CN111031609A - 一种信道的选择方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种信道的选择方法及装置，该方法包括识别信道中的干扰源并计算干扰源的干扰指数；获取信道的相位误差、误比特率和丢包率；根据信道的相位误差、误比特率、丢包率和干扰指数，获取信道的质量评分，根据所述质量评分的结果选择信号传输的通道。通过上述方式，本申请能够对信道质量进行全面而有效的评估。

Description

一种信道的选择方法及装置

技术领域

本申请涉及通信技术领域，具体涉及一种信道的选择方法及装置。

背景技术

在无线通信中面临着复杂的电磁环境，但频谱资源匮乏；在特殊场景下，干扰源复杂多变；因此在实际应用中迫切需要一种能实时评估信道质量并寻找到最优信道进行通信的方法。

在通信过程中，收发机需要综合评估信道质量，在没有受到强干扰的信道中选择最佳的信道进行通信，但是现有的一些专利技术仍然存在一些明显的不足：一是对于突发性的干扰不能准确有效的识别，而且过于依赖设定的门限值，识别的准确率很低，干扰识别的漏警概率比较大；二是信道质量评估维度少，评估方法复杂度高，系统资源要求较多。

发明内容

本申请主要解决的问题是提供一种信道的选择方法及装置，能够对信道质量进行全面而有效的评估。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是提供一种信道的选择方法，该方法包括识别信道中的干扰源并计算干扰源的干扰指数；获取信道的相位误差、误比特率和丢包率；根据信道的相位误差、误比特率、丢包率和干扰指数，获取信道的质量评分，根据所述质量评分的结果选择信号传输的通道。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是提供一种信道选择装置，该装置包括存储器以及处理器，存储器用于存储计算机程序，处理器在执行存储器存储的计算机程序时，用于实现上述的信道的选择方法。

通过上述方案，本申请的有益效果是：首先识别信道中的干扰源并计算干扰源的干扰指数；其次获取信道的相位误差、误比特率和丢包率；最后根据信道的相位误差、误比特率、丢包率和干扰指数，获取信道的质量评分，并根据所述质量评分的结果选择信号传输的通道；通过利用相位误差、误比特率、丢包率和干扰指数四个度量因子，对信道质量进行全面而有效的评估，对于不同类型的噪声都能进行有效的评估，提高信号传输的正确率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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他的附图。其中：

图1是本申请提供的信道的选择方法一实施例的流程示意图；

图2是本申请提供的信道的选择方法一实施例中信噪比与信道的质量评分之间对应关系的示意图；

图3是本申请提供的信道的选择方法另一实施例的流程示意图；

图4是本申请提供的信道选择装置一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

现有技术中，为了判断信道中是否有窄带干扰，可以通过判断窄带信道的信号强度是否超过校准强度阈值，当窄带信道的信号强度超过校准强度阈值时，判断该窄带信道为受到了临时干扰；但是这种方法对于突发性的临时干扰和持续性的干扰不能够很好的识别。

为了识别干扰源类型，现有技术中还可以将接收信号的功率与功率峰值判决门限值进行比较，大于门限值判为1，否则判为0；根据判定结果得到接收信号的功率峰值的周期和持续长度；此方法对校准门限值设定依赖性很高，对于突发干扰和稳定干扰的叠加型干扰不能全面识别。

为了评价信道质量，现有技术中按照接收信道与标准信号的相位误差来对信道质量进行判断；然而这种方法过于依赖相位误差，实时性比较差，并且无法快速识别强干扰。

另外，为了评价信道质量，现有技术还有按照误码率对信道质量进行排序，优先分配质量好的信道给控制信道；但是这种方法过于依赖误码率，无法选出最优信道，而且需要训练序列，增加了系统资源损耗。

此外，为了评价信道质量，现有技术还可以通过检测某服务小区以及包含该频点的临近区的主公共控制信道场强确定信道质量；但是对于受到了扫频或突发式等干扰的信道是不能准确地估计信道质量的，并且存在大量对数等复杂运算，算法复杂度较高，时间成本较高。

参阅图1，图1是本申请提供的信道的选择方法一实施例的流程示意图，该方法包括：

步骤11：识别信道中的干扰源并计算干扰源的干扰指数。

在极为复杂的无线电磁环境下，通讯中的干扰不可避免，信号干扰不仅影响了无线通信系统的覆盖范围和容量，而且还严重地影响了现有系统的正常运作。如果可以准确识别干扰源的类型，则可以根据干扰信号的特征，采取相应抗干扰策略，提高无线通信系统的工作性能；而且还可以将干扰源的干扰指数加入信道质量的评价函数中，以增加信道质量的评价的准确率。

