代點；特征檢測模塊用于進(jìn)行信號識別，并將識別結(jié)構(gòu)反饋至媒體訪問控制模塊；頻率集合模塊同發(fā)射器的選擇器模塊連接，用于存儲頻率集；所述發(fā)射器由依次連接的選擇器模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊、G函數(shù)模塊、DDS模塊、DA數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、帶通模塊以及RF射頻模塊組成；頻譜感知單元中的頻率集合模塊同發(fā)射器中的選擇器模塊相連；所述選擇器模塊用于為并行比特數(shù)據(jù)序列添加幀頭，所述的幀頭包括壞頻點、替代點和校驗位；所述串并轉(zhuǎn)換模塊用于將串行比特序列轉(zhuǎn)換為并行比特序列；所述G函數(shù)模塊用于將添加幀頭的并行比特數(shù)據(jù)序列經(jīng)過G函數(shù)進(jìn)行映射轉(zhuǎn)換為跳頻序列；所述DDS模塊用于產(chǎn)生頻率合成信號；所述DA數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊用于產(chǎn)生調(diào)頻頻率信號；所述帶通模塊用于濾去頻率集外的信號；發(fā)射器的RF射頻模塊用于發(fā)射信號。
[0034]本發(fā)明基于其技術(shù)方案所具有的有益效果在于:
[0035](I)本發(fā)明將認(rèn)知無線電引入差分跳頻通信方法，提出具有認(rèn)知能力的差分跳頻網(wǎng)絡(luò)，在使用認(rèn)知無線電技術(shù)進(jìn)行頻譜感知得到頻譜空洞信息的基礎(chǔ)上，根據(jù)頻帶干擾或占用情況動態(tài)優(yōu)化頻率集中的頻點，使得頻率集中的頻點保持相對潔凈，提高差分跳頻網(wǎng)絡(luò)抗部分頻帶干擾和抗多音干擾的性能；
[0036](2)本發(fā)明對特定幀頭的修改來傳輸感知到的頻率通告信息，不會明顯增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)載；通常場景中，幀頭只是被破壞很小的部分，接收方仍能夠識別出幀頭，從而用該方法提取出“壞頻點”和“替代點”信息，提高通信的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1是幀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖2是差分跳頻系統(tǒng)框圖。

【具體實施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0040]本發(fā)明提供了一種基于認(rèn)知無線電的差分跳頻通信方法，包括接收和發(fā)射流程。結(jié)合圖2，所述的發(fā)射流程為:(Ia)產(chǎn)生跳頻序列、頻率合成信號以及跳頻頻率信號，將三者合成為發(fā)送信號，濾去頻率集外的信號以得到差分跳頻信號；其中，跳頻序列通過以下步驟產(chǎn)生:
[0041](aOl)設(shè)置探測頻帶范圍以及干擾溫度限，在探測頻帶范圍內(nèi)對各頻點進(jìn)行噪聲檢測:對于每個頻點，若當(dāng)前所檢測的頻點所對應(yīng)信道的噪聲高于或等于干擾溫度限，則該頻點所對應(yīng)信道的通信性能差，并將該頻點標(biāo)記為壞頻點；若當(dāng)前所檢測的頻點所對應(yīng)信道的噪聲低于干擾溫度限，則該頻點所對應(yīng)信道的通信性能好，并識別該頻點所對應(yīng)信道中是否有信號，若未發(fā)現(xiàn)信號，則將該頻點標(biāo)記為替代點，若發(fā)現(xiàn)信號，則丟棄該頻點；各頻點噪聲檢測完成后，所有的替代點的集合為頻率集；
[0042](a02)為待發(fā)送的串行比特數(shù)據(jù)序列添加幀頭，所述的幀頭包括壞頻點、替代點和校驗位；
[0043](a03)將添加幀頭的待發(fā)送的串行比特數(shù)據(jù)序列轉(zhuǎn)換為并行比特數(shù)據(jù)序列；
[0044](a04)將添加幀頭的并行比特數(shù)據(jù)序列經(jīng)過G函數(shù)進(jìn)行映射轉(zhuǎn)換為跳頻序列；
[0045](Ib)將跳頻序列、頻率合成信號以及跳頻頻率信號合成為發(fā)送序列，濾去頻率集外的信號以得到差分跳頻信號；
[0046](Ic)通過幀頭所記載的替代點頻點發(fā)送差分跳頻信號；
[0047]所述的接收流程為:
[0048](2a)在頻率集范圍內(nèi)接收差分跳頻信號；
[0049](2b)將差分跳頻信號轉(zhuǎn)換為中頻信號；
[0050](2c)將中頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
[0051](2d)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為頻域信號；
[0052](2e)從頻域信號中提取載頻信息；
