一種適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理方法，包含以下步驟：1)對(duì)各頻點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估；2)將跳頻全頻段劃分為m個(gè)物理信道，每個(gè)物理信道初始分配n個(gè)頻點(diǎn)組成頻率集；3)選擇其它物理信道中功率最小頻點(diǎn)代替選中物理信道中受干擾頻點(diǎn)；4)節(jié)點(diǎn)MAC層待發(fā)送信息發(fā)送時(shí)，依據(jù)當(dāng)前各物理信道忙閑程度動(dòng)態(tài)選擇當(dāng)前最空閑物理信道；5)用選中的物理信道對(duì)組幀后數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制和跳頻發(fā)射。本發(fā)明還公開一種適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理系統(tǒng)，包含頻譜感知模塊、自適應(yīng)頻點(diǎn)分配模塊、信道忙閑統(tǒng)計(jì)模塊。本發(fā)明通過頻譜感知處理及自適應(yīng)頻點(diǎn)分配協(xié)議設(shè)計(jì)提高了網(wǎng)絡(luò)可靠性。
【專利說明】一種適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空電子信息的無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一種針對(duì)航空無線自組網(wǎng)共享信道自適應(yīng)跳頻處理的實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)，應(yīng)用于航空無線數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]作為航空協(xié)同數(shù)據(jù)鏈未來的發(fā)展方向，航空自組網(wǎng)(Aeronautical Ad HocNetwork1AANET)創(chuàng)造性地將移動(dòng)自組網(wǎng)應(yīng)用于航空飛行器之間，使其能夠互相分發(fā)地面指控信息和空中感知信息。而跳頻通信技術(shù)則是一種重要的抗干擾技術(shù)，將跳頻技術(shù)應(yīng)用于航空自組織網(wǎng)絡(luò)將在保證網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)充分共享信道帶寬的同時(shí)，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
[0003]在航空無線數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)系統(tǒng)中，信道共享模式的設(shè)計(jì)占有重要的地位，它是數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)有效性和可靠性的重要保證。為適應(yīng)未來戰(zhàn)場(chǎng)快速、高效、抗毀性強(qiáng)的空天地一體化作戰(zhàn)信息平臺(tái)需求，國家在航空無線數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)領(lǐng)域進(jìn)行了大力的投入，發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無線數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)領(lǐng)域中的各項(xiàng)技術(shù)成為目前和未來數(shù)年中國內(nèi)各相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的重要任務(wù)。在無線數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)領(lǐng)域中，物理層信道共享體制是關(guān)鍵一環(huán)，具有頻譜感知特征的自適應(yīng)跳頻處理更是能有助于提高整個(gè)無線組網(wǎng)系統(tǒng)的效能。針對(duì)航空無線信道環(huán)境的自適應(yīng)跳頻處理技術(shù)可通過頻譜感知及頻點(diǎn)動(dòng)態(tài)分配來降低信號(hào)頻點(diǎn)碰撞概率以及保證系統(tǒng)的抗干擾性能，對(duì)于確保無線通信數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)的可靠性及有效性起到重要作用。
[0004]為適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用需求，可靠性和有效性是行業(yè)內(nèi)對(duì)于該技術(shù)方向的兩個(gè)核心要求，前者需重點(diǎn)分析本技術(shù)所采用的核心思想對(duì)跳頻圖案的構(gòu)造以及跳頻同步的依賴關(guān)系，后者則應(yīng)重點(diǎn)考慮共享無線信道下如何降低多節(jié)點(diǎn)信號(hào)頻率碰撞對(duì)組網(wǎng)通信效能產(chǎn)生的影響。目前，國內(nèi)針對(duì)航空無線通信數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)的信道共享體制研究領(lǐng)域的研究和應(yīng)用還遠(yuǎn)未成熟。而國外相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用目前主要集中在基于時(shí)分體制或全頻譜共享跳頻體制的相關(guān)設(shè)計(jì)上。時(shí)分體制信道利用率不高，基于全頻譜共享跳頻體制為滿足系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入成功率，信道編譯碼效率低，運(yùn)算復(fù)雜度較高。
