CN110149123A - 一种小流量多用户非正交fhma通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种小流量多用户非正交FHMA通信方法，包括：提供一包含发送节点和接收节点的多用户通信网络；发送节点从所述多用户通信网络的上层获取待发送的信息块；发送节点将信息块处理为分割码块，并采用非正交FHMA技术发送分割码块；接收节点采用多通道信道化接收分割码块；接收节点将分割码块恢复为信息块。本发明的通信方法采用非正交FHMA技术，任意节点在任意时刻都可发送信息；并采用多相信道化接收技术，保证在时间不同步的情况下，某跳频频点发送信息时其余跳频频点能够接收信息不丢失，提高了通信效率。

Description

一种小流量多用户非正交FHMA通信方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，是一种多用户小流量终端组网信息交互时的非正交FHMA通信方法，适用于各种无中心的ad hoc网节点的组网控制信息传输、无线传感器节点的组网信息传输等场景。
背景技术
目前无线通信领域的多址方式主要分为：频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、扩频多址(SSMA)以及跳频多址(FHMA)。
其中，FDMA指一定数量的用户同时按不同频率传输信息，通常是采取固定分配方案，而不是随机或动态分配，各用户之间可不实时协调或同步，但存在总频谱利用率不高，效率较低，等问题。
TDMA指一定数量的用户使用同频在不同时间传输信息，故时分多址可以说是按时间分配的串行流程。与FDMA相比，频谱利用相对较高，用户还可以根据需要自行调整在频谱内的实用频段，但各用户必须保持时间协调，以免两个或多个信息冲突。目前多用户组网通信基本采用类似于TDMA方式的单信通信的网络结构，然而，由于采用类似于TDMA方式的单信通信的网络结构时，所有节点必须时间协调，为了避免冲突，两个节点的所有相邻节点都不能够进行信息传输，这就极大的限制了整个网络的工作效率和拓扑更新时间和通信延时。
CDMA/SSMA指同一时间利用同样频谱的大量用户，依靠独特码对每个信号逐个编码处理，互不干扰的并行传输信息，即：大量用户同时、同频、不同伪随机序列编码所实现的多址。采用类似于SSMA的方式进行多用户组网来进行通信，会导致远近效应，这直接制约了类似于SSMA的组网方式的规模。
FHMA指同一时间利用同样频谱的大量用户，依靠独特跳频图案依次在各个频点上互不干扰的并行传输信息，当跳频用户在时间上同步时称为正交FHMA，在时间上异步时称为非正交FHMA。传统FHMA通信技术一般为时间同步的正交FHMA，每个通信用户之间必须保持严格的时间同步，否则会造成严重的多址干扰，在无外部授时例如GPS等情况下，时间同步设计复杂且困难。因此，采用类似于正交FHMA的方式进行通信的多用户组网一般在应用方面受到约束，主要的应用场景在有中心的网络中，例如由基站和终端组成的通信网络，以实现每个终端严格和基站保持时间同步。随着网络用户规模的增加，需要增加总的频谱资源，多用户组网采用正交FHMA进行通信在应用方面受到的约束直接制约了FDMA的组网方式。
非时间同步的非正交FHMA技术由于存在多址干扰，目前尚无明确的实现技术和应用场景。
考虑到无中心的ad hoc(点对点)网络的信令控制通信的应用场景中，传统的基于正交时间同步的FHMA技术基本失效，因此需要提出一种新的FHMA通信方法。
发明内容
本方法的目的在于提出一种小流量多用户非正交FHMA通信方法，以实现各种多用户的ad hoc网络的通信而无需时间同步。
为了实现上述目的，本发明提供一种小流量多用户非正交FHMA通信方法，包括：
S1：提供一包含发送节点和接收节点的多用户通信网络；
S2：发送节点从所述多用户通信网络的上层获取待发送的信息块；
S3：发送节点将信息块处理为分割码块，并采用非正交FHMA技术发送分割码块；
S4：接收节点采用多通道信道化接收分割码块；
S5：接收节点将分割码块恢复为信息块。
其中，所述步骤S3包括：
步骤S31：预设一个由M个无线频点组成的无线频点集合，每个发送节点分别采用该无线频点集合中的所有频点预设一组跳频图案；
步骤S32：发送节点对信息块进行编码及CRC；
步骤S33：发送节点将经过编码的信息块分割成多个分割码块；
步骤S34：发送节点对各自的分割码块进行编码和CRC；
步骤S35：每个发送节点按各自的跳频图案顺序依次挑选无线频点来发送各个分割码块的信息。
在所述步骤S31中，多个节点的跳频图案具有相同的长度。
在所述步骤S32和步骤S34中的编码均采用1/3卷积编码。
在所述步骤S4中，每个接收的通道的中心频点为所述步骤S31中的M个无线频点。
所述步骤S4中的多通道信道化通过多个多相滤波器结构进行。
其中，所述步骤S5包括：
步骤S51：接收节点对每个分割码块做信道译码和CRC校验；
步骤S52：若所有分割码块都译码成功，则结束流程。
其中，所述步骤S5包括：
步骤S51：接收节点对每个分割码块做信道译码和CRC校验；