信道中可能存在很多类型的干扰源，信道的个数至少为一个，因而需要首先识别信道中的干扰源，对不同类型的干扰源进行分类，以便计算各个干扰源的干扰指数；例如，可以将干扰源分为持续性干扰源、突发性干扰源和复合性干扰源。

步骤12：获取信道的相位误差、误比特率和丢包率。

本实施例中为了评价信道质量，采用相位误差、误比特率、丢包率和干扰指数四个度量因子来综合评估信道质量，因此需要获取信道的相位误差、误比特率和丢包率。

步骤13：根据信道的相位误差、误比特率、丢包率和干扰指数，获取信道的质量评分，根据所述质量评分的结果选择信号传输的通道。

在获取了信道的相位误差、误比特率、丢包率和干扰指数后，进一步得到信道的质量评分。

信道的质量评分G可以为相位误差

误比特率E_B、丢包率E_L和干扰指数E_I的线性组合，即：

其中，C1为信道恶化表征系数，反应信道受大尺度衰落程度影响；C2为信道良好表征系数，反应信道受小尺度衰落程度影响；C3为信道受到强干扰表征系数，反映了信道受到强干扰源的影响。

通过对各个度量因子选择合理的加权系数(C1、C2和C3)，拟合曲线，从而得到信噪比与信道的质量评分之间的对应关系，如图2所示，得到信道退化程度；由图2可知，信道的质量评分随着信噪比的增大而增大；因此可以依据不同信道的质量评分的结果来选择合适的信号传输通道，从而发起信号传输业务。

信道的质量评分G还可以由有关相位误差

误比特率E_B、丢包率E_L和干扰指数E_I的其他函数对应关系构成。

区别于现有技术，本申请提供的信道的选择方法，首先识别信道中的干扰源并计算干扰源的干扰指数；其次获取信道的相位误差、误比特率和丢包率；最后根据信道的相位误差、误比特率、丢包率和干扰指数，获取信道的质量评分，并根据所述质量评分的结果选择信号传输的通道；通过利用相位误差、误比特率、丢包率和干扰指数四个度量因子，对信道质量进行全面而有效的评估，对于不同类型的噪声都能进行有效的评估，提高信号传输的正确率。

参阅图3，图3是本申请提供的信道的选择方法另一实施例的流程示意图，该方法包括：

步骤31：统计预设时间内信道获取到的干扰源的场强，并计算场强的均值和方差以获取干扰指数。

在所有通信信道都被干扰的情况下，需要在这些被干扰的信道中选择一个干扰程度最小的信道进行通信；为了识别信道中的干扰源类型，本实施例中采用数学统计的方法，计算场强的均值和方差以获取信道的干扰指数来衡量信道受到的干扰程度的大小，并且可以作为评估信道质量的一个重要指标，具体为：

将场强的均值和方差进行线性组合，以获取干扰指数，按照如下公式计算：

E_I＝a*(F_M)+(1-a)*F_V

其中，E_I为干扰指数，a为权重因子，权重因子a的选取表征信道对持续性干扰源和突发性干扰源的容忍能力的大小，F_M为场强的均值，F_V为场强的方差。

进一步地，假设信道C_i在预设时间范围T内获取了个数为N的场强值S_i(1≤i≤N)，均值

为反映数据集中趋势的一项指标，它表明观测值相对集中较多的中心位置，其表达式为：

方差

描述的是波动程度，它表明观测值偏离均值的程度大小，其表达式为：

步骤32：在场强的均值大于校准均值阈值，且场强的方差小于校准方差阈值时，判定干扰源为持续性干扰源。

对于持续性干扰源，干扰源信号比较稳定，其均值大于校准均值阈值，且干扰源的场强的方差小于校准方差阈值。

步骤33：在场强的均值小于校准均值阈值，且场强的方差大于校准方差阈值时，判定干扰源为突发性干扰源。

对于突发性干扰源，其类似于冲激信号，突发性干扰源的场强的均值小于校准均值阈值，且场强的方差大于校准方差阈值。

步骤34：在场强的均值大于校准均值阈值，且场强的方差大于校准方差阈值时，判定干扰源为复合性干扰源。

对于复合性干扰源，其包含持续性干扰源和突发性干扰源，复合性干扰源的场强的均值大于校准均值阈值，且场强的方差大于校准方差阈值。

在无干扰源的情况，场强的均值和方差均为零；对于持续性干扰源，场强的均值很大，但是方差很小；对于突发性干扰源，此时场强的均值较小，但是场强的方差很大；对于复合性干扰源，即同时受到了持续性和突发性干扰，它的场强均值和方差都很大。