[0005]近年來國家在發(fā)展航空數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)的大力投入與目前我國在該領(lǐng)域很多技術(shù)還相對(duì)落后，是國內(nèi)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)迫切需要解決的矛盾之一。而如何打破國外在該領(lǐng)域技術(shù)上的壟斷，通過自主創(chuàng)新，提升我國在航空無線組網(wǎng)關(guān)鍵【技術(shù)領(lǐng)域】的綜合實(shí)力，是促使我們進(jìn)行研究的主要激勵(lì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決航空無線組網(wǎng)跳頻體制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間頻率碰撞問題、提高全網(wǎng)共享信道利用率，本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理方法，通過頻譜感知處理及自適應(yīng)頻點(diǎn)分配協(xié)議設(shè)計(jì)提高網(wǎng)絡(luò)可靠性。本發(fā)明的另一目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理方法的系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理方法，包含以下步驟:
[0009]步驟I)、對(duì)各頻點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估確認(rèn)各頻點(diǎn)是否被干擾；
[0010]步驟2)、將跳頻全頻段劃分為m個(gè)物理信道，每個(gè)物理信道初始分配η個(gè)頻點(diǎn)組成頻率集；
[0011]步驟3)、若確定某物理信道有頻點(diǎn)被干擾，則暫時(shí)關(guān)閉該物理信道，選擇其它物理信道中功率最小頻點(diǎn)代替該物理信道中受干擾頻點(diǎn)，待受干擾頻點(diǎn)替換完成后該物理信道再恢復(fù)正常；
[0012]步驟4)、節(jié)點(diǎn)MAC層待發(fā)送信息發(fā)送時(shí)，依據(jù)當(dāng)前各物理信道忙閑程度動(dòng)態(tài)選擇當(dāng)前最空閑物理信道；
[0013]步驟5)、用選中的物理信道對(duì)組幀后數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制和跳頻發(fā)射。
[0014]依據(jù)上述特征，所述步驟I)中各頻點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估的方法為:
[0015]對(duì)輸入數(shù)據(jù)經(jīng)與本地各頻點(diǎn)并行混頻并經(jīng)匹配濾波后，采用滑窗遞歸模式進(jìn)行信號(hào)功率估計(jì)，同時(shí)與本地同步序列進(jìn)行相關(guān)處理，若功率估計(jì)結(jié)果高于信號(hào)強(qiáng)度門限，同時(shí)同步相關(guān)檢測(cè)無峰值出現(xiàn)，則表明該頻點(diǎn)被干擾。
[0016]依據(jù)上述特征，所述步驟3)中還包含根據(jù)頻點(diǎn)評(píng)估更新頻率表，具體步驟為:
[0017]步驟3.1)、若節(jié)點(diǎn)確定某物理信道有頻點(diǎn)被干擾，則暫時(shí)關(guān)閉該發(fā)射物理信道，并于Hello報(bào)文中增加受干擾頻點(diǎn)更新信息；
[0018]步驟3.2)、該節(jié)點(diǎn)所有一跳節(jié)點(diǎn)回復(fù)確認(rèn)信息，源節(jié)點(diǎn)收到確認(rèn)信息后關(guān)閉受干擾通知信息；
[0019]步驟3.3)、一跳節(jié)點(diǎn)在回復(fù)確認(rèn)信息后，于Hello報(bào)文中增加受干擾頻點(diǎn)更新信息，并等待其一跳節(jié)點(diǎn)回復(fù)確認(rèn)信息，一跳節(jié)點(diǎn)收到確認(rèn)信息后關(guān)閉受干擾通知信息；
[0020]步驟3.4)、已完成更新信息發(fā)送節(jié)點(diǎn)后續(xù)收到鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)來干擾頻點(diǎn)信息相同更新信息，只回復(fù)確認(rèn)信息而不轉(zhuǎn)發(fā)，以上流程直至全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)完成回復(fù)確認(rèn)為止。
[0021]依據(jù)上述特征，所述步驟4)中選擇當(dāng)前最空閑物理信道的方法為:
