CN108173555A - 一种基于多参数状态机的波形控制方法 - Google Patents

一种基于多参数状态机的波形控制方法 Download PDF

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叶峻
冯岗
文明
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Abstract

本发明公开了一种基于多参数状态机的波形控制方法，本发明面向自适应控制通信传输系统，利用多参数状态机实现基于应用需求、传输环境的动态自适应波形控制机制，本发明提供传输状态与波形的对应控制，并实现波形参数与传输环境的动态调整。本发明将参数控制和参数化波形设计相结合，利用软件无线电开发平台，提供一整套从任务输入、波形控制、波形设计和硬件平台实现的自适应传输解决方案，解决自适应传输系统中波形参数匹配任务和环境动态变化的问题。

Description

一种基于多参数状态机的波形控制方法
技术领域
本发明涉及基于多参数状态机的波形控制方法，适用于自适应通信传输系统，属于通信传输技术领域。
背景技术
随着软件无线电技术和传输硬件平台的发展，通信传输系统可配置和自适应能力得到较大增强，单通信传输平台不仅可以根据信道环境进行实时波形参数自适应变化，同时还可以加载适用于不同使用场景的波形，在任务执行过程中，使用场景和传输环境的动态变化对通信传输系统的自适应能力提出了很高的要求。
参数可变化传输系统随着软硬件技术逐渐向软件化、多功能发展，一方面，软件无线电构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，把尽可能多的无线通信功能，如工作频段、调制解调类型、加密模式、通信协议等用软件来实现，其实现多波段、多体制、多制式的通用式的接收和发送，达到通信设备之间的互联互通。另一方面，通信传输系统不仅需要支持话音通信，同时支持高速率数据和多媒体业务的传输，对于复杂任务系统，业务对通信性能的要求具有事变的特性，同时由于无线信道引入严重的阴影和多径衰落，需要链路调整来提高通信性能的自适应性。参数自适应根据无线信道的变化动态地调整发送参数，使信道容量或系统性能达到最佳。
多状态和多参数波形在动态使用中面临控制复杂的问题，不仅需要能够在连续任务中变换和加载不同波形，同时不同的波形还要通过调整参数来匹配传输环境状态，目前的波形控制和设计技术方法主要聚焦单种波形的自适应控制，难以解决多波形切换和参数自适应调整的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供本发明提供一种基于多参数状态机的波形控制方法，包含了多参数状态机参数化波形设计环境和方法、无线电平台，以及多参数状态机相关的多参数状态机输入、状态和参数设计方法、与其他网络节点状态参数协调模块。
本发明是根据以下技术方案实现的：
一种基于多参数状态机的波形控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：根据通信设备任务应用和使用环境，确定工作的状态集合，根据使用的波形和硬件设备确定参数集合，根据设备自身具备的环境感知能力确定传输环境集合；
步骤二：根据任务过程出现的情况确定状态转换流图；
步骤三：在任务过程中，利用状态流图接收实时任务情况和传输环境状态，根据状态和参数设计模块，利用基于权重评估的波形参数方法输出状态切换结果、参数输出结果、配置参数结果；
步骤四：单个节点将状态和参数调整传递到其他网络节点或网络控制中心，通过后进入下一步骤，不通过则保持原有状态和参数；
步骤五：根据步骤四输出的状态切换结果和参数输出结果，在参数化波形设计环境下，进行波形切换或波形参数自适应调整设计，参数化波形设计环境包含参数化波形模块库和模块化波形处理单元，输出软件无线电硬件平台配置参数和波形源代码。
步骤六：将步骤五产生的配置参数和波形源代码下载到无线电平台，完成传输设备状态切换和参数自适应调整。
上述技术方案中，步骤一中的参数集合包括调整参数集合以及其他配置参数集合。
上述技术方案中，步骤二中的状态转换流图包括可切换状态、可切换状态关系以及参数调整状态。
上述技术方案中，步骤三中，利用用状态流图、接收实时任务情况和传输环境状态，根据状态和参数设计模块输出状态切换结果、参数输出结果、配置参数结果。
