CN111246484B - 一种频谱自适应高性能通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种频谱自适应高性能通信系统及方法，适用于地面、航空、航天等多种场合下的通信设备多功能动态重构及频谱自适应高性能通信，主要包括接收天线模块、下变频模块、数字信道化与处理评估模块、发射天线模块、自适应上变频模块等五部分，将宽带频谱监测功能、信号分析处理功能、通信功能等多功能结合与并行应用，利用高性能信号接收能力，在大带宽的工作频段内实现实时频谱监测，并实时评估当前通信链路，发现链路或信号受到干扰时，则自适应选择与调整通信参数，实现频谱自适应高性能通信。本发明在通信过程受干扰情况下实现频谱自适应通信功能的同时，提高了卫星通信的频谱资源利用效率及通信效率。

Description

一种频谱自适应高性能通信系统及方法

技术领域

本发明涉及一种频谱自适应高性能通信系统及方法，属于民用通信技术领域，以及航天总体技术领域。

背景技术

目前，通信频谱资源受限且利用率低，全球通信均面临电磁环境干扰下的可靠通信能力亟待提升的需求。通信系统在通信过程中受到其它无线电设备的严重干扰，通道堵塞与通信中断问题频发，严重降低通信系统可用性，无法有效发挥其经济效益及社会效益，复杂电磁环境下的可靠通信技术亟待突破。民用减灾防灾、紧急救援、异常事件应急响应等民事应用需求，对通信系统的频谱自适应高性能通信功能、异构组网等需求迫切。

针对上述广泛应用需求与技术发展趋势，国际上有基于空域或时域的自适应滤波调零天线技术、自适应编码技术等通信抗干扰方法，但尚未有基于宽带频谱监测，结合实时通信链路评估的频谱自适应高性能通信方法。另外，在“一型多用”的设备多功能方面，国际上普遍采用多套设备分别实现宽频带频谱监测、通信广播，以及数据收发等功能的解决方案，但尚未有基于一套通用硬件平台，实现宽带频谱监测、信号分析处理、通信功能等多功能相结合的动态重构与并行应用的技术。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服上述现有技术的不足，提供一种频谱自适应高性能通信系统及方法，针对仅使用一套通用硬件平台，在没有先验知识情况下，解决宽带信号采样后的宽带频谱监测、宽频段多信号实时快速搜索与检测、基于多相滤波的信道数目和带宽可变的动态数字信道化处理等问题，实现宽带频谱监测、信号分析处理、通信功能等多功能相结合的动态重构与并行应用的应用目标，以及频谱自适应高性能通信功能。

本发明解决的技术方案为：一种频谱自适应高性能通信系统，包括：接收天线模块、下变频模块、数字信道化与处理评估模块、自适应上变频模块、发射天线模块；

接收天线模块从空间中实时接收射频信号，完成信号放大处理后，送至下变频模块，由下变频模块进行下变频得到中频信号，送至数字信道化与处理评估模块；

数字信道化与处理评估模块，在对中频信号进行模数转换后，得到数字信号，对数字信号进行信道化处理，得到多路信道化数据；对各路信道化数据进行参数测量和调制样式识别后，得到各路信道化数据特征参数(各路信道化数据特征参数，包括：调制样式等)，根据各路信道化数据特征参数进行自适应信号解调解码，得到解调解码信息；根据各路信道化数据特征参数测量结果，确定调制样式的识别正确率；根据解调解码信息，确定解调误码率；根据调制样式的识别正确率和解调误码率，判断各信道的受干扰程度，如果受到干扰，输出干扰标志，如果没有受到干扰，输出该信道的信道化数据，送至自适应上变频模块；

数字信道化与处理评估模块，对模数转换后的数字信号进行可用频点检测，即在设定的中频带宽内搜索可用频点，建立可用频点资源库，送至自适应上变频模块。

自适应上变频模块根据信号检测与频谱监视单元建立的可用频点资源库，将数字信道化与处理评估模块中输出的各路信道化数据，通过数模转换后，调制到中频带宽内的可用频点上，再进行上变频后得到射频信号，进行功率放大，通过发射天线模块发射至空间。

优选的，数字信道化与处理评估模块，包括：中频数字化单元、信道化单元、样式识别单元、自适应解调单元、信息处理与链路评估单元、信号检测与频谱监测单元。

优选的，中频数字化单元，对中频信号进行模拟/数字转换，得到数字信号送至信道化单元、信号检测与频谱监视单元。

优选的，信道化单元对中频数字化单元输出的数字信号进行信道化处理，得到多路信号的信道化数据，送至样式识别单元；每路信道化数据对应相应信道的输入信号。

优选的，样式识别单元对信道化单元输出的多路信道化数据进行参数测量和调制样式识别后，得到各路信号的特征参数送至自适应解调单元，同时将得到的各路信道化数据送至信息处理与链路评估单元。