[0022]步驟4.1)、根據(jù)物理層一定時(shí)間內(nèi)物理信道中偵聽到的業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)以及信道功率統(tǒng)計(jì)，若業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)值高，或者信道業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)值較低，但信道功率統(tǒng)計(jì)值較高時(shí)，將物理信道狀態(tài)歸類為忙；
[0023]步驟4.2)、從物理信道狀態(tài)歸類為非忙的物理信道中選擇業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)值最低的物理信道，若物理信道忙閑程度區(qū)別不大前提下，選擇一跳節(jié)點(diǎn)未占用接收通道。
[0024]本發(fā)明的另一發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0025]一種適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理系統(tǒng)，包含頻譜感知模塊、自適應(yīng)頻點(diǎn)分配模塊、信道忙閑統(tǒng)計(jì)模塊。
[0026]所述頻譜感知模塊用于對(duì)各頻點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估確認(rèn)頻點(diǎn)是否受干擾；
[0027]所述自適應(yīng)頻點(diǎn)分配模塊用于將跳頻全頻段劃分為m個(gè)物理信道，每個(gè)物理信道初始分配η個(gè)頻點(diǎn)組成頻率集，若某物理信道中有頻點(diǎn)受干憂，則暫時(shí)關(guān)閉該發(fā)射物理，選擇其它物理信道中功率最小頻點(diǎn)代替中受干擾頻點(diǎn)，待受干擾頻點(diǎn)替換完成后該物理信道再恢復(fù)正常；
[0028]所述信道忙閑統(tǒng)計(jì)模塊用于在節(jié)點(diǎn)MAC層待發(fā)送信息發(fā)送時(shí)，依據(jù)當(dāng)前各物理信道忙閑程度動(dòng)態(tài)選擇當(dāng)前最空閑物理信道，對(duì)組幀后數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制和跳頻發(fā)射。
[0029]依據(jù)上述特征，所述信道忙閑統(tǒng)計(jì)模塊根據(jù)物理層一定時(shí)間內(nèi)物理信道中偵聽到的業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)以及信道功率統(tǒng)計(jì)，若業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)值高，或者信道業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)值較低，但信道功率統(tǒng)計(jì)值較高時(shí)，將物理信道狀態(tài)歸類為忙；從物理信道狀態(tài)歸類為非忙的物理信道中選擇業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)值最低的物理信道，若物理信道忙閑程度區(qū)別不大前提下，選擇一跳節(jié)點(diǎn)未占用接收通道。
[0030]依據(jù)上述特征，所述頻譜感知模塊對(duì)輸入數(shù)據(jù)經(jīng)與本地各頻點(diǎn)并行混頻并經(jīng)匹配濾波后，采用滑窗遞歸模式進(jìn)行信號(hào)功率估計(jì)，同時(shí)與本地同步序列進(jìn)行相關(guān)處理，若功率估計(jì)結(jié)果高于信號(hào)強(qiáng)度門限，同時(shí)同步相關(guān)檢測(cè)無峰值出現(xiàn)，則表明該頻點(diǎn)被干擾。
[0031]依據(jù)上述特征，所述系統(tǒng)還包含頻率表更新協(xié)議模塊，所述頻率表更新協(xié)議模塊用于更新頻率表，根據(jù)頻譜感知模塊確定某通道有頻點(diǎn)被干擾時(shí)，則暫時(shí)關(guān)閉該發(fā)射物理信道，并于Hello報(bào)文中增加受干擾頻點(diǎn)更新信息，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)所有一跳節(jié)點(diǎn)回復(fù)確認(rèn)信息，源節(jié)點(diǎn)收到確認(rèn)信息后關(guān)閉受干擾通知信息；一跳節(jié)點(diǎn)在回復(fù)確認(rèn)信息后，于Hello報(bào)文中增加受干擾頻點(diǎn)更新信息，并等待其一跳節(jié)點(diǎn)回復(fù)確認(rèn)信息，一跳節(jié)點(diǎn)收到確認(rèn)信息后關(guān)閉受干擾通知信息；已完成更新信息發(fā)送節(jié)點(diǎn)后續(xù)收到鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)來干擾頻點(diǎn)信息相同更新信息，只回復(fù)確認(rèn)信息而不轉(zhuǎn)發(fā)，以上流程直至全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)完成回復(fù)確認(rèn)為止。