上述技术方案中，步骤三中的波形权重向量根据对于不同的状态采用不同的评价向量。
上述技术方案中，步骤三中对波形样本库进行评价排序，选取部分靠前的波形作为相应状态对应的使用波形，整理这些波形可调整的参数，形成相应的可调整参数集合。
上述技术方案中，步骤五中的参数化波形设计环境包含参数化波形模块库、模块化波形处理单元及其波形验证模块，输出软件无线电硬件平台配置参数和波形源代码。
上述技术方案中，步骤五中的参数化波形设计环境采用参数化波形模块和参数传递进行波形设计。
上述技术方案中，步骤六中无线电平台通过源码编译器，编译生成硬件平台使用的运行代码，无线电平台支持各种状态采用波形所需的硬件功能，并支持参数化波形加载。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明将参数控制和参数化波形设计相结合，利用无线电开发平台，提供一整套从任务输入、波形控制、波形设计和硬件平台实现的自适应传输解决方案，解决自适应传输系统中波形参数匹配任务和环境动态变化的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为基于多参数状态机的波形控制架构示意图；
图2为建立的状态机转换图实例示意图；
图3为基于权重评估的波形参数设计方法示意图；
图4为参数化波形设计环境示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本发明的具体实施例中，图1为基于多参数状态机的波形控制架构示意图；如图1所示，本发明基于多参数状态机的波形控制方法，包括如下步骤：
步骤一：根据通信设备任务应用和使用环境，确定可能工作的状态集合S，根据使用的波形和硬件设备确定调整参数集合Sp和其他配置参数集合Sc，根据设备自身具备的环境感知能力确定传输环境集合Se。
集合定义：状态集合S＝{静默、宽带高速、常规、抗干扰、LPD/LPI、……}；调整参数集合Sp＝{调制编码、扩频、占空比、带宽、频点、……}；传输环境集合Se＝{信噪比、信干比、对抗/常规条件、……}；其他配置参数集合Sc＝{跳频/定频、定向收发、MIMO、射频收发状态……}。
步骤二：根据任务过程可能出现的情况确定状态转换流图，状态转换流图包括可切换状态、可切换状态关系以及参数调整状态。如图2中以四种状态为示例，假设状态B为静默状态，在考虑到隐身性的时候，其他状态A/C/D都可能转移到静默状态B，同时状态B可以转移到其他状态，考虑到静默状态处于宽带侦听，一般不进行参数调整，所以图2中状态B没有参数调整。假设状态A为高速传输状态，状态A能进行参数调整，例如自适应调制编码、自适应带宽调整等，同时能够和状态B相互转移，也能转移到状态C。以此类推，其他设计的状态根据应用环境和性能特点建立状态关系和参数调整关系。同时不同状态可确定相应的配置参数集合。
步骤三：在任务过程中，利用状态流图，接收实时任务情况和传输环境状态，根据状态和参数设计模块输出状态切换结果、参数输出结果、配置参数结果。
状态和参数设计模块，可用下面关系式表示：
{so,S'p,Sc'}＝F{si,Sp,Se}
其中si,Sp,Se分表表示当前状态、调整参数集合和传输环境集合，so,S'p,Sc'表示输出状态、输出的调整参数集合和输出的其他配置参数集合，对于状态切换可简化为{so,S'p,Sc'}＝F{si,Sp,Se}，对于参数调整可简化为{S'p}＝F{Sp,Se}。
状态和参数设计模块采用如图3所示的基于权重评估的波形参数设计方法，首先根据应用需求确定步骤二中的状态集合，先建立性能评价向量W＝{w1,w2,w3,…}，以四种评价指标为示例，例如W＝{传输速率、频谱效率、发射功率、截获概率}，评价向量可根据实践经验、专家打分等方式确定。其次根据参数化波形设计环境提供的参数化波形模块库建立平台可使用的波形集合，形成波形样本库。
基于权重评估的波形参数设计方法利用通过权重进行评价的方法，结合TOPSIS、层次分析法等评价方法使用。对于不同的状态A、B、…N，采用不同的评价向量WA、WB、…WN，评价向量的值的差异代表了状态偏好，然后对波形样本库进行评价排序，选取部分靠前的波形作为相应状态对应的使用波形，整理这些波形可调整的参数，形成相应的可调整参数集合由于各状态差异一般较大，相应的可调参数集合差异也大。在确定状态和相应的可调参数集合以后，根据状态确定相应配置参数，根据环境状态确定可调整的参数值，结合步骤二中的多参数状态机输出最终的波形参数。