优选的，自适应解调单元根据样式识别单元输出的各路信号的特征参数和对应的信道化数据，进行自适应信号解调解码，得到解调解码信息，将解调解码信息、信号特征参数和信道化数据送至信息处理与链路评估单元。

优选的，信息处理与链路评估单元，根据各路信道化数据特征参数，确定调制样式的识别正确率；根据解调解码信息，确定解调误码率；根据调制样式的识别正确率和解调误码率，判断各信道的受干扰程度，如果受到干扰，输出干扰标志，如果没有受到干扰，输出该信道的信道化数据，送至自适应上变频模块。

优选的，数字信道化与处理评估模块，还包括：信号检测与频谱监测单元，对中频数字化单元输出的信号，基于宽带多信号实时快速检测技术，在中频带宽内按照设定的频率间隔进行信号检测，通过判断各个频点上的信号有无干扰，确定可用频点和不可用频点，建立可用频点资源库，并实时更新，将可用频点资源库送至自适应上变频模块。

优选的，自适应上变频模块，根据信息处理与链路评估单元输出的干扰标志进行自适应处理：如果有干扰标志，表示受到干扰，从可用频点资源库中选择可用频点或者调整通信参数；如果未受到干扰，将各路信道化采样数据直接进行数字/模拟变换，变换后的信号进行上变频，发送给发射天线模块。

优选的，信号检测与频谱监视单元结合下变频模块和中频数字化单元，可以实现通信全频段内信号进行实时频谱感知，获取可用通信频点信息，并建立可用频点资源库；

优选的，信息处理与链路评估单元，结合样式识别单元、自适应解调单元、信道化单元、中频数字单元，基于信号分析处理功能，对当前通信信号的调制样式、特征参数、解调解码信息进行统计分析，从而对通信链路进行评估；

优选的，数字信道化与处理评估模块，一旦发现当前的通信链路受干扰无法正常通信，自适应上变频模块通过专用的信令信道通知通信链路的收发双方从可用频点库中重新选择通信频点、通信速率、调制方式等参数，重新建立通信链路。

本发明的一种频谱自适应高性能通信方法，步骤如下：

(1)接收天线模块从空间中实时接收射频信号，完成信号放大处理后，送至下变频模块，由下变频模块进行下变频得到中频信号，送至数字信道化与处理评估模块；

(2)数字信道化与处理评估模块，在对中频信号进行模数转换后，得到数字信号，对数字信号进行信道化处理，得到多路信道化数据；

(3)对各路信道化数据进行参数测量和调制样式识别后，得到各路信道化数据特征参数；

(4)根据各路信道化数据特征参数进行自适应信号解调解码，得到解调解码信息；

(5)根据各路信道化数据特征参数测量结果，确定调制样式的识别正确率；

(6)根据步骤(4)的解调解码信息，确定解调误码率；

(7)根据步骤(5)调制样式的识别正确率和步骤(6)的解调误码率，判断各信道的受干扰程度，如果受到干扰，输出干扰标志，如果没有受到干扰，输出该信道的信道化数据，送至自适应上变频模块；

(8)数字信道化与处理评估模块，对模数转换后的数字信号进行可用频点检测，即在设定的中频带宽内搜索可用频点，建立可用频点资源库，送至自适应上变频模块。

(9)自适应上变频模块根据信号检测与频谱监视单元建立的可用频点资源库，将数字信道化与处理评估模块中输出的各路信道化数据，通过数模转换后，调制到中频带宽内的可用频点上，再进行上变频后得到射频信号，进行功率放大，通过发射天线模块发射至空间。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明是基于一套通用硬件平台，通过软件部署，实现功能重定义与动态重构的一种频谱自适应高性能通信系统。该系统可根据软件定义，实现宽带频谱监测、信号分析处理、通信功能等多功能相结合的动态重构与并行应用。

(2)本发明基于宽带频谱实时高效的信号分析处理能力，实时监测通信工作频段、实时评估通信链路，在通信受到干扰情况下，自适应调整通信参数和通信策略，实时切换通信频点，从而保证正常的通信功能，实现频谱自适应高性能通信。

(3)本发明有效地将宽带频谱监测、高效信号分析处理和通信功能结合，使通信系统的通信能力显著得以提升的同时，也提高了通信系统的频谱资源利用效率、数据信息的传输速率，是通信系统实现“好用、易用、可靠用”的有效途径。

