CN111970704A - 一种抗干扰频谱态势智能感知系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗干扰频谱态势智能感知系统，涉及通信抗干扰技术领域，包括以下部分：显示模块，用于显示各项反馈的数据，可以直接反馈和获得实时的频谱态势，通道连接模块，用于接收和发送数据传输，处理模块，用于处理和整理通道连接模块接收和发送的信号，硬件设备，用于将处理模块出的数据进行处理，方便不同设备的运用。本发明通过融合宽带和无线传输，有效避免了外部恶意干扰，采用生成频谱频带感知频点序列的方法，将频谱数据整理循环配置USRP设备的接收参数，提升了网络整体吞吐量和抗干扰性能，灵活性好，硬件可重构性和可扩展性强，通过组合抗干扰模块，能够实现智能抗干扰，保证用户的通信质量。
Description
技术领域
本发明涉及通信抗干扰技术领域，具体为一种抗干扰频谱态势智能感知系统。
背景技术
随着无线通信的高速发展，频谱资源变得越来越稀缺。美国联邦通信委员会(FCC)的大量研究报告表明当前无线频谱的利用率很低，只有15％～85％。其中频谱资源分配不均是个很重要的因素。现有的静态频谱资源分配方式导致部分授权频带用户空闲时会造成频谱资源的浪费，而非授权频段则异常拥挤。认知无线电技术可以感知并利用周围环境空闲频谱，从而使得非授权用户有能力接入频谱。在发射端和接收端安装多个天线，使得信号通过发射端与接收端的多个天线进行传输，能够改善通信质量，可以在不增加频谱资源和发射功率的情况下提高系统信道容量，用频设备数目呈爆炸式增长，频谱资源逐渐紧缺。一方面，为提高频谱利用效率，需要研究更为有效的信道多址接入方法；另一方面，在军事场景中，当恶意干扰对用户合法信号进行干扰时，用户间的通信协调会因为干扰信号的存在而中断，导致多用户用频协调更为困难。如何实现在对抗外部恶意干扰威胁的同时避开内部同频互扰，在军用无线通信中具有重要意义。在恶意干扰条件下，通常不存在可靠的集中控制器，通信节点间信息交互较困难，往往只能进行分布式决策，目前军事通信系统中，扩频技术是应用最为广泛的抗干扰技术。扩频抗干扰技术通常采用直扩(DS)和跳频(FH)两种方式，其抗干扰原理是把信号在频域进行扩展，降低信号功率密度，使目标信号掩藏在干扰信号和噪声中，从而避免被敌方截获来实现抗干扰。
随着灵巧式网络对抗、协同干扰等各种新型电子攻击模式和技术的不断发展，军事通信电台的抗干扰能力面临更严峻的挑战，传统的被动式扩频抗干扰技术已无法适应强对抗条件下的数据传输的高可靠要求，为了更好地提升抗干扰通信系统性能，近年提出了基于认知无线电(CR)的认知抗干扰技术，其是智能通信思想在抗干扰领域的应用，即能够感知、理解电磁干扰环境并利用机器学习技术进行决策，进而智能地选择最佳抗干扰方式，大大提高系统的抗干扰能力和频谱利用率，实现高效可靠的抗干扰通信因此，在恶劣环境中，通信设备的分布式选频问题是一个亟待解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗干扰频谱态势智能感知系统，具备提升了网络整体吞吐量和抗干扰性能，灵活性好，硬件可重构性和可扩展性强的优点，解决了外部恶意干扰，用户的通信质量差的问题。
本发明为解决上述技术问题，提供如下技术方案：一种抗干扰频谱态势智能感知系统，包括以下部分：显示模块，用于显示各项反馈的数据，可以直接反馈和获得实时的频谱态势，通道连接模块，用于接收和发送数据传输，处理模块，用于处理和整理通道连接模块接收和发送的信号，硬件设备，用于将处理模块出的数据进行处理，方便不同设备的运用，通道连接模块电性连接有抗干扰模块，且抗干扰模块中设置有扩频抗干扰模块和跳频抗干扰模块，连接组合抗干扰模块。
扩频抗干扰模块，用于将有用信号在频带上进行扩展，使单位频带内的功率变小，信号的功率谱密度变低，从而使信号淹没于噪声里，扩频抗干扰模块还包括信号接收预处理单元和信号输出设。
跳频抗干扰模块，用于通过扩频码序列去进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱。
组合抗干扰模块，用于将所述的扩频抗干扰模块和跳频抗干扰模块组合起来进行抗干扰。
进一步的，所述显示模块包括：系统参数输入模块、频谱频带感知处理界面、生成频谱频带感知频点序列、UERP参数配置接收模块、FFT变换模块和频谱整理拼接显示界面。
进一步的，所述系统参数输入模块，用于设置频谱分辨率数值和用于采集频带参数。
