CN106330256B - 一种基于无线电的跳频方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线电的跳频方法，包括如下步骤：步骤一，检测并获取现有网络中的频谱资源；步骤二，对步骤一种获取的频谱资源进行频谱空穴检测；步骤三，根据步骤二中获得的频谱空穴确定可用信道；步骤四，根据步骤三中获得的可用信道生成跳频序列，并根据跳频序列进行跳频通信；步骤五，检测此时跳频通信中的工作信号，检测信道内是否出现主用户，若没有出现主用户返回步骤四继续进行跳频通信，若出现主用户，则先缩减跳频通信带宽，空出缓冲带宽。本发明的基于无线电的跳频方法，通过步骤四和步骤五的设置，就可以有效的在主用户与跳频通信冲突的时候，起到一个缓冲的作用，避免了现有技术中跳频数据丢失，误差变大的问题。

Description

一种基于无线电的跳频方法

技术领域

本发明涉及一种跳频方法，更具体的说是涉及一种基于无线电的跳频方法。

背景技术

跳频通信是扩频通信的一种方式，其方式是使发射机频率在一组预先指定的频率上按照编码序列所规定的顺序离散的跳变，从而扩展发射波的频谱。经跳频方式扩频后的信号频率在较宽的频率范围内跳变，以躲避方式对抗通信中的干扰，在常规跳频通信系统中，跳频序列发生器所产生的载频序列是按照通信双方事先规定的协议遍历跳频频率集的每一个频点，由于通信时并不对频率集的频点进行质量分析，如果频点受到了严重干扰，该频点传输的信息难以提取，就会造成大量的误码。

认知无线电则是一种智能化无线电，其是通过频谱感知技术先检测到网络中的频谱空穴，然后再利用频谱空穴进行通信，因而可以用认知无线的频谱感知技术避开干扰点，对跳频的频段进行有效的筛选采集，这样就可以改善无线电台对电磁环境的适应性、增加频谱资源的利用率、减少电台之间的干扰，然而现有的跳频系统在使用频谱空穴的过程中，是完全使用该频谱的全部带宽，因而在信道内出现主用户的时候，为了不影响主用户的体验，就需要及时快速的跳出去，而现有的切换速度受到硬件设备的影响，因而不能够达到很快，那么在不能够及时切换的时候，就会影响到主用户的体验，而且在切换的过程中没有前期的一个缓冲作用，所以很容易导致跳频系统中数据丢失，或是跳频变化，这样就会导致跳频传输误差变大的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可以有效的不影响主用户的体验、避免跳频传输误差变大的基于认知无线电的跳频方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于无线电的跳频方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一，检测并获取现有网络中的频谱资源；

步骤二，对步骤一中获取的频谱资源进行频谱空穴检测；

步骤三，根据步骤二中获得的频谱空穴确定可用信道；

步骤四，根据步骤三中获得的可用信道生成跳频序列，并根据跳频序列进行跳频通信；

步骤五，检测此时跳频通信中的工作信号，检测信道内是否出现主用户，若没有出现主用户返回步骤四继续进行跳频通信，若出现主用户，则先缩减跳频通信带宽，空出缓冲带宽，并同时返回步骤二重新检测频谱空穴，同时检测主用户是否继续存在，若主用户继续存在则继续缩减跳频带宽，直至完全退出，使用新的频谱空穴，返回步骤三，若主用户不存在则增加跳频带宽，返回步骤四重新进行跳频通信。

作为本发明的进一步改进，所述步骤二中的频谱空穴检测步骤如下：

(1)、根据下列公式计算某一信道的信号强度值RSSI：

其中，G为反馈的前端增益，Vc为ADC输入电平值，f(t)为ADC的输入电压，R为输入电阻，-T/2和T/2均为时刻，dt为单位时间，T为时间段；

(2)、将表示该信道的信息传输给MAC；

(3)、MAC控制选择已有的频谱感知算法进一步检测，并设立门限值γ，将RSSI与门限值γ相比较，若RSSI大于门限值γ，则表示此时有主用户存在，若RSSI小于门限值γ，则表示此时频谱处于空穴状态。