(4)本发明仅使用一套通用硬件平台，即可在大带宽频谱范围内实现宽带频谱监测、信号分析处理、通信功能等多功能相结合的动态重构与并行应用能力。显著提升软硬件平台资源利用率的同时，使该系统具备多功能动态重构与并行应用的新型技术效果。

(5)本发明适用于地面、航空、航天等多种场合下的通信设备多功能动态重构及频谱自适应高性能通信。

(6)本发明基于信号检测与频谱监测单元的宽带频谱检测功能，还可用于复杂多干扰信号环境下对干扰信号的实时检测，判断干扰信号源及干扰的程度，为通信设备或终端正常工作提供保障。

(7)本发明数字信道化与处理评估模块具备多功能可重构能力，信道化单元、样式识别单元、自适应解调单元、信息处理和链路评估单元、信号检测与频谱检测单元的功能均通过软件实现，根据不同的软件功能组合实现不同的功能。

(8)本发明通过加载信道化、信息处理和链路评估，可以实现通信功能。

(9)本发明通过加载信道化、调制样式识别、自适应解调、信息处理和链路评估，可以实现信号分析处理功能。

(10)本发明通过加载信号检测和频谱监视，宽带多信号实时快速检测技术，实现对宽带频谱的实时监视。

(11)本发明通过加载信道化、调制样式识别、自适应解调、信息处理和链路评估、信号检测和频谱监视，可以实现自适应高性能通信。

(12)本发明结合利用宽频带信号扫描与高性能接收感知能力，实时监测工作频段内的空闲频谱，并实时评估当前通信链路，发现链路受干扰，则自适应选择与调整通信参数，完成频谱自适应高性能通信。

(13)本发明高性能通信体现在宽带多信号快速检测技术实现频谱高效监测；根据监测结果建立了可用频点资源库并实时更新；利用调制样式识别正确率和解调误码率来综合判断通信干扰情况；优选还可以自适应调整通信策略，调整频点或者通信参数，保证稳定通信。

附图说明

图1是本发明的频谱自适应高性能通信原理框图；

图2是本发明的数字信道化示意图；

图3是本发明频谱监测示意图(以单个频点的操作为例)；

图4是本发明基于特征提取的调制识别处理流程图；

图5是本发明随路信令格式；

图6是本发明频谱自适应高性能通信流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。

本发明一种频谱自适应高性能通信系统，涉及民用通信技术领域，以及航天总体技术领域。本发明专利适用于地面、航空、航天等多种场合下的通信设备多功能动态重构及频谱自适应高性能通信，主要包括接收天线模块、下变频模块、数字信道化与处理评估模块、发射天线模块、自适应上变频模块等五部分。该方法基于一套无线电通用硬件平台，将宽带频谱监测功能、信号分析处理功能、通信功能等多功能结合与并行应用，利用高性能信号接收能力，在大带宽的工作频段内实现实时频谱监测，并实时评估当前通信链路，发现链路或信号受到干扰时，则自适应选择与调整通信参数，实现频谱自适应高性能通信。本发明给出了宽带频谱监测功能、信号分析处理功能、通信功能等多功能并行，以及频谱自适应高性能通信的具体方案和实现步骤，解决了复杂电磁环境下的高性能、高可靠、通信与频谱监测多功能并用等技术难题，提升了卫星通信的可用性、好用性、实用性。在通信过程受干扰情况下实现频谱自适应通信功能的同时，提高了卫星通信的频谱资源利用效率及通信效率。

本发明一种频谱自适应高性能通信系统，尤其适用航天总体技术领域，本发明适用于地面、航空、航天等技术领域。如：民用减灾防灾、紧急救援、异常事件应急响应等对通信系统的频谱自适应高性能通信功能、频谱实时监测功能、异构组网功能等应用需求迫切。在这些应用场景下，通信设备多功能动态重构及频谱自适应高性能通信功能，解决了复杂电磁环境下的高性能、高可靠、通信与频谱监测多功能并用等技术难题，提升了卫星通信的可用性、好用性、实用性。在通信过程受干扰情况下实现频谱自适应通信功能的同时，提高了卫星通信的频谱资源利用效率及通信效率。

本发明的一种频谱自适应高性能通信系统，是一套通信和频谱监视两种功能并行的系统，中频数字化单元对通下变频以后的通信信号数字化以后，一路给信道化单元、样式识别单元、自适应解调单元、信息处理和链路评估单元实现通信功能；另外一路送给信号检测和频谱检测单元，检测通信带宽内的信号，发现空闲频谱和可用频点；自适应上变频模块根据两种功能的输出结果，自适应调整通信参数，从而保证通信的稳定性，如图1所示。