进一步的，所述频谱频带感知处理界面，用于感知宽带频谱、无线传输频谱和自动处理频谱数据。
进一步的，生成频谱频带感知频点序列，用于设置感知参数，包括频谱感知范围、采样率和频谱分辨率，根据感知规则生成感知频点序列，按照感知频点序列，循环配置USRP设备的接收参数，UERP参数配置接收模块，用于设置UERP设备的参数并配置接收信号数据。
进一步的，所述FFT变换模块，用于FFT加窗变换处理，转换频谱数据方便适应各设备，频谱整理拼接显示界面，用于整理频点序列数据，并整理出图形显示出来。
进一步的，所述信号接收预处理单元包括信号接收模块、原始信号处理模块和ADC数模转换模块。
进一步的，所述信号处理模块包括射频信道放大处单元和变频处理单元，用于信号接收模块的连接和用于ADC数模转换单元的连接。
与现有技术相比，该抗干扰频谱态势智能感知系统具备如下有益效果：
1、本发明通过融合宽带和无线传输，有效避免了外部恶意干扰，采用生成频谱频带感知频点序列的方法，将频谱数据整理循环配置USRP设备的接收参数，提升了网络整体吞吐量和抗干扰性能，灵活性好，硬件可重构性和可扩展性强，通过扩频抗干扰模块和跳频抗干扰模块连接组合抗干扰模块，能够实现智能抗干扰，保证用户的通信质量。
2、本发明通过增加通道连接模块物理意义清晰，抗干扰能力强，避免了同频互扰，提高了无线网络和宽带的信道传输效率，再通过联合基于频谱频带感知处理界面进行的频谱感知算法的抗干扰技术，两者优势互补，既不会在前者周期性探测过程中造成业务中断影响用户体验，又通过后者弥补了的周期性频谱探测的实时性问题，因为后者是实时探测，实现了在硬件设备上的频谱态势的综合感知探测能力和集中式的频谱分析决策能力。
附图说明
图1为本发明系统原理框图；
图2为本发明显示模块原理框图；
图3为本发明抗干扰模块原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1、图3，本发明提供一种技术方案：一种抗干扰频谱态势智能感知系统，包括以下部分：显示模块，用于显示各项反馈的数据，可以直接反馈和获得实时的频谱态势，通道连接模块，用于接收和发送数据传输，处理模块，用于处理和整理通道连接模块接收和发送的信号，硬件设备，用于将处理模块出的数据进行处理，方便不同设备的运用，通道连接模块电性连接有抗干扰模块，且抗干扰模块中设置有扩频抗干扰模块和跳频抗干扰模块，连接组合抗干扰模块。
在本实施例中，扩频抗干扰模块，用于将有用信号在频带上进行扩展，使单位频带内的功率变小，信号的功率谱密度变低，从而使信号淹没于噪声里，扩频抗干扰模块还包括信号接收预处理单元和信号输出设备，其中，信号接收预处理单元包括信号接收模块、原始信号处理模块和ADC数模转换模块，信号处理模块包括射频信道放大处单元和变频处理单元，用于信号接收模块的连接和用于ADC数模转换单元的连接，跳频抗干扰模块，用于通过扩频码序列去进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱，可以有效地提高跳频通信系统的抗干扰能力，在不影响信号的完整性的情况下，可以进行更多的过滤，组合抗干扰模块，用于将所述的扩频抗干扰模块和跳频抗干扰模块组合起来进行抗干扰，能够实现智能抗干扰，保证用户的通信质量。
请参阅图2，在本实施例中，显示模块包括：系统参数输入模块，用于设置频谱分辨率数值和用于采集频带参数，频谱频带感知处理界面，用于感知宽带频谱、无线传输频谱和自动处理频谱数据，通过融合宽带和无线传输，有效避免了外部恶意干扰，生成频谱频带感知频点序列，用于设置感知参数，包括频谱感知范围、采样率和频谱分辨率，根据感知规则生成感知频点序列，按照感知频点序列，循环配置USRP设备的接收参数，通过采用生成频谱频带感知频点序列的方法，将频谱数据整理循环配置USRP设备的接收参数，提升了网络整体吞吐量和抗干扰性能，灵活性好，硬件可重构性和可扩展性强，UERP参数配置接收模块，用于设置UERP设备的参数并配置接收信号数据，
在本实施例中，FFT变换模块，用于FFT加窗变换处理，转换频谱数据方便适应各设备，首先将信号分为若干组，在任意选择两组，将其中一组延迟1/2的FFT转换处理时间，然后同步利用FFT将两组时域信号变换为频域频谱信号，由于窄带干扰能量较大且频谱较为集中，具有较明显的频域特征。