本实施例采用数学统计的方法来快速识别当前的干扰源类型，算法复杂度低；并提供干扰指数来表征干扰强度的大小，干扰指数为信道质量的评估增加了评估维度；通过对探测帧、话音、数据传输和短信等空口信号进行解调解码过程中计算数据以进行信道质量评估，不需要额外增加运算，实时性比较好。

步骤35：获取信道的相位误差、误比特率和丢包率。

通过上述识别干扰源的方法可以判断信道是否受到了强干扰，在没有受到强干扰信道中选择最佳的信道就需要对这些信道进行信道质量的评估，本实施例中采用干扰指数、相位误差、误比特率和丢包率作为评价信道质量的度量因子。

相位误差的计算公式如下：

其中，相位误差为

时隙数为N1，接收信号的相位为M0，预设相位为S0。

此外，还可以利用欧式距离反映信道的相位误差，假设两个信号S_i(t)和S_j(t)的相位轨迹

和

之间的最小欧式距离可以由以下公式得到：

其中，I_i和I_j分别为信号S_i(t)和S_j(t)在t时刻的符号序列值，M是调制阶数，T是信号周期，N₁是信号周期个数。

获取信道的误比特率的方法包括：将解调后信号的比特数D1与解码纠正后信号的比特数D2进行按位异或，再与单帧的总比特数T_B相除，以得到误比特率E_B，即：

E_B＝bitxor(D1，D2)/T_B

其中，bitor为按位异或函数。

丢包率为错误的帧数与接收到的总帧数的比值，即：

E_L＝F_E/F_T

其中，E_L为丢包率，F_E为错误的帧数，F_T为接收到的总帧数，获取错误的帧数的方法可以为CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验)。

本实施例中误码率Pe可以有如下两种计算方式：

①当信道中存在高斯噪声时，输入信号为：

S(t)＝Acos(ωt+θ(t))+N_C(t)cosωt+N_S(t)sinωt

其中，输入信号可以为MSK(Minimum Shift Keying，最小频移键控)信号，A为原始信号的振幅，ω为原始信号的载波角频率，θ(t)为原始信号的相角，N_C和N_S是均值为μ、方差为σ²的平稳高斯过程，系统发+1和-1的概率分别为P1和P2，差分解调后的相关系数为R，信噪比r为A²/(2σ²)，误码率Pe为：

P_e＝0.5*(1-RP1+RP2)exp(-r)。

②当输入信号s(t)和共信道干扰信号i(t)经过不同路径传输到接收端，且分别独立地受到瑞利衰落时，经调解器低通滤波器输出的合成信号为：

u(t)＝W₁(t)s(t)+W₂(t)i(t)+n(t)

其中，n(t)是均值为μ、方差为σ²的复高斯噪声，W₁(t)和W₂(t)分别为加权在信号s(t)共信道干扰信号i(t)上的衰落因子，二者相互独立统计，且可写成：

幅度衰落A₁(t)和A₂(t)均服从瑞利分布，A₁(t)的平均功率为S，A₂(t)的平均功率为I，其相位分布

和

在区间(0,π)内均匀分布，因此可以将W1(t)和W₂(t)看成是均值为μ、方差分别为S和I的复高斯随机变量。

平均信号功率S＝E[0.5W₁(t)W₁ ^*(t)]

平均噪声功率σ²＝E[0.5n(t)n^*(t)]

平均干扰功率I＝E[0.5W₂(t)W₂ ^*(t)]