本发明的一种频谱自适应高性能通信系统，其接收天线模块，可以只包括接收天线，优选方案为包括接收天线和功能选择单元；在具有功能选择单元时，能够设置3种工作模式，分别为通信模式、频谱检测模式、频谱自适应高性能通信模式；

通信模式下：信息处理与链路评估单元，结合样式识别单元、自适应解调单元、信道化单元、中频数字单元，将下变频数字模块获得的中频信号进行模数转换及信道化处理，得到的多路信道化数据通过信息处理与链路评估单元送至自适应上变频模块，完成数模转换与上变频后得到射频信号，再射频信号进行功率放大，通过发射天线模块发射至空间，实现通信功能。

频谱检测模式下：信号检测与频谱监视单元，结合下变频模块和中频数字化单元，对模数转换后的数字信号进行可用频点检测，即在设定的中频带宽内搜索可用频点，建立可用频点资源库，送至自适应上变频模块，实现通信全频段内信号实时频谱检测。

频谱自适应高性能通信模式下：数字信道化与处理评估模块，结合下变频模块、自适应上变频模块，一旦发现当前的通信链路受干扰无法正常通信，自适应上变频模块通过专用的信令信道通知通信链路的收发双方从可用频点库中重新选择通信频点、通信速率、调制方式等参数，重新建立通信链路，实现频谱自适应高性能通信功能。

以上这3种工作模式，即可以单独使用，也可并行共同使用，即节约了硬件资源，也提高了通信质量，解决了复杂电磁环境下的高性能、高可靠、通信与频谱监测多功能并用等技术难题。

本发明的一种频谱自适应高性能通信系统，根据调制样式的识别正确率和解调误码率，判断各信道的受干扰程度，如果受到干扰，输出干扰标志，如果没有受到干扰，输出该信道的信道化数据。其中优选情况是当解调误码率高于10^-1时，即可以确定信道受到了干扰。另外一种优选情况是调制样式的识别正确率低于80％，也确定信道受到了干扰。

信道化数据特征参数，优选包括：如图4所示的同相数据I(m)和正交数据Q(m))、幅度值a(m)、相位值

频率f(m)、调制样式、码速率等参数。根据各路信道化数据特征参数，确定调制样式的识别正确率。正常通信过程中，调制样式保持不变，一旦受到干扰，调制样式会发生变化或者根本无法识别，通过统计分析通信过程中的调制样式识别正确率，可以对该信道的受干扰情况进行判断，当调制样式识别正确率低于80％时，认为受到干扰。

对模数转换后的数字信号进行可用频点检测，优选方案为：以中频信号的频点为中心，在设定的带宽内，进行可用频点搜索，确定可用频点。高于接收灵敏度的频点被占用或被干扰，定义为不可用频点，可用频点是指不被占用的频点。

对于通信来说，中频带宽内会存在多个通信信号，为了进一步确定通信过程中收到干扰的信号，优选方案为：首先通过模拟/数字转换(图4中的高速A/D)将中频信号数字化，然后对中频数字信号进行信道化处理，将中频带宽内的多个通信信号分离出来，每路信道化数据对应一个通信信号：基于不同的调谐频率控制数字控制振荡器(图4的NCO)，对中频数字信号中的多路信号进行分离，并进行正交变换(图4中的cos和sin)，基于多速率数字信号处理(图4中的MRDSP)技术，完成信号的信道化处理，信道化处理结果示意图如图2所示。

样式识别单元对信道化数据进行瞬时特征参数提取，获取各个通信信号(对应信道化数据)的正交采样数据(图4中的I(m)和Q(m))、幅度值a(m)、相位值

频率f(m)，进而对信号的调制样式和码速率等参数进行估计。自适应解调单元根据样式识别单元的调制样式识别和码速率等参数，对当前信道中的信号进行解调，获取信号的误码率。

信息处理和链路评估单元对当前信道中的通信信号受干扰情况进行评估，一方面，根据调制样式的变换情况进行评估，优选方案为：当前信号的调制样式从BPSK(频移键控)变化到FSK(相移键控)，则认为当前通信信号受到干扰，另外一方面，通过信号的解调误码率进行评估，比如当前的解调误码率从10^-5变化到10^-2，则认为当前通信信号受到干扰。

信号检测与频谱监视单元，优选基于多信号实时检测技术，对各信道化的频点，图2中的Fs/4D、3Fs/4D…15Fs/4D，其中Fs为采样频率，D为信道化路数，图中D＝8，进行实时信号检测，并建立可用频点库，发现频点可用(图3中优选Fs/4D)即进行入库操作，发现被干扰即将该信号(图3中k*Fs/4D,k＝1,3,5…15)从库中移除。