[0032]本發(fā)明采用異步跳頻體制，對(duì)跳頻同步和跳頻圖案設(shè)計(jì)無明確需求，能保證m架以內(nèi)飛機(jī)編隊(duì)完全無頻率碰撞。設(shè)計(jì)中通道頻點(diǎn)可依據(jù)物理層對(duì)頻點(diǎn)受干擾情況估計(jì)結(jié)果作動(dòng)態(tài)調(diào)整，調(diào)整后各通道頻點(diǎn)集由頻率表更新協(xié)議對(duì)編隊(duì)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行更新。
[0033]本發(fā)明創(chuàng)造性地使用結(jié)合物理信道劃分自適應(yīng)跳頻的方法保證了航空無線網(wǎng)絡(luò)的抗干擾性和通信效能，使用基于信道忙閑程度統(tǒng)計(jì)策略保證網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)成員節(jié)點(diǎn)以最優(yōu)信道完成信號(hào)發(fā)射，并依據(jù)物理層頻譜感知?jiǎng)討B(tài)更新各物理信道頻率集，保證了系統(tǒng)的抗干擾性能。
[0034]為支持在不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用，本發(fā)明中物理信道數(shù)以及每通道頻點(diǎn)數(shù)均可依實(shí)際情況配置。且本發(fā)明主要針對(duì)信道共享體制進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以很方便與現(xiàn)有主要MAC協(xié)議及路由協(xié)議完成綜合。
[0035]本發(fā)明中有以下四個(gè)主要的技術(shù)要點(diǎn)。
[0036](I)跳頻接收不依賴于跳頻圖案設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)跳頻通信對(duì)各節(jié)點(diǎn)跳頻圖案正交性要求高，接收端依據(jù)跳頻圖案比對(duì)來確定發(fā)射節(jié)點(diǎn)。在共享信道前提下，各節(jié)點(diǎn)需同步發(fā)送且跳頻圖案正交性良好才能保證系統(tǒng)低的頻率碰撞概率以及信息的正確接收。而本發(fā)明基于物理信道以及頻率集劃分思想，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模所劃分的物理信道間采用不同頻率集，保證了網(wǎng)絡(luò)通信過程中不同節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)間的正交性。發(fā)射源節(jié)點(diǎn)的確定通過信息數(shù)據(jù)幀內(nèi)容確定，接收端無跳頻圖案比對(duì)過程，簡(jiǎn)化了接收機(jī)設(shè)計(jì)。
[0037](2)采用異步跳頻體制，無須全網(wǎng)跳頻同步過程。傳統(tǒng)跳頻通信若要保持各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)跳頻圖案的正交性，各節(jié)點(diǎn)間需保證足夠的時(shí)間同步性能。而針對(duì)航空無線組網(wǎng)環(huán)境，采用傳統(tǒng)跳頻體制需全網(wǎng)時(shí)間同步，可能采用的模式有兩種:一為全網(wǎng)同步跳頻，二為基于TDMA+跳頻體制。對(duì)于全網(wǎng)同步跳頻模式，由于航空組網(wǎng)環(huán)境下各節(jié)點(diǎn)之間的距離較大時(shí)傳播時(shí)延不可忽略(與傳輸時(shí)延相比)。即使發(fā)送數(shù)據(jù)端嚴(yán)格同步且依據(jù)正交圖案跳頻，但到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)后數(shù)據(jù)還是可能會(huì)因時(shí)延不一致導(dǎo)致發(fā)生信號(hào)頻率碰撞。并且節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前，無法知道自己的數(shù)據(jù)是否會(huì)與其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)相碰撞，隨意性大，碰撞概率高?；赥DMA+跳頻體制在付出全網(wǎng)同步開銷后，將時(shí)間劃分成時(shí)隙，分配給不同的用戶使用，通過設(shè)置保護(hù)時(shí)間能保證同一時(shí)刻空域只有一個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)射跳頻信號(hào)。該體制完全避免了頻率碰撞問題，但信道容量低，在獲取抗干擾性能的同時(shí)帶寬利用率太低。而本發(fā)明采用異步跳頻體制，無須全網(wǎng)同步開銷，全頻段采用并行接收處理，在獲取抗干擾性能的同時(shí)帶寬利用率較高。
[0038](3)物理信道頻率集依頻譜感知結(jié)果動(dòng)態(tài)可更新。傳統(tǒng)基于跳頻組網(wǎng)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)依正交跳頻圖案所確定頻率集固定，在部分頻點(diǎn)受干擾后，主要依賴信道糾錯(cuò)碼正確解析信息。本發(fā)明中，由于無須固定跳頻圖案設(shè)計(jì)，通過對(duì)各頻點(diǎn)并行頻譜感知分析確定各頻點(diǎn)的受干擾情況，進(jìn)而更新各物理信道中受干擾的頻點(diǎn)，能夠提高系統(tǒng)抗干擾能力。