作为本发明的进一步改进，所述步骤五中的跳频通信带宽的计算公式如下：

其中，Wx为跳频通信带宽，W为频谱带宽，t为主用户的存在时间。

作为本发明的进一步改进，所述步骤五中还设有主用户存在时间阈值Th，若主用户的存在时间t大于时间阈值Th，则跳频通信完全退出带宽，若主用户的存在时间t小于时间阈值Th，则在t的时间内通过公式缩减跳频带宽，t时间结束以后返回步骤四继续进行跳频通信。

作为本发明的进一步改进，所述步骤四中的跳频序列生成步骤包括：

41，将信道带宽分成多个逻辑子带，并获取指定的逻辑子带的初始相位；

42，对步骤41中的获得的初始相位根据预定的子带移位值进行移相获得第一跳频时间点处的相位；

43，利用随机数公式对预定的子带移位值进行计算得到新的子带移位值，同时将第一跳频点的相位根据新的子带移位值进相位移动，获得第二跳频点；

44，继续利用随机数公式对步骤43中新的子带移位值计算获得下一个子带移位值，同时将第二跳频点的相位根据新的子带移位值进相位移动，获得第三跳频点，往复循环步骤44获得跳频序列。

作为本发明的进一步改进，所述步骤43中的随机数产生公式如下：

ri＝(a*ri-1+b)；

其中，ri为随机数，a和b均为预定常数，移位值的计算为将移位值的数值加ri的数值即为新的移位值。

本发明的有益效果，通过步骤一的设置，就可以有效的检测并获取频谱资源，通过步骤二的设置，就可以有效的对获取到的频谱资源进行空穴检测，然后通过步骤三的设置就可以确定可用信道，通过步骤四的设置，就可以有效的生跳频序列实现跳频通信，而通过步骤五的设置，就可以在跳频通信的过程中该信道的主用户是否出现，若是出现主用户则通过缩减跳频通信带宽，然后完全退出的方式，有效的实现了一个缓冲的作用，避免了现有技术中由于直接切换导致的数据丢失的问题，同时也不会影响主用户对频谱的使用，而且，在主用户只是临时使用一下频谱的时候，跳频通信并不会完全退出信道，这样就不会需要再次进行频谱空穴检测和替换了，有效的增加了跳频通信的效率。

具体实施方式

下面将所给出的实施例对本发明做进一步的详述。

本实施例的一种基于无线电的跳频方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一，检测并获取现有网络中的频谱资源；

步骤二，对步骤一中获取的频谱资源进行频谱空穴检测；

步骤三，根据步骤二中获得的频谱空穴确定可用信道；

步骤四，根据步骤三中获得的可用信道生成跳频序列，并根据跳频序列进行跳频通信；

步骤五，检测此时跳频通信中的工作信号，检测信道内是否出现主用户，若没有出现主用户返回步骤四继续进行跳频通信，若出现主用户，则先缩减跳频通信带宽，空出缓冲带宽，并同时返回步骤二重新检测频谱空穴，同时检测主用户是否继续存在，若主用户继续存在则继续缩减跳频带宽，直至完全退出，使用新的频谱空穴，返回步骤三，若主用户不存在则增加跳频带宽，返回步骤四重新进行跳频通信，在使用跳频方法的过程中，首先通过步骤一获取频谱资源，再通过步骤二检测频谱空穴，从而通过步骤三确定可用信道，然后通过步骤四进行跳频通信，最后通过步骤五，检测跳频通信中的主用户出现情况，并且在主用户出现的时候，设立缓冲区先给主用户使用，同时缓冲区是缓缓变大的，其中本实施例中的缓冲区是通过缓缓缩减跳频通信带宽来实现的，这样就可以为主用户让出带宽起到了一个预先准备的作用，因为现有的主用户使用频谱带宽的过程中带宽占用也是一个缓缓增大的过程，因而将缓冲区缓缓增大可以有效的配合主用户的使用，实现了不影响主用户的效果，同时也提供了跳频通信足够的时间去退出信道，避免了现有技术中突然切换信道导致的数据丢失的问题，并且还可以在主用户只是临时占用一下信道的时候，继续保留跳频通信，有效的增加的跳频通信的效率。