自适应上变频模块根据输出的干扰标志和可用频点库，自适应调整当前通信策略，如发现受到干扰，从可用频点库选择可用频点，并通过专用的信令信道(如图5所示)通知通信双发切换频点，如未受干扰，维持当前通信状态，并持续监视。

图6给出了“一种频谱自适应高性能通信系统”通信流程图，基于这种设计，可以在受到干扰的情况下，保证该系统与“通信终端”的正常通信。

如图6所示，本发明的一种频谱自适应高性能通信系统与通信终端的通信方法，优选步骤如下：

(1)通信信号实时分析处理；

(2)通信链路评估；

(3)信号检测与频谱监测；

(4)自适应调整通信参数；

(5)自适应通信。

本发明的系统优选实现包括频谱监测、通信链路评估、调整通信参数、自适应通信等四个功能，具体如下：

通信信号实时分析处理功能，优选方案如下：

中频采样单元，首先对中频内的信号进行模拟/数字转换，首先信道化单元按照通信的信道带宽，将工作频段划分为若干信道，各信道带宽可以变化，即可以是等间隔划分或不等间隔划分。以等间隔信道划分为例，通过采用基于多相滤波的动态数字信道化技术完成D个等间隔信道的信道化处理，信道化后的采样率为Fs/D，信号带宽为r*Fs/D(r为0～1之间的任意实数)，信道间隔为0.5Fs/D，当r大于0.5时两个信道间就有一定的重叠带宽；模拟/数字转换后的数据经过上述信道化处理后，根据各通道独立动态配置的中心频率，选择不同的信道作为后续处理的输入，从而实现各通道独立的频率粗调谐；各通道都有一个可以独立动态编程的数字控制振荡器(NCO)，经过复数数字混频后完成各通道独立的精调谐功能；各通道完成中心频率的粗调谐和精调谐功能后的信号输入到一个半带滤波器，对数据流进行2倍抽取，将各通道的采样率降到Fs/(2D)。

为了满足频谱的无缝拼接要求，以及大带宽信号的接收要求，基于宽带频谱的信号监测和检测功能，各个信道化采用了过采样设计，结合多相滤波器的原型滤波器的设计，可以使得相邻信道的频谱有一定的重叠，这样当目标信号落到2个子信道交界处时，仍然能满足大带宽的信号接收的要求。以D＝8为例时，信道的划分情况如图3所示。

通信链路评估功能，优选方案如下：

通信链路评估基于高性能信号接收感知功能，对当前通信信号的调制样式、特征参数、解调解码信息进行统计分析，实时评估通信链路，主要考虑以下两种方式：

方式一：基于调制类型与特征参数的判别方式。由样式识别单元完成，对当前通信信号的调制类型和特征参数进行实时判别以评估通信链路受干扰情况。在正常通信情况下，通信信号的调制方式和特征参数一般不会发生变化，一旦受到干扰，通信信号的调制方式和特征参数会发生变化，通过对这些参数的实时统计和分析，如图4所示，实时评估通信链路。

方式二：基于通信误码率的判别方式。由自适应解调单元实现，对通信信号进行解调，通过误码率判断，实时评估通信链路。为了便于误码统计，需要在通信协议中增加额外的附加信息，可以采用随路信令的方式，如图5所示。由于误码统计需要一定的样本量，这种方式重点针对高速的数字通信信号。

信号检测与频谱监测功能，优选方案如下：

由信号检测与频谱监测单元完成。自适应信号检测是基于软件无线电的方法，通过一个通用硬件平台，自动实现指定信道中的信号检测，当通信信道噪声基底较为平坦，信号的噪声背景变化起伏不大的情况下，这种方法的误检与漏检概率较低。通信信号以占有不同信道为其最突出特点，因此大多数情况下，信号搜索是在频率域中进行的，即在一个接收频带内，对于信号个数及载波频率、带宽、信噪比等参数均未知情况下的信号搜索与检测。

频谱监测实现了对整个接收频段带宽内的频谱瞬时监测。因此，可以对所有信道频点受干扰情况进行实时判断，同时实时更新可用频点资源库。图3以其中某个频点为例，列出了在频谱监测状态可用频点资源库的动态调整示意图。在频谱监测情况下，发现频点Fs/4D(对应信道1的频点)可用，信号检测与频谱监测单元将频点Fs/4D加入到可用频点资源库中，同时，发现频点k*Fs/4D(对应信道k的频点)受到了干扰，如果该频点在可用频点资源库中，信号检测与频谱监测单元将该频点从库中删除。其他频点同样按照该流程进行操作。如图4所示。