[0039](4)基于信道忙閑程度統(tǒng)計(jì)完成發(fā)射信道優(yōu)選。本發(fā)明基于對(duì)各物理信道接收信號(hào)功率和數(shù)據(jù)包統(tǒng)計(jì)確定各物理信道的相對(duì)忙閑程度。若網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)有信息待發(fā)送，則優(yōu)選最空閑信道，對(duì)提高信號(hào)傳輸質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)容量都具有積極意義。
[0040]本發(fā)明的有益效果為:
[0041](I)將異步跳頻體制引入航空自組網(wǎng)系統(tǒng)，在無須全網(wǎng)同步開銷及正交跳頻圖案設(shè)計(jì)前提下，保證系統(tǒng)的跳頻抗干擾性能和網(wǎng)絡(luò)容量。
[0042](2)物理信道頻率集依頻譜感知結(jié)果動(dòng)態(tài)可更新，能夠提高系統(tǒng)抗干擾能力。
[0043](3)基于信道忙閑程度估計(jì)優(yōu)選發(fā)射信道，提高信號(hào)傳輸質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)容量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]圖1為本發(fā)明一種適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理方法的流程示意圖；
[0045]圖2為本發(fā)明中頻點(diǎn)評(píng)估的流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0046]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作一進(jìn)步的詳細(xì)描述。
[0047]本發(fā)明一種適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理方法的實(shí)施方案流程如下(按照?qǐng)D1):
[0048]I)、首先對(duì)中頻模擬數(shù)據(jù)data_in采樣并混頻至以各頻點(diǎn)為中心頻率窗，得到并行解調(diào)數(shù)據(jù)輸入 parallel_demodule_input。
[0049]2)、對(duì)輸入數(shù)據(jù)parallel_demodule_input經(jīng)與本地各頻點(diǎn)并行混頻并經(jīng)匹配濾波后，采用滑窗遞歸模式進(jìn)行信號(hào)功率估計(jì)，同時(shí)與本地同步序列進(jìn)行相關(guān)處理。若功率估計(jì)結(jié)果gain_para高于信號(hào)強(qiáng)度門限，同時(shí)同步相關(guān)檢測(cè)無峰值出現(xiàn)，則表明該頻點(diǎn)因被干擾而需從頻率集中刪除。實(shí)施過程如圖2所示:
[0050]在這一步驟中，本發(fā)明采用信號(hào)功率估計(jì)和同步序列相關(guān)峰值檢測(cè)頻譜感知策略。干擾信號(hào)的施放目的即為阻礙有效信號(hào)的正常接收，通過對(duì)可能包括干擾信號(hào)的接收信號(hào)功率和有用信號(hào)中的同步序列的相關(guān)檢測(cè)結(jié)果作綜合評(píng)估可對(duì)頻點(diǎn)受干擾情況做出有效評(píng)估。
[0051]3)、物理信道被初始劃分為m個(gè),每個(gè)物理信道初始分配η個(gè)頻點(diǎn)，即第i個(gè)信道頻點(diǎn)集為(fn，fi2,…，fin)，其中i e [I, 2，…，m]。依據(jù)頻點(diǎn)評(píng)估對(duì)各頻點(diǎn)受干擾情況判斷，完成各通道頻率集受干擾頻點(diǎn)更新。更新規(guī)則為:依據(jù)功率統(tǒng)計(jì)輸出，選擇其它物理信道功率最小頻點(diǎn)代替本通道受干擾頻點(diǎn)。
[0052]在本步驟中，本發(fā)明采用頻譜感知結(jié)果對(duì)各物理信道頻點(diǎn)作動(dòng)態(tài)更新策略。依據(jù)該策略，系統(tǒng)不會(huì)因部分頻點(diǎn)被干擾而導(dǎo)致通信業(yè)務(wù)誤碼率大幅提高甚至通信中斷。
[0053]4)、根據(jù)物理層一定時(shí)間內(nèi)信道中偵聽到的業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)以及信道功率統(tǒng)計(jì)，若業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)值越高表明信道繁忙程度越高。若信道業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)值較低，但信道功率統(tǒng)計(jì)值較高，此時(shí)可認(rèn)為信道存在干擾或噪聲功率高，應(yīng)該認(rèn)定信道質(zhì)量較差，可統(tǒng)一將信道狀態(tài)歸類為忙。信道忙閑統(tǒng)計(jì)模塊輸出可作為MAC層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)射通道優(yōu)選的主要依據(jù)，同時(shí)，若信道條件不允許某分組接入信道時(shí)，信道忙閑統(tǒng)計(jì)模塊輸出也可作為MAC層回退算法的運(yùn)行依據(jù)。