s(t)和i(t)分别为单位幅度的信号及干扰：

当发送端发送“+1”和“-1”的概率相等时，可求得系统误码率为：

其中，r₁为平均信噪比，r₁＝S/σ²，r₂为平均信扰比，r₂＝S/I；Ψ为干扰信号相间一个码元的相位差。

步骤36：根据信道的相位误差、误比特率、丢包率和干扰指数，获取信道的质量评分，并将评分最高的信道作为信号传输的通道。

在信道质量的评估过程中可以结合实时信道扫描，有效地识别持续性和突发性干扰等干扰源，大大增加了系统呼通率。

区别于现有技术，本申请提供的信道的选择方法，首先通过比较信道中干扰源的场强和校准均值阈值的大小，以及比较信道中干扰源的方差与校准方差阈值的大小，将干扰源分为持续性干扰源、突发性干扰源和复合性干扰源，并计算干扰源的干扰指数；然后根据信道的相位误差、误比特率、丢包率和干扰指数，获取信道的质量评分，并将评分最高的信道作为信号传输的通道；通过统计预设时间范围内的干扰源的场强的方差和均值识别干扰源，识别方法复杂度低而且实时性非常好；此外利用相位误差、误比特率、丢包率和干扰指数四个度量因子，对信道质量进行全面而有效的评估，对于不同类型的噪声都能进行有效的评估，提高信号传输的正确率，且不需要额外增加系统资源，增加了信道质量评估的维度，提高了呼通率。

参阅图4，图4是本申请提供的信道选择装置一实施例的结构示意图；该信道选择装置40包括存储器41以及处理器42，存储器41用于存储计算机程序，处理器42在执行存储器41存储的计算机程序时，用于实现上述实施例中的信道的选择方法。

在本申请所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的方法以及设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施方式仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。

另外，在本申请各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种信道的选择方法，其特征在于，该方法包括：

识别信道中的干扰源并计算所述干扰源的干扰指数；

获取所述信道的相位误差、误比特率和丢包率；

根据所述信道的相位误差、误比特率、丢包率和干扰指数，获取所述信道的质量评分，根据所述质量评分的结果选择信号传输的通道。

2.根据权利要求1所述的信道的选择方法，其特征在于，所述信道的质量评分为相位误差、误比特率、丢包率和干扰指数的线性组合，所述根据所述质量评分的结果选择信号传输的通道的步骤，具体为：

将评分最高的信道作为信号传输的通道。

3.根据权利要求1所述的信道的选择方法，其特征在于，

所述识别信道中的干扰源并计算所述干扰源的干扰指数的步骤，具体为：

统计预设时间内所述信道获取到的所述干扰源的场强，并计算所述场强的均值和方差以获取所述干扰指数；

在所述场强的均值大于校准均值阈值，且所述场强的方差小于校准方差阈值时，判定所述干扰源为持续性干扰源；

在所述场强的均值小于校准均值阈值，且所述场强的方差大于校准方差阈值时，判定所述干扰源为突发性干扰源；

在所述场强的均值大于校准均值阈值，且所述场强的方差大于校准方差阈值时，判定所述干扰源为复合性干扰源。

4.根据权利要求3所述的信道的选择方法，其特征在于，

所述计算所述场强的均值和方差以获取所述干扰指数的步骤，具体为：

将所述场强的均值和方差进行线性组合，以获取所述干扰指数，按照如下公式计算：

E_I＝a*(F_M)+(1-a)*F_V

其中，E_I为所述干扰指数，a为权重因子，F_M为所述场强的均值，F_V为所述场强的方差。

5.根据权利要求1所述的信道的选择方法，其特征在于，

所述相位误差的计算公式如下：

其中，所述相位误差为

时隙数为N1，接收信号的相位为M0，预设相位为S0。

6.根据权利要求1所述的信道的选择方法，其特征在于，所述获取所述信道的误比特率包括：

将解调后信号的比特数与解码纠正后信号的比特数进行按位异或，再与单帧的总比特数相除，以得到所述误比特率。

7.根据权利要求1所述的信道的选择方法，其特征在于，

所述丢包率为错误的帧数与接收到的总帧数的比值。

8.根据权利要求1所述的信道的选择方法，其特征在于，

当所述信道中存在高斯噪声时，输入信号为：

S(t)＝Acos(ωt+θ(t))+N_C(t)cosωt+N_S(t)sinωt

其中，A为原始信号的振幅，ω为原始信号的载波角频率，θ(t)为原始信号的相角，N_C和N_S是均值为μ、方差为σ²的平稳高斯过程，系统发+1和-1的概率分别为P1和P2，差分解调后的相关系数为R，信噪比r为A²/(2σ²)，误码率Pe为：

P_e＝0.5*(1-RP1+RP2)exp(-r)。

9.根据权利要求1所述的信道的选择方法，其特征在于，

当所述输入信号s(t)和共信道干扰信号i(t)经过不同路径传输到接收端，且分别独立地受到瑞利衰落时，所述误码率Pe为：

其中，r₁为平均信噪比，r₂为平均信扰比，Ψ为所述干扰信号相间一个码元的相位差。

10.一种信道选择装置，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器在执行所述存储器存储的计算机程序时，用于实现如权利要求1-9任一项所述的信道的选择方法。

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