自适应调整通信参数功能，优选方案如下：

复杂电磁环境下，通信系统在通信过程中受到其它无线电设备的严重干扰，通道堵塞与通信中断等问题频发。为此，可采用频谱自适应高性能通信方式，结合利用宽频带信号扫描与高性能接收感知能力，实时监测工作频段内的空闲频谱，实时评估当前通信链路，发现链路受干扰，则自动切换通信策略完成频谱自适应高性能通信。

频谱自适应高性能通信策略主要由自适应上变频模块完成，优选策略有：

策略一：在通信受到干扰时，通过信号检测自动感知未受干扰频点和可用带宽，并通过监测各通信信号的特征参数，评估通信链路受干扰情况，自动调整通信频点，实现频谱自适应高性能通信。

策略二：在信噪比较低时，采用高效调制方式的同时降低通信速率，以提高比特信噪比(Eb/N₀)，提高通信质量。

步骤5：自适应通信。

下面以接收链路为例，对通信链路的频谱自适应通信进行说明。

频谱自适应高性能通信系统，通过对通信信号调制样式和特征参数变化特征的分析，对上行链路进行自评估，一旦发现上行链路受到干扰，采用重发或者调整通信参数两种处理策略：

本发明的通信系统优选具有重发策略：频谱自适应高性能通信系统判断出上行链路被干扰后，通过信令信道通知通信终端对该帧数据进行重发；

调整通信参数策略：频谱自适应高性能通信系统如果采用重发策略，重发K次(K是按照通信策略确定的重发次数)后仍然无法正常通信，可以决策该链路完全被干扰。频谱自适应高性能通信系统从可用频点资源库中选择可用频点，通过信令信道通知通信终端，上行链路的工作频点切换(对应通信终端的发射频点)，重新建立通信链路。

优选以一套原理样机给出优选方案，该原理样机基于软件无线电技术，通过软件部署和软件加载的方式实现宽带频谱监测、信号分析处理、通信等功能。加载单独的功能软件，各功能独立工作，三种功能软件同时加载，可以实现频谱自适应高性能通信。对此开展了针对性的试验验证。试验中，利用一个模拟终端与原理样机通信，另在外部增加一个干扰源；

优选的方案如下：

(1)原理样机将模拟终端发送来的通信信号变换统一的70MHz中频,中频带宽20MHz，中频采样后，进行了16路信道化(相对专利中设计案例，能力提升了一倍)。

(2)利用调制样式识别的方式对16路信道中的通信信号调制样式进行实时判断和评估，此时通信信号工作在频点1，调制样式为BPSK调制，干扰源不开机的情况下，模拟终端与原理正常通信，且调制样式保持BPSK不变。

(3)信号检测和频谱监视单元对这16个信道的频点进行实时检测，在当前案例中，除频点1外，其他15个频点均可用。

(4)干扰源开机后，在频点1增加一个不同调制样式的干扰信号，此时，样式识别单元对当前信号的调制样式识别结果为未知信号(UNKOWN),连续3个识别为UNKOWN后，自适应上变频单元从可用的15个频点中选择频点2，通知模拟终端通信信号频率切换至频点2。

(5)模拟终端切换通信信号频率至频点2，此时样式识别单元，识别频点2的通信信号的调制为BPSK，模拟终端与原理样机的通信得以持续。

优选的，一种频谱自适应高性能通信方法，步骤如下：

(1)接收天线模块从空间中实时接收射频信号，完成信号放大处理后，送至下变频模块，由下变频模块进行下变频得到中频信号，送至数字信道化与处理评估模块；

(2)数字信道化与处理评估模块，在对中频信号进行模数转换后，得到数字信号，对数字信号进行信道化处理，得到多路信道化数据；

(3)对各路信道化数据进行参数测量和调制样式识别后，得到各路信道化数据特征参数；

(4)根据各路信道化数据特征参数进行自适应信号解调解码，得到解调解码信息；

(5)根据各路信道化数据特征参数测量结果，确定调制样式的识别正确率；

(6)根据步骤(4)的解调解码信息，确定解调误码率；

(7)根据步骤(5)调制样式的识别正确率和步骤(6)的解调误码率，判断各信道的受干扰程度，如果受到干扰，输出干扰标志，如果没有受到干扰，输出该信道的信道化数据，送至自适应上变频模块；

(8)数字信道化与处理评估模块中的信号检测与频谱监测单元，对模数转换后的数字信号进行可用频点检测，即在设定的中频带宽内搜索可用频点，建立可用频点资源库，送至自适应上变频模块。

(9)自适应上变频模块根据信号检测与频谱监视单元建立的可用频点资源库，将数字信道化与处理评估模块中输出的各路信道化数据，通过数模转换后，调制到中频带宽内的可用频点上，再进行上变频后得到射频信号，进行功率放大，通过发射天线模块发射至空间。