[0054]信道忙閑程度統(tǒng)計(jì)為節(jié)點(diǎn)選擇發(fā)射物理信道提供主要依據(jù)，但源節(jié)點(diǎn)發(fā)射信道的選擇還應(yīng)綜合考慮一跳接收節(jié)點(diǎn)在Hello信息中提供的一跳節(jié)點(diǎn)自身當(dāng)前接收通道。在信道忙閑程度區(qū)別不大前提下，優(yōu)選一跳節(jié)點(diǎn)未占用接收通道。在信道選擇完畢后，就可以將待發(fā)送的業(yè)務(wù)進(jìn)行組幀發(fā)射。
[0055]在本步驟中，本發(fā)明采用信道總功率和有效信號(hào)檢測(cè)信道忙閑程度估計(jì)策略。依據(jù)該策略，可保證發(fā)射信道為最優(yōu)信道，可提高信號(hào)傳輸質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)容量。
[0056]5)、若節(jié)點(diǎn)經(jīng)頻點(diǎn)評(píng)估確定某通道有頻點(diǎn)被干擾，則暫時(shí)關(guān)閉該發(fā)射物理信道，并于Hello報(bào)文中增加受干擾頻點(diǎn)更新信息(包括被干擾頻點(diǎn)和替換頻點(diǎn))，該節(jié)點(diǎn)所有一跳節(jié)點(diǎn)回復(fù)確認(rèn)信息，源節(jié)點(diǎn)收到確認(rèn)信息后關(guān)閉受干擾通知信息。一跳節(jié)點(diǎn)在回復(fù)確認(rèn)信息后，于Hello報(bào)文中增加受干擾頻點(diǎn)更新信息，并等待其一跳節(jié)點(diǎn)回復(fù)確認(rèn)信息，一跳節(jié)點(diǎn)收到確認(rèn)信息后關(guān)閉受干擾通知信息。已完成更新信息發(fā)送節(jié)點(diǎn)后續(xù)收到鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)來干擾頻點(diǎn)信息相同更新信息，只回復(fù)確認(rèn)信息而不轉(zhuǎn)發(fā)，以上流程直至全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)完成回復(fù)確認(rèn)為止。
[0057]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法，設(shè)計(jì)了一種適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理系統(tǒng)，硬件部分米用 Freescale 公司 Mpc8270 PowerPC和 Altera公司 Stratix III FPGA,軟件部分包含頻譜感知模塊、自適應(yīng)頻點(diǎn)分配模塊、信道忙閑統(tǒng)計(jì)模塊、頻率表更新協(xié)議模塊。
[0058](I)頻譜感知模塊:
[0059]對(duì)輸入數(shù)據(jù)parallel_demodule_input經(jīng)與本地各頻點(diǎn)并行混頻并經(jīng)匹配濾波后，采用滑窗遞歸模式進(jìn)行信號(hào)功率估計(jì)，同時(shí)與本地同步序列進(jìn)行相關(guān)處理。若功率估計(jì)結(jié)果gain_para高于信號(hào)強(qiáng)度門限，同時(shí)同步相關(guān)檢測(cè)無峰值出現(xiàn)，則表明該頻點(diǎn)因被干擾而需從頻率集中刪除。
[0060](2)自適應(yīng)頻點(diǎn)分配模塊:
[0061 ] 物理信道被初始劃分為m個(gè),每個(gè)物理信道初始分配η個(gè)頻點(diǎn)，即第i個(gè)信道頻點(diǎn)集為(fn，fi2，…，fin)，其中i e [1，2，...，!!!]。依據(jù)頻譜感知模塊對(duì)各頻點(diǎn)受干擾情況判斷，自適應(yīng)頻點(diǎn)分配模塊完成各通道頻率集受干擾頻點(diǎn)更新。更新規(guī)則為:依據(jù)信道忙閑統(tǒng)計(jì)模塊的信道功率統(tǒng)計(jì)輸出，選擇其它物理信道功率最小頻點(diǎn)代替本通道受干擾頻點(diǎn)。
[0062](3)信道忙閑統(tǒng)計(jì)模塊:
[0063]信道忙閑程度統(tǒng)計(jì)依據(jù)為物理層一定時(shí)間內(nèi)信道中偵聽到的業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)以及信道功率統(tǒng)計(jì)。業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)值越高表明信道繁忙程度越高。若信道業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)值較低，但信道功率統(tǒng)計(jì)值較高，此時(shí)可認(rèn)為信道存在干擾或噪聲功率高，應(yīng)該認(rèn)定信道質(zhì)量較差，可統(tǒng)一將信道狀態(tài)歸類為忙。信道忙閑統(tǒng)計(jì)模塊輸出可作為MAC層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)射通道優(yōu)選的主要依據(jù)，同時(shí)，若信道條件不允許某分組接入信道時(shí)，信道忙閑統(tǒng)計(jì)模塊輸出也可作為MAC層回退算法的運(yùn)行依據(jù)。