作为改进的一种具体实施方式，所述步骤二中的频谱空穴检测步骤如下：

(1)、根据下列公式计算某一信道的信号强度值RSSI：

其中，G为反馈的前端增益，Vc为ADC输入电平值，f(t)为ADC的输入电压，R为输入电阻，-T/2和T/2均为时刻，dt为单位时间，T为时间段；

(2)、将表示该信道的信息传输给MAC；

(3)、MAC控制选择已有的频谱感知算法进一步检测，并设立门限值γ，将RSSI与门限值γ相比较，若RSSI大于门限值γ，则表示此时有主用户存在，若RSSI小于门限值γ，则表示此时频谱处于空穴状态，通过将输入电压除于输入电阻并且积分后平方，然后再乘以时间段的倒数，再平方，然后再乘以电平值的平方除于输入电阻R，信道的能量就是在于信道上的输入电流流过输入电阻所产生的能量，其中这里的输入电阻包括信道线路本身的电阻和用户使用时所产生的负载电阻，所以通过计算信道的输入电阻所消耗的能量，就很好的计算出信道的能量，进而有效的检测出此时信道是否处于空穴状态了。

作为改进的一种具体实施方式，所述步骤五中的跳频通信带宽的计算公式如下：

其中，Wx为跳频通信带宽，W为频谱带宽，t为主用户的存在时间，其中本实施例中的t单位为秒，因而调频通信的带宽是以每秒十倍的速度进行缩减，一方面就可以很好的给主用户腾出信道空间，避免了主用户需要使用的时候带宽不够导致主用户使用体验受到影响的问题，并且主用户使用信道的过程中，其所需要的带宽大约是呈十倍增长的，所以设置十倍的速度缩减，更能够贴合主用户的使用，同时也给了跳频通信足够的时间进行调整，避免了现有技术中由于突然切换导致的数据丢失的问题。

作为改进的一种具体实施方式，所述步骤五中还设有主用户存在时间阈值Th，若主用户的存在时间t大于时间阈值Th，则跳频通信完全退出带宽，若主用户的存在时间t小于时间阈值Th，则在t的时间内通过公式缩减跳频带宽，t时间结束以后返回步骤四继续进行跳频通信，通过时间阈值Th的设置，就可以有效的判断出此时主用户是否是临时连接一下信道，这样就可以实现跳频通信能够更好的进行通信，而不会出现，主用户只是临时连接一下信道，而跳频通信系统重新选择信道，使得原来的信道空闲造成浪费的问题，同时也可以避免频繁的信道切换导致的跳频数据丢失的问题。

作为改进的一种具体实施方式，所述步骤四中的跳频序列生成步骤包括：

41，将信道带宽分成多个逻辑子带，并获取指定的逻辑子带的初始相位；

42，对步骤41中的获得的初始相位根据预定的子带移位值进行移相获得第一跳频时间点处的相位；

43，利用随机数公式对预定的子带移位值进行计算得到新的子带移位值，同时将第一跳频点的相位根据新的子带移位值进相位移动，获得第二跳频点；

44，继续利用随机数公式对步骤43中新的子带移位值计算获得下一个子带移位值，同时将第二跳频点的相位根据新的子带移位值进相位移动，获得第三跳频点，往复循环步骤44获得跳频序列，利用随机数公式对移位值进行改变，使得移位值的改变更加的随机，跳频通信中，跳频的随机性越强，那么被破译的难度就越高，这样进一步增加了跳频通信的安全性，并且是通过随机数公式产生的随机数，因而收发双方只需要使用同一个随机数公式即可，十分的简单方便，同时也不容易出现随机数不对应导致接收方无法接收的问题。

作为改进的一种具体实施方式，所述步骤43中的随机数产生公式如下：

ri＝(a*ri-1+b)；

其中，ri为随机数，a和b均为预定常数，移位值的计算为将移位值的数值加ri的数值即为新的移位值，可以看出上述公式可知a、b为一个不确定的数，因而通过改变a、b的值就可以有效的产生不同规律的随机数，所以就可以增加随机数的种数，使得跳频通信的变化更多，安全性更高，且在收发双方核对随机数公式的过程中只需要对应a、b的值即可，减少了信息量，同时也避免了由于a、b的被截获导致跳频通信被破解的问题，同时当发现被截获以后可以临时改变a、b的值就可以产生完全不同的随机数，进一步增加了安全性。

综上所述，本实施例的基于无线电的跳频方法，通过步骤一的设置就可以有效的获取频谱资源，通过步骤二、步骤三和步骤四的设置就可以有效的选择出可用信道并进行跳频通信，而通过步骤五的设置，就可以有效的在主用户需要使用信道的时候及时的腾出缓冲带宽，如此就可以有效的避免现有技术中影响主用户对频谱的使用，以及突然切换信道导致的跳频通信数据丢失的问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于无线电的跳频方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一，检测并获取现有网络中的频谱资源；