本发明可以基于一套通用硬件平台，通过软件部署，实现功能重定义与动态重构的一种频谱自适应高性能通信系统。该系统可根据软件定义，实现宽带频谱监测、信号分析处理、通信功能等多功能相结合的动态重构与并行应用。本发明基于宽带频谱实时高效的信号分析处理能力，实时监测通信工作频段、实时评估通信链路，在通信受到干扰情况下，自适应调整通信参数和通信策略，实时切换通信频点，从而保证正常的通信功能，实现频谱自适应高性能通信。

本发明有效地将宽带频谱监测、高效信号分析处理和通信功能结合，使通信系统的通信能力显著得以提升的同时，也提高了通信系统的频谱资源利用效率、数据信息的传输速率，是通信系统实现“好用、易用、可靠用”的有效途径。本发明仅使用一套通用硬件平台，即可在大带宽频谱范围内实现宽带频谱监测、信号分析处理、通信功能等多功能相结合的动态重构与并行应用能力。显著提升软硬件平台资源利用率的同时，使该系统具备多功能动态重构与并行应用的新型技术效果。本发明适用于地面、航空、航天等多种场合下的通信设备多功能动态重构及频谱自适应高性能通信。

本发明基于信号检测与频谱监测单元的宽带频谱检测功能，还可用于复杂多干扰信号环境下对干扰信号的实时检测，判断干扰信号源及干扰的程度，为通信设备或终端正常工作提供保障。本发明数字信道化与处理评估模块具备多功能可重构能力，信道化单元、样式识别单元、自适应解调单元、信息处理和链路评估单元、信号检测与频谱检测单元的功能均通过软件实现，根据不同的软件功能组合实现不同的功能。本发明通过加载信道化、信息处理和链路评估，可以实现通信功能。

本发明通过加载信道化、调制样式识别、自适应解调、信息处理和链路评估，可以实现信号分析处理功能。本发明通过加载信号检测和频谱监视，宽带多信号实时快速检测技术，实现对宽带频谱的实时监视。本发明通过加载信道化、调制样式识别、自适应解调、信息处理和链路评估、信号检测和频谱监视，可以实现自适应高性能通信。

本发明结合利用宽频带信号扫描与高性能接收感知能力，实时监测工作频段内的空闲频谱，并实时评估当前通信链路，发现链路受干扰，则自适应选择与调整通信参数，完成频谱自适应高性能通信。本发明高性能通信体现在宽带多信号快速检测技术实现频谱高效监测；根据监测结果建立了可用频点资源库并实时更新；利用调制样式识别正确率和解调误码率来综合判断通信干扰情况；优选还可以自适应调整通信策略，调整频点或者通信参数，保证稳定通信。

Claims (13)

1.一种频谱自适应高性能通信系统，其特征在于包括：接收天线模块、下变频模块、数字信道化与处理评估模块、自适应上变频模块、发射天线模块；

接收天线模块从空间中实时接收射频信号，完成信号放大处理后，送至下变频模块，由下变频模块进行下变频得到中频信号，送至数字信道化与处理评估模块；

数字信道化与处理评估模块，在对中频信号进行模数转换后，得到数字信号，对数字信号进行信道化处理，得到多路信道化数据；对各路信道化数据进行参数测量和调制样式识别后，得到各路信道化数据特征参数，根据各路信道化数据特征参数进行自适应信号解调解码，得到解调解码信息；根据各路信道化数据特征参数测量结果，确定调制样式的识别正确率；根据解调解码信息，确定解调误码率；根据调制样式的识别正确率和解调误码率，判断各信道的受干扰程度，如果受到干扰，输出干扰标志，如果没有受到干扰，输出该信道的信道化数据，送至自适应上变频模块；

数字信道化与处理评估模块，对模数转换后的数字信号进行可用频点检测，即在设定的中频带宽内搜索可用频点，建立可用频点资源库，送至自适应上变频模块；

自适应上变频模块根据数字信道化与处理评估模块建立的可用频点资源库，将数字信道化与处理评估模块中输出的各路信道化数据，通过数模转换后，调制到中频带宽内的可用频点上，再进行上变频后得到射频信号，进行功率放大，通过发射天线模块发射至空间。

2.根据权利要求1所述的一种频谱自适应高性能通信系统，其特征在于：数字信道化与处理评估模块，包括：中频数字化单元、信道化单元、样式识别单元、自适应解调单元、信息处理与链路评估单元、信号检测与频谱监测单元。

3.根据权利要求2所述的一种频谱自适应高性能通信系统，其特征在于：中频数字化单元，对中频信号进行模拟/数字转换，得到数字信号送至信道化单元、信号检测与频谱监视单元。