[0064]信道忙閑程度統(tǒng)計(jì)為節(jié)點(diǎn)選擇發(fā)射物理信道提供主要依據(jù)，但源節(jié)點(diǎn)發(fā)射信道的選擇還應(yīng)綜合考慮一跳接收節(jié)點(diǎn)在Hello信息中提供的一跳節(jié)點(diǎn)自身當(dāng)前接收通道。在信道忙閑程度區(qū)別不大前提下，優(yōu)選一跳節(jié)點(diǎn)未占用接收通道。
[0065](4)頻率表更新協(xié)議模塊:
[0066]若節(jié)點(diǎn)經(jīng)頻譜感知確定某通道有頻點(diǎn)被干擾，則暫時(shí)關(guān)閉該發(fā)射物理信道，并于Hello報(bào)文中增加受干擾頻點(diǎn)更新信息(包括被干擾頻點(diǎn)和替換頻點(diǎn))，該節(jié)點(diǎn)所有一跳節(jié)點(diǎn)回復(fù)確認(rèn)信息，源節(jié)點(diǎn)收到確認(rèn)信息后關(guān)閉受干擾通知信息。一跳節(jié)點(diǎn)在回復(fù)確認(rèn)信息后，于Hello報(bào)文中增加受干擾頻點(diǎn)更新信息，并等待其一跳節(jié)點(diǎn)回復(fù)確認(rèn)信息，一跳節(jié)點(diǎn)收到確認(rèn)信息后關(guān)閉受干擾通知信息。已完成更新信息發(fā)送節(jié)點(diǎn)后續(xù)收到鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)來干擾頻點(diǎn)信息相同更新信息，只回復(fù)確認(rèn)信息而不轉(zhuǎn)發(fā)，以上流程直至全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)完成回復(fù)確認(rèn)為止。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理方法，包含以下步驟: 步驟I)、對(duì)各頻點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估確認(rèn)各頻點(diǎn)是否被干擾； 步驟2)、將跳頻全頻段劃分為m個(gè)物理信道，每個(gè)物理信道初始分配η個(gè)頻點(diǎn)組成頻率集; 步驟3)、若確定某物理信道有頻點(diǎn)被干擾，則暫時(shí)關(guān)閉該物理信道，選擇其它物理信道中功率最小頻點(diǎn)代替該物理信道中受干擾頻點(diǎn)，待受干擾頻點(diǎn)替換完成后該物理信道再恢復(fù)正常； 步驟4)、節(jié)點(diǎn)MAC層待發(fā)送信息發(fā)送時(shí)，依據(jù)當(dāng)前各物理信道忙閑程度動(dòng)態(tài)選擇當(dāng)前最空閑物理信道； 步驟5)、用選中的物理信道對(duì)組幀后數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制和跳頻發(fā)射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理方法，其特征在于所述步驟I)中各頻點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估的方法為: 對(duì)輸入數(shù)據(jù)經(jīng)與本地各頻點(diǎn)并行混頻并經(jīng)匹配濾波后，采用滑窗遞歸模式進(jìn)行信號(hào)功率估計(jì)，同時(shí)與本地同步序列進(jìn)行相關(guān)處理，若功率估計(jì)結(jié)果高于信號(hào)強(qiáng)度門限，同時(shí)同步相關(guān)檢測(cè)無峰值出現(xiàn)，則表明該頻點(diǎn)被干擾。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理方法，其特征在于所述步驟3)中還包含根據(jù)頻點(diǎn)評(píng)估更新頻率表，具體步驟為: 步驟3.1)、若節(jié)點(diǎn)確定某物理信道有頻點(diǎn)被干擾，則暫時(shí)關(guān)閉該發(fā)射物理信道，并于Hello報(bào)文中增加受干擾頻點(diǎn)更新信息； 步驟3.2)、該節(jié)點(diǎn)所有一跳節(jié)點(diǎn)回復(fù)確認(rèn)信息，源節(jié)點(diǎn)收到確認(rèn)信息后關(guān)閉受干擾通知信息； 步驟3.3)、一跳節(jié)點(diǎn)在回復(fù)確認(rèn)信息后，于Hello報(bào)文中增加受干擾頻點(diǎn)更新信息，并等待其一跳節(jié)點(diǎn)回復(fù)確認(rèn)信息，一跳節(jié)點(diǎn)收到確認(rèn)信息后關(guān)閉受干擾通知信息； 步驟3.4)、已完成更新信息發(fā)送節(jié)點(diǎn)后續(xù)收到鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)來干擾頻點(diǎn)信息相同更新信息，只回復(fù)確認(rèn)信息而不轉(zhuǎn)發(fā)，以上流程直至全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)完成回復(fù)確認(rèn)為止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理方法，其特征在于所述步驟4)中選擇當(dāng)前最空閑物理信道的方法為: 步驟4.1)、根據(jù)物理層一定時(shí)間內(nèi)物理信道中偵聽到的業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)以及信道功率統(tǒng)計(jì)，若業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)值高，或者信道業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)值較低，但信道功率統(tǒng)計(jì)值較高時(shí)，將物理信道狀態(tài)歸類為忙； 步驟4.2)、從物理信道狀態(tài)歸類為非忙的物理信道中選擇業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)值最低的物理信道，若物理信道忙閑程度區(qū)別不大前提下，選擇一跳節(jié)點(diǎn)未占用接收通道。