[0053](2f)對載頻信息進(jìn)行譯碼得到并行比特數(shù)據(jù)；
[0054](2g)將并行比特數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行比特數(shù)據(jù)。
[0055]所述的能量檢測模塊、特征檢測模塊、媒體訪問控制模塊、頻率集合模塊、選擇器模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊、DDS模塊、DA數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、帶通模塊、下變頻模塊、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、FFT模塊、載頻識別模塊、頻率序列譯碼模塊和并串轉(zhuǎn)換模塊可以利用現(xiàn)有技術(shù)中的通用電路實現(xiàn)，也可利用微軟SORA等通用平臺上的軟件無線電實現(xiàn)。
[0056]結(jié)合圖1，本發(fā)明提供了一種基于所述通信方法的認(rèn)知無線電的差分跳頻系統(tǒng)，包括接收器、發(fā)射器和頻譜感知單元。所述接收器由依次連接的RF射頻模塊、下變頻模塊、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、FFT模塊、載頻識別模塊、載頻序列譯碼模塊以及并串轉(zhuǎn)換模塊組成；
[0057]其中，所述RF射頻模塊用于接收差分跳頻信號；
[0058]所述下變頻模塊用于將差分跳頻信號轉(zhuǎn)換為中頻信號；
[0059]所述AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將中頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
[0060]所述FFT模塊用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為頻域信號；
[0061]所述載頻識別模塊用于譯碼；
[0062]所述并串轉(zhuǎn)換模塊用于將譯碼后的并行序列轉(zhuǎn)換為串行發(fā)送序列；
[0063]所述頻譜感知單元由能量檢測模塊、與能量檢測模塊相連的媒體訪問控制模塊、與媒體訪問控制模塊相連的特征檢測模塊、以及與媒體訪問控制模塊相連的頻率集合模塊組成；
[0064]其中，能量檢測模塊和特征檢測模塊同接收器的RF射頻模塊相連；能量檢測模塊用于檢測所設(shè)置頻帶范圍內(nèi)的各頻點的噪聲；媒體訪問控制模塊用于對各頻點按照噪聲是否低于所設(shè)置的干擾溫度限分類，控制特征檢測模塊對噪聲低于干擾溫度限進(jìn)行信號識另IJ，以及記錄壞頻點和替代點；特征檢測模塊用于進(jìn)行信號識別，并將識別結(jié)構(gòu)反饋至媒體訪問控制模塊；頻率集合模塊同發(fā)射器的選擇器模塊連接，用于存儲頻率集；
[0065]所述發(fā)射器由依次連接的選擇器模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊、G函數(shù)模塊、DDS模塊、DA數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、帶通模塊以及RF射頻模塊組成；頻譜感知單元中的頻率集合模塊同發(fā)射器中的選擇器模塊相連；
[0066]所述選擇器模塊用于為并行比特數(shù)據(jù)序列添加幀頭，所述的幀頭包括壞頻點、替代點和校驗位；
[0067]所述串并轉(zhuǎn)換模塊用于將串行比特序列轉(zhuǎn)換為并行比特序列；
[0068]所述G函數(shù)模塊用于將添加幀頭的并行比特數(shù)據(jù)序列經(jīng)過G函數(shù)進(jìn)行映射轉(zhuǎn)換為跳頻序列；
[0069]所述DDS模塊用于產(chǎn)生頻率合成信號；
[0070]所述DA數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊用于產(chǎn)生調(diào)頻頻率信號；
[0071]所述帶通模塊用于濾去頻率集外的信號；
[0072]發(fā)射器的RF射頻模塊用于發(fā)射信號。
【權(quán)利要求】
1.一種基于認(rèn)知無線電的差分跳頻通信方法，其特征在于:包括接收和發(fā)射流程，其中，所述的發(fā)射流程為: (Ia)產(chǎn)生跳頻序列、頻率合成信號以及跳頻頻率信號，將三者合成為發(fā)送信號，濾去頻率集外的信號以得到差分跳頻信號；其中，跳頻序列通過以下步驟產(chǎn)生: (aOl)設(shè)置探測頻帶范圍以及干擾溫度限，在探測頻帶范圍內(nèi)對各頻點進(jìn)行噪聲檢測:對于每個頻點，若當(dāng)前所檢測的頻點所對應(yīng)信道的噪聲高于或等于干擾溫度限，則該頻點所對應(yīng)信道的通信性能差，并將該頻點標(biāo)記為壞頻點；若當(dāng)前所檢測的頻點所對應(yīng)信道的噪聲低于干擾溫度限，則該頻點所對應(yīng)信道的通信性能好，并識別該頻點所對應(yīng)信道中是否有信號，若未發(fā)現(xiàn)信號，則將該頻點標(biāo)記為替代點，若發(fā)現(xiàn)信號，則丟棄該頻點；各頻點噪聲檢測完成后，所有的替代點的集合為頻率集； (a02)為待發(fā)送的串行比特數(shù)據(jù)序列添加幀頭，所述的幀頭包括壞頻點、替代點和校驗位； (a03)將添加幀頭的待發(fā)送的串行比特數(shù)據(jù)序列轉(zhuǎn)換為并行比特數(shù)據(jù)序列； (a04)將添加幀頭的并行比特數(shù)據(jù)序列經(jīng)過G函數(shù)進(jìn)行映射轉(zhuǎn)換為跳頻序列； (Ib)將跳頻序列、頻率合成信號以及跳頻頻率信號合成為發(fā)送序列，濾去頻率集外的信號以得到差分跳頻信號； (Ic)通過幀頭所記載的替代點頻點發(fā)送差分跳頻信號； 所述的接收流程為: (2a)在頻率集范圍內(nèi)接收差分跳頻信號； (2b)將差分跳頻信號轉(zhuǎn)換為中頻信號； (2c)將中頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； (2d)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為頻域信號； (2e)從頻域信號中提取載頻信息； (2f)對載頻信息進(jìn)行譯碼得到并行比特數(shù)據(jù)； (2g)將并行比特數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行比特數(shù)據(jù)。
2.一種基于權(quán)利要求1所述通信方法的認(rèn)知無線電的差分跳頻系統(tǒng)，至少包括接收器和發(fā)射器，其特征在于:還包括連接發(fā)射器和接收器的頻譜感知單元； 所述接收器由依次連接的RF射頻模塊、下變頻模塊、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、FFT模塊、載頻識別模塊、載頻序列譯碼模塊以及并串轉(zhuǎn)換模塊組成； 其中，所述RF射頻模塊用于接收差分跳頻信號； 所述下變頻模塊用于將差分跳頻信號轉(zhuǎn)換為中頻信號； 所述AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將中頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 所述FFT模塊用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為頻域信號； 所述載頻識別模塊用于譯碼； 所述并串轉(zhuǎn)換模塊用于將譯碼后的并行序列轉(zhuǎn)換為串行發(fā)送序列； 所述頻譜感知單元由能量檢測模塊、與能量檢測模塊相連的媒體訪問控制模塊、與媒體訪問控制模塊相連的特征檢測模塊、以及與媒體訪問控制模塊相連的頻率集合模塊組成； 其中，能量檢測模塊和特征檢測模塊同接收器的RF射頻模塊相連；能量檢測模塊用于檢測所設(shè)置頻帶范圍內(nèi)的各頻點的噪聲；媒體訪問控制模塊用于對各頻點按照噪聲是否低于所設(shè)置的干擾溫度限分類，控制特征檢測模塊對噪聲低于干擾溫度限進(jìn)行信號識別，以及記錄壞頻點和替代點；特征檢測模塊用于進(jìn)行信號識別，并將識別結(jié)構(gòu)反饋至媒體訪問控制模塊；頻率集合模塊同發(fā)射器的選擇器模塊連接，用于存儲頻率集； 所述發(fā)射器由依次連接的選擇器模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊、G函數(shù)模塊、DDS模塊、DA數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、帶通模塊以及RF射頻模塊組成；頻譜感知單元中的頻率集合模塊同發(fā)射器中的選擇器模塊相連； 所述選擇器模塊用于為并行比特數(shù)據(jù)序列添加幀頭，所述的幀頭包括壞頻點、替代點和校驗位； 所述串并轉(zhuǎn)換模塊用于將串行比特序列轉(zhuǎn)換為并行比特序列； 所述G函數(shù)模塊用于將添加幀頭的并行比特數(shù)據(jù)序列經(jīng)過G函數(shù)進(jìn)行映射轉(zhuǎn)換為跳頻序列； 所述DDS模塊用于產(chǎn)生頻率合成信號； 所述DA數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊用于產(chǎn)生調(diào)頻頻率信號； 所述帶通模塊用于濾去頻率集外的信號； 發(fā)射器的RF射頻模塊用于發(fā)射信號。
【文檔編號】H04B1/7136GK104202066SQ201410458259
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】程卓, 王典洪, 張祥麗, 羅林波, 陳振興 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）