步骤S52：若存在分割码块译码失败，则由译码成功和译码失败的分割码块组成更新码块，进行信道译码和CRC校验；
步骤S53：若更新码块译码成功，则结束流程。
其中，所述步骤S4还包括：接收节点判断发送节点发送的信息块是否是首次进行接收或是否改变，若判断为首次进行接收或改变，则接收节点将当前码块初始化为零；
且所述步骤S5包括：
S51：接收节点对每个分割码块做信道译码和CRC校验；
S52：若存在分割码块译码失败，则由译码成功和译码失败的分割码块组成更新码块，进行信道译码和CRC校验；
S53：若译码失败，则对更新码块与当前码块进行合并增量译码。
所述小流量多用户非正交FHMA通信方法还包括步骤S54：若所述步骤S53中的合并增量译码成功，则结束流程；若合并增量译码不成功，则将当前码块和更新码块合并存储为当前码块，并重复步骤S3-S53直到译码成功。
本发明的小流量多用户非正交FHMA通信方法，其采用非正交FHMA技术来实现多用户的ad hoc网络的通信，无需时间同步，任意节点在任意时刻都可发送信息；并采用多相信道化接收技术，在接收发送节点的信号时同时可以接收非发送节点所采用的跳频频率上的信号，保证在时间不同步的情况下，某个跳频频点发送信息时其余跳频频点能够接收信息不丢失，提高了通信效率。同时，本发明采用多个跳频频点顺序发送同一个码块信息，并采用部分译码码块合并译码的增量译码技术，提高了节点接收到的信号时频资源冲突时的通信可靠性，因此多用户间无需时间同步即可进行随时通信，极大避免了多用户通信时的接收冲突问题，同时可以提高频谱利用率，有效支持类似ad hoc组网中的控制、拓扑等小流量信息的多用户间通信。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的一种小流量多用户非正交FHMA通信方法的流程示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的小流量多用户非正交FHMA通信方法的通信流量和通信接收正确率的仿真结果。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种小流量多用户非正交FHMA通信方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的，而非用于限制本发明，故在此予以预先说明。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
根据本发明的一个本实施例的小流量多用户非正交FHMA通信方法，作为一种多用户小流量终端组网或者多用户通信网络的信息交互时的通信方法，适用于各种ad hoc网节点的组网控制信息传输、无线传感器节点的组网信息传输等场景。以20个多用户通信节点为例说明，其流程图如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1：提供一包含发送节点和接收节点的多用户通信网络；
步骤S2：发送节点从多用户通信网络的上层获取待发送的信息块；在本实施例中，发送节点的数量为多个，所述待发送的信息块的大小为600bits。
步骤S3：发送节点将信息块处理为分割码块，并采用非正交FHMA技术发送分割码块，具体包括：
步骤S31：预设一个由M个无线频点组成的无线频点集合，每个发送节点分别采用该无线频点集合中的所有频点预设一组跳频图案；
在本实施例中，该无线频点集合的无线频点的数量M为10，相邻无线频点之间存在固定的频点间隔。跳频图案的长度为250，部分跳频图案如表1所示，发送节点的跳频图案具有相同的长度且其互相关的绝对值值低于其中r为跳频图案的长度。在其他实施例中，跳频图案的长度无限制范围，跳频图案越长，其跳频序列的互相关性越差，对通信越有利。
表1一种小流量多用户非正交FHMA通信方法的部分跳频图案
步骤S32：发送节点对信息块进行编码及CRC(循环冗余检验)；其中，该编码采用1/3卷积编码。
步骤S33：发送节点将经过编码的信息块分割成多个分割码块；在本实施例中，每个信息块被拆分成25个分割码块；在其他实施例中，节点待发送信息块的大小和分割码块的数量无限制范围，分割码块的数量越多，增量译码效果越好，但同时每个分割码块都是添加了冗余编码所以通信效率越低。
步骤S34：发送节点对各自的分割码块进行编码和CRC；其中，该编码采用1/3卷积编码；
步骤S35：每个发送节点按各自的跳频图案顺序依次挑选无线频点来发送各个分割码块的信息。
其中，每个发送节点的通信速率为1000信息块/秒(packets/s)，每个发送节点在所挑选的每个无线频点上均发送一个待发送的信息块所对应的所有分割码块。此外，如果所挑选的无线频点位于跳频图案顺序的最后一个，则下一跳重新从跳频图案顺序首开始。由此，各个节点无需时间同步，只需按照各自需求的时间顺序来发送信息，可以实现时间异步地发送信息。
步骤S4：接收节点通过多个多相滤波器结构采用多通道信道化接收分割码块；每个接收的通道的中心频点为所述步骤S1中的M个无线频点，以同时检测M个信道频点，实现多个发送节点的发送信息的同时接收。其中，接收节点为ad hoc网中任意节点，每个接收节点的通信速率为1000信息块/秒(packets/s)。