步骤四：单个节点将状态和参数调整传递到其他网络节点或网络控制中心，在通过后进入下一步骤，不通过则保持原有状态和参数。整个通信网络所有节点都用发明的多参数状态机控制方法，区域单个子网节点的状态机相似，保证网络内节点能够相互收发。状态数目多的状态机适合于点对点测控、小规模组网等应用，一般的自适应传输系统都可采用状态数目少的状态机。
步骤五：根据步骤四输出的状态切换结果和参数输出结果，在参数化波形设计环境下，进行波形切换或波形参数自适应调整设计，参数化波形设计环境包含参数化波形模块库和模块化波形处理单元，输出软件无线电硬件平台配置参数和波形源代码。参数化波形模块库包含了调制、编码、交织等通信传输的处理模块，各模块的使用以参数调用的方式进行。模块化波形处理单元以根据步骤四输入的波形参数和模块库，自动生成波形，并进行代码验证，最后输出波形代码和部分配置参数。
图4为参数化波形设计环境示意图。步骤五中的参数化波形设计环境包含参数化波形模块库、模块化波形处理单元及其波形验证模块，输出软件无线电硬件平台配置参数和波形源代码，或者步骤五中的参数化波形设计环境采用参数化波形模块和参数传递进行波形设计。
步骤六：将步骤五产生的配置参数和波形源代码下载到无线电平台，完成传输设备状态切换和参数自适应调整。无线电平台通过C、HDL等源码编译器，编译生成硬件平台使用的运行代码，无线电平台支持各种状态采用的波形所需的硬件功能，在不能满足时，部分波形在步骤五中验证不能通过。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种基于多参数状态机的波形控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：根据通信设备任务应用和使用环境，确定工作的状态集合，根据使用的波形和硬件设备确定参数集合，根据设备自身具备的环境感知能力确定传输环境集合；
步骤二：根据任务过程出现的情况确定状态转换流图；
步骤三：在任务过程中，利用状态流图接收实时任务情况和传输环境状态，根据状态和参数设计模块，利用基于权重评估的波形参数方法输出状态切换结果、参数输出结果、配置参数结果；
步骤四：单个节点将状态和参数调整传递到其他网络节点或网络控制中心，通过后进入下一步骤，不通过则保持原有状态和参数；
步骤五：根据步骤四输出的状态切换结果和参数输出结果，在参数化波形设计环境下，进行波形切换或波形参数自适应调整设计，参数化波形设计环境包含参数化波形模块库和模块化波形处理单元，输出软件无线电硬件平台配置参数和波形源代码。
步骤六：将步骤五产生的配置参数和波形源代码下载到无线电平台，完成传输设备状态切换和参数自适应调整。
2.根据权利要求1所述的一种基于多参数状态机的波形控制方法，其特征在于，步骤一中的参数集合包括调整参数集合以及其他配置参数集合。
3.根据权利要求1所述的一种基于多参数状态机的波形控制方法，其特征在于，步骤二中的状态转换流图包括可切换状态、可切换状态关系以及参数调整状态。
4.根据权利要求1所述的一种基于多参数状态机的波形控制方法，其特征在于，步骤三中，利用用状态流图、接收实时任务情况和传输环境状态，根据状态和参数设计模块输出状态切换结果、参数输出结果、配置参数结果。
5.根据权利要求1所述的一种基于多参数状态机的波形控制方法，其特征在于，步骤三中的波形权重向量根据对于不同的状态采用不同的评价向量。
6.根据权利要求1所述的一种基于多参数状态机的波形控制方法，其特征在于，步骤三中对波形样本库进行评价排序，选取部分靠前的波形作为相应状态对应的使用波形，整理这些波形可调整的参数，形成相应的可调整参数集合。
7.根据权利要求1所述的一种基于多参数状态机的波形控制方法，其特征在于，步骤五中的参数化波形设计环境包含参数化波形模块库、模块化波形处理单元及其波形验证模块，输出软件无线电硬件平台配置参数和波形源代码。
8.根据权利要求1所述的一种基于多参数状态机的波形控制方法，其特征在于，步骤五中的参数化波形设计环境采用参数化波形模块和参数传递进行波形设计。
9.根据权利要求1所述的一种基于多参数状态机的波形控制方法，其特征在于，步骤六中无线电平台通过源码编译器，编译生成硬件平台使用的运行代码，无线电平台支持各种状态采用波形所需的硬件功能，并支持参数化波形加载。
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