步骤二，对步骤一中获取的频谱资源进行频谱空穴检测；

步骤三，根据步骤二中获得的频谱空穴确定可用信道；

步骤四，根据步骤三中获得的可用信道生成跳频序列，并根据跳频序列进行跳频通信；

步骤五，检测此时跳频通信中的工作信号，检测信道内是否出现主用户，若没有出现主用户返回步骤四继续进行跳频通信，若出现主用户，则先缩减跳频通信带宽，空出缓冲带宽，并同时返回步骤二重新检测频谱空穴，同时检测主用户是否继续存在，若主用户继续存在则继续缩减跳频带宽，直至完全退出，使用新的频谱空穴，返回步骤三，若主用户不存在则增加跳频带宽，返回步骤四重新进行跳频通信。

2.根据权利要求1所述的基于无线电的跳频方法，其特征在于：所述步骤二中的频谱空穴检测步骤如下：

(1)、根据下列公式计算某一信道的信号强度值RSSI：

其中，G为反馈的前端增益，Vc为ADC输入电平值，f(t)为ADC的输入电压，R为输入电阻，-T/2和T/2均为时刻，dt为单位时间，T为时间段；

(2)、将表示该信道的信息传输给MAC；

(3)、MAC控制选择已有的频谱感知算法进一步检测，并设立门限值γ，将RSSI与门限值γ相比较，若RSSI大于门限值γ，则表示此时有主用户存在，若RSSI小于门限值γ，则表示此时频谱处于空穴状态。

3.根据权利要求1或2所述的基于无线电的跳频方法，其特征在于：所述步骤五中的跳频通信带宽的计算公式如下：

其中，Wx为跳频通信带宽，W为频谱带宽，t为主用户的存在时间。

4.根据权利要求3所述的基于无线电的跳频方法，其特征在于：所述步骤五中还设有主用户存在时间阈值Th，若主用户的存在时间t大于时间阈值Th，则跳频通信完全退出带宽，若主用户的存在时间t小于时间阈值Th，则在t的时间内通过公式缩减跳频带宽，t时间结束以后返回步骤四继续进行跳频通信。

5.根据权利要求1或2所述的基于无线电的跳频方法，其特征在于：所述步骤四中的跳频序列生成步骤包括：

41，将信道带宽分成多个逻辑子带，并获取指定的逻辑子带的初始相位；

42，对步骤41中的获得的初始相位根据预定的子带移位值进行移相获得第一跳频时间点处的相位；

43，利用随机数公式对预定的子带移位值进行计算得到新的子带移位值，同时将第一跳频点的相位根据新的子带移位值进相位移动，获得第二跳频点；

44，继续利用随机数公式对步骤43中新的子带移位值计算获得下一个子带移位值，同时将第二跳频点的相位根据新的子带移位值进相位移动，获得第三跳频点，往复循环步骤44获得跳频序列。

6.根据权利要求3所述的基于无线电的跳频方法，其特征在于：所述步骤四中的跳频序列生成步骤包括：

41，将信道带宽分成多个逻辑子带，并获取指定的逻辑子带的初始相位；

42，对步骤41中的获得的初始相位根据预定的子带移位值进行移相获得第一跳频时间点处的相位；

43，利用随机数公式对预定的子带移位值进行计算得到新的子带移位值，同时将第一跳频点的相位根据新的子带移位值进相位移动，获得第二跳频点；

44，继续利用随机数公式对步骤43中新的子带移位值计算获得下一个子带移位值，同时将第二跳频点的相位根据新的子带移位值进相位移动，获得第三跳频点，往复循环步骤44获得跳频序列。

7.根据权利要求5所述的基于无线电的跳频方法，其特征在于：所述步骤43中的随机数产生公式如下：

ri＝(a*ri-1+b)；

其中，ri为随机数，a和b均为预定常数，移位值的计算为将移位值的数值加ri的数值即为新的移位值。

8.根据权利要求6所述的基于无线电的跳频方法，其特征在于：所述步骤43中的随机数产生公式如下：

ri＝(a*ri-1+b)；

其中，ri为随机数，a和b均为预定常数，移位值的计算为将移位值的数值加ri的数值即为新的移位值。