在本实施例中，由于一般信道化都是按2的幂做FFT来实现的，2的幂做FFT有快速算法，因此为了提高实现的效率，接收节点采用16通道信道化，其中这些通道中，接收的通道为10个，其余6个不用，其中这10个接收的通道的中心频点为所述步骤S1中的10个无线频点，从而同时检测10个信道频点。
此外，步骤S4还包括：接收节点判断发送节点发送的信息块是否是首次进行接收或是否改变，若判断为首次进行接收或改变，则接收节点将当前码块初始化为零，以重新开始译码过程。
步骤S5：接收节点将分割码块恢复为信息块，具体包括：
步骤S51：接收节点对每个分割码块做信道译码和CRC校验，
步骤S52：根据分割码块的译码结果；如果所有分割码块都译码成功，则整个信息块译码成功，结束流程；如果存在分割码块译码失败，则由译码成功和译码失败的分割码块组成更新码块，进行信道译码和CRC校验；
步骤S53：根据更新码块的译码结果，若更新码块译码成功，则与发送节点的通信连接成功，流程结束；反之，接收节点对更新码块与当前码块进行合并增量译码；
步骤S54：若所述步骤S53中的合并增量译码成功，则结束流程；若合并增量译码不成功，则将当前码块和更新码块合并存储为当前码块，并重复步骤S3-S53直到译码成功。
如图2所示为本实施例中的计算结果图，采用所述方法以后，每个节点都可以随时发送1000packets/s的信息包，同时接收节点都能正确接收多个用户的信息包，平均正确接收率在99.8％以上。

Claims (10)

1.一种小流量多用户非正交FHMA通信方法，其特征在于，包括：
步骤S1：提供一包含发送节点和接收节点的多用户通信网络；
步骤S2：发送节点从所述多用户通信网络的上层获取待发送的信息块；
步骤S3：发送节点将信息块处理为分割码块，并采用非正交FHMA技术发送分割码块；
步骤S4：接收节点采用多通道信道化接收分割码块；
步骤S5：接收节点将分割码块恢复为信息块。
2.根据权利要求1所述的小流量多用户非正交FHMA通信方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
步骤S31：预设一个由M个无线频点组成的无线频点集合，每个发送节点分别采用该无线频点集合中的所有频点预设一组跳频图案；
步骤S32：发送节点对信息块进行编码及CRC；
步骤S33：发送节点将经过编码的信息块分割成多个分割码块；
步骤S34：发送节点对各自的分割码块进行编码和CRC；
步骤S35：每个发送节点按各自的跳频图案顺序依次挑选无线频点来发送各个分割码块的信息。
3.根据权利要求2所述的小流量多用户非正交FHMA通信方法，其特征在于，在所述步骤S31中，多个节点的跳频图案具有相同的长度。
4.根据权利要求2所述的小流量多用户非正交FHMA通信方法，其特征在于，在所述步骤S32和步骤S34中的编码均采用1/3卷积编码。
5.根据权利要求2所述的小流量多用户非正交FHMA通信方法，其特征在于，在所述步骤S4中，每个接收的通道的中心频点为所述步骤S31中的M个无线频点。
6.根据权利要求1所述的小流量多用户非正交FHMA通信方法，其特征在于，所述步骤S4中的多通道信道化通过多个多相滤波器结构进行。
7.根据权利要求1所述的小流量多用户非正交FHMA通信方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
步骤S51：接收节点对每个分割码块做信道译码和CRC校验；
步骤S52：若所有分割码块都译码成功，则结束流程。
8.根据权利要求1所述的小流量多用户非正交FHMA通信方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
步骤S51：接收节点对每个分割码块做信道译码和CRC校验；
步骤S52：若存在分割码块译码失败，则由译码成功和译码失败的分割码块组成更新码块，进行信道译码和CRC校验；
步骤S53：若更新码块译码成功，则结束流程。
9.根据权利要求1所述的小流量多用户非正交FHMA通信方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：接收节点判断发送节点发送的信息块是否是首次进行接收或是否改变，若判断为首次进行接收或改变，则接收节点将当前码块初始化为零；
且所述步骤S5包括：
步骤S51：接收节点对每个分割码块做信道译码和CRC校验；
步骤S52：若存在分割码块译码失败，则由译码成功和译码失败的分割码块组成更新码块，进行信道译码和CRC校验；
步骤S53：若译码失败，则对更新码块与当前码块进行合并增量译码。
10.根据权利要求9所述的小流量多用户非正交FHMA通信方法，其特征在于，还包括步骤S54：若所述步骤S53中的合并增量译码成功，则结束流程；若合并增量译码不成功，则将当前码块和更新码块合并存储为当前码块，并重复步骤S3-S53直到译码成功。
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