优选的，通过在频域频谱中估计出其对应频谱频点的位置后，再将其对应频段频谱陷波予以消除，最后将处理后的两组频域频谱信号通过IFFT(傅里叶反变换)恢复为时域频谱信号，最后将两组信号频谱进行叠加处理，并送基带信号处理单元，最终实现在显示模块的显示界面上显示，其中，频谱整理拼接显示界面，用于整理频点序列数据，并整理出图形显示出来。
使用时，通过在显示模块上进行系统参数的输入和设置，通过融合宽带和无线传输连接自动处理模块，可以自动线处理频谱数据，有效避免了外部恶意干扰，采用生成频谱频带感知频点序列的方法，将频谱数据整理循环配置USRP设备的接收参数，提升了网络整体吞吐量和抗干扰性能，灵活性好，硬件可重构性和可扩展性强，通过扩频抗干扰模块和跳频抗干扰模块连接组合抗干扰模块，能够实现智能抗干扰，保证用户的通信质量，通过增加FFT加窗变换处理，转换频谱数据方便适应各设备，首先将信号分为若干组，在任意选择两组，将其中一组延迟1/2的FFT转换处理时间，然后同步利用FFT将两组时域信号变换为频域频谱信号，由于窄带干扰能量较大且频谱较为集中，具有较明显的频域特征，通过在频域频谱中估计出其对应频谱频点的位置后，再将其对应频段频谱陷波予以消除，最后将处理后的两组频域频谱信号通过IFFT(傅里叶反变换)恢复为时域频谱信号，最后将两组信号频谱进行叠加处理，并送基带信号处理单元，最终实现在显示模块的显示界面上显示，且在本发明中通过设置跳频抗干扰模块可以有效地提高跳频通信系统的抗干扰能力，在不影响信号的完整性的情况下，可以进行更多的过滤，以保证通信质量。
需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种抗干扰频谱态势智能感知系统，其特征在于，包括以下部分：显示模块，用于显示各项反馈的数据，可以直接反馈和获得实时的频谱态势，通道连接模块，用于接收和发送数据传输，处理模块，用于处理和整理通道连接模块接收和发送的信号，硬件设备，用于将处理模块出的数据进行处理，方便不同设备的运用，通道连接模块电性连接有抗干扰模块，且抗干扰模块中设置有扩频抗干扰模块和跳频抗干扰模块，连接组合抗干扰模块；
扩频抗干扰模块，用于将有用信号在频带上进行扩展，使单位频带内的功率变小，信号的功率谱密度变低，从而使信号淹没于噪声里，扩频抗干扰模块还包括信号接收预处理单元和信号输出设备；
跳频抗干扰模块，用于通过扩频码序列去进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱；
组合抗干扰模块，用于将所述的扩频抗干扰模块和跳频抗干扰模块组合起来进行抗干扰。
2.根据权利要求1所述的一种抗干扰频谱态势智能感知系统，其特征在于：所述显示模块包括：系统参数输入模块、频谱频带感知处理界面、生成频谱频带感知频点序列、UERP参数配置接收模块、FFT变换模块和频谱整理拼接显示界面。
3.根据权利要求2所述的一种抗干扰频谱态势智能感知系统，其特征在于：所述系统参数输入模块，用于设置频谱分辨率数值和用于采集频带参数。
4.根据权利要求2所述的一种抗干扰频谱态势智能感知系统，其特征在于：所述频谱频带感知处理界面，用于感知宽带频谱、无线传输频谱和自动处理频谱数据。
5.根据权利要求2所述的一种抗干扰频谱态势智能感知系统，其特征在于：所述生成频谱频带感知频点序列，用于设置感知参数，包括频谱感知范围、采样率和频谱分辨率，根据感知规则生成感知频点序列，按照感知频点序列，循环配置USRP设备的接收参数，UERP参数配置接收模块，用于设置UERP设备的参数并配置接收信号数据。
6.根据权利要求2所述的一种抗干扰频谱态势智能感知系统，其特征在于：所述FFT变换模块，用于FFT加窗变换处理，转换频谱数据方便适应各设备，频谱整理拼接显示界面，用于整理频点序列数据，并整理出图形显示出来。
7.根据权利要求1所述的一种抗干扰频谱态势智能感知系统，其特征在于：所述信号接收预处理单元包括信号接收模块、原始信号处理模块和ADC数模转换模块。
8.根据权利要求7所述的一种抗干扰频谱态势智能感知系统，其特征在于：所述信号处理模块包括射频信道放大处单元和变频处理单元，用于信号接收模块的连接和用于ADC数模转换单元的连接。
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Cited By (2)
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| WO2023030448A1 (zh) * | 2021-09-06