5.一種適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理系統(tǒng)，包含頻譜感知模塊、自適應(yīng)頻點(diǎn)分配模塊、信道忙閑統(tǒng)計(jì)模塊，其特征在于: 所述頻譜感知模塊用于對(duì)各頻點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估確認(rèn)頻點(diǎn)是否受干擾； 所述自適應(yīng)頻點(diǎn)分配模塊用于將跳頻全頻段劃分為m個(gè)物理信道，每個(gè)物理信道初始分配η個(gè)頻點(diǎn)組成頻率集，若某物理信道中有頻點(diǎn)受干憂，則暫時(shí)關(guān)閉該發(fā)射物理，選擇其它物理信道中功率最小頻點(diǎn)代替中受干擾頻點(diǎn)，待受干擾頻點(diǎn)替換完成后該物理信道再恢復(fù)正常； 所述信道忙閑統(tǒng)計(jì)模塊用于在節(jié)點(diǎn)MAC層待發(fā)送信息發(fā)送時(shí)，依據(jù)當(dāng)前各物理信道忙閑程度動(dòng)態(tài)選擇當(dāng)前最空閑物理信道，對(duì)組幀后數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制和跳頻發(fā)射。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理系統(tǒng)，其特征在于所述信道忙閑統(tǒng)計(jì)模塊根據(jù)物理層一定時(shí)間內(nèi)物理信道中偵聽到的業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)以及信道功率統(tǒng)計(jì)，若業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)值高，或者信道業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)值較低，但信道功率統(tǒng)計(jì)值較高時(shí)，將物理信道狀態(tài)歸類為忙；從物理信道狀態(tài)歸類為非忙的物理信道中選擇業(yè)務(wù)量統(tǒng)計(jì)值最低的物理信道，若物理信道忙閑程度區(qū)別不大前提下，選擇一跳節(jié)點(diǎn)未占用接收通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理系統(tǒng)，其特征在于所述頻譜感知模塊對(duì)輸入數(shù)據(jù)經(jīng)與本地各頻點(diǎn)并行混頻并經(jīng)匹配濾波后，采用滑窗遞歸模式進(jìn)行信號(hào)功率估計(jì)，同時(shí)與本地同步序列進(jìn)行相關(guān)處理，若功率估計(jì)結(jié)果高于信號(hào)強(qiáng)度門限，同時(shí)同步相關(guān)檢測(cè)無峰值出現(xiàn)，則表明該頻點(diǎn)被干擾。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種適用于航空自組網(wǎng)多通道自適應(yīng)跳頻處理系統(tǒng)，其特征在于還包含頻率表更新協(xié)議模塊，所述頻率表更新協(xié)議模塊用于更新頻率表，根據(jù)頻譜感知模塊確定某通道有頻點(diǎn)被干擾時(shí)，則暫時(shí)關(guān)閉該發(fā)射物理信道，并于Hello報(bào)文中增加受干擾頻點(diǎn)更新信息，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)所有一跳節(jié)點(diǎn)回復(fù)確認(rèn)信息，源節(jié)點(diǎn)收到確認(rèn)信息后關(guān)閉受干擾通知信息；一跳節(jié)點(diǎn)在回復(fù)確認(rèn)信息后，于Hello報(bào)文中增加受干擾頻點(diǎn)更新信息，并等待其一跳節(jié)點(diǎn)回復(fù)確認(rèn)信息，一跳節(jié)點(diǎn)收到確認(rèn)信息后關(guān)閉受干擾通知信息；已完成更新信息發(fā)送節(jié)點(diǎn)后續(xù)收到鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)來干擾頻點(diǎn)信息相同更新信息，只回復(fù)確認(rèn)信息而不轉(zhuǎn)發(fā)，以上流程直至全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)完成回復(fù)確認(rèn)為止。
【文檔編號(hào)】H04B1/715GK104270169SQ201410562274
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】仇啟明, 方正, 丁勇飛, 彭文攀, 靳超, 殷曉晨 申請(qǐng)人:中國航空無線電電子研究所