4.根据权利要求2所述的一种频谱自适应高性能通信系统，其特征在于：信道化单元对中频数字化单元输出的数字信号进行信道化处理，得到多路信号的信道化数据，送至样式识别单元；每路信道化数据对应相应信道的输入信号。

5.根据权利要求2所述的一种频谱自适应高性能通信系统，其特征在于：样式识别单元对信道化单元输出的多路信道化数据进行参数测量和调制样式识别后，得到各路信号的特征参数送至自适应解调单元，同时将得到的各路信道化数据送至信息处理与链路评估单元。

6.根据权利要求2所述的一种频谱自适应高性能通信系统，其特征在于：自适应解调单元根据样式识别单元输出的各路信号的特征参数和对应的信道化数据，进行自适应信号解调解码，得到解调解码信息，将解调解码信息、信号特征参数和信道化数据送至信息处理与链路评估单元。

7.根据权利要求2所述的一种频谱自适应高性能通信系统，其特征在于：信息处理与链路评估单元，根据各路信道化数据特征参数，确定调制样式的识别正确率；根据解调解码信息，确定解调误码率；根据调制样式的识别正确率和解调误码率，判断各信道的受干扰程度，如果受到干扰，输出干扰标志，如果没有受到干扰，输出该信道的信道化数据，送至自适应上变频模块。

8.根据权利要求2所述的一种频谱自适应高性能通信系统，其特征在于：数字信道化与处理评估模块，还包括：信号检测与频谱监测单元，对中频数字化单元输出的信号，基于宽带多信号实时快速检测技术，在中频带宽内按照设定的频率间隔进行信号检测，通过判断各个频点上的信号有无干扰，确定可用频点和不可用频点，建立可用频点资源库，并实时更新，将可用频点资源库送至自适应上变频模块。

9.根据权利要求2所述的一种频谱自适应高性能通信系统，其特征在于：自适应上变频模块，根据信息处理与链路评估单元输出的干扰标志进行自适应处理：如果有干扰标志，表示受到干扰，从可用频点资源库中选择可用频点或者调整通信参数；如果未受到干扰，将各路信道化采样数据直接进行数字/模拟变换，变换后的信号进行上变频，发送给发射天线模块。

10.根据权利要求1所述的一种频谱自适应高性能通信系统，其特征在于：信号检测与频谱监视单元结合下变频模块和中频数字化单元，可以实现通信全频段内信号进行实时频谱感知，获取可用通信频点信息，并建立可用频点资源库。

11.根据权利要求1所述的一种频谱自适应高性能通信系统，其特征在于：信息处理与链路评估单元，结合样式识别单元、自适应解调单元、信道化单元、中频数字单元，基于信号分析处理功能，对当前通信信号的调制样式、特征参数、解调解码信息进行统计分析，从而对通信链路进行评估。

12.根据权利要求1所述的一种频谱自适应高性能通信系统，其特征在于：数字信道化与处理评估模块，一旦发现当前的通信链路受干扰无法正常通信，自适应上变频模块通过专用的信令信道通知通信链路的收发双方从可用频点库中重新选择通信频点、通信速率、调制方式等参数，重新建立通信链路。

13.一种频谱自适应高性能通信方法，其特征在于步骤如下：

(1)接收天线模块从空间中实时接收射频信号，完成信号放大处理后，送至下变频模块，由下变频模块进行下变频得到中频信号，送至数字信道化与处理评估模块；

(2)数字信道化与处理评估模块，在对中频信号进行模数转换后，得到数字信号，对数字信号进行信道化处理，得到多路信道化数据；

(3)对各路信道化数据进行参数测量和调制样式识别后，得到各路信道化数据特征参数；

(4)根据各路信道化数据特征参数进行自适应信号解调解码，得到解调解码信息；

(5)根据各路信道化数据特征参数测量结果，确定调制样式的识别正确率；

(6)根据步骤(4)的解调解码信息，确定解调误码率；

(7)根据步骤(5)调制样式的识别正确率和步骤(6)的解调误码率，判断各信道的受干扰程度，如果受到干扰，输出干扰标志，如果没有受到干扰，输出该信道的信道化数据，送至自适应上变频模块；

(8)数字信道化与处理评估模块，对模数转换后的数字信号进行可用频点检测，即在设定的中频带宽内搜索可用频点，建立可用频点资源库，送至自适应上变频模块；

(9)自适应上变频模块根据数字信道化与处理评估模块建立的可用频点资源库，将数字信道化与处理评估模块中输出的各路信道化数据，通过数模转换后，调制到中频带宽内的可用频点上，再进行上变频后得到射频信号，进行功率放大，通过发射天线模块发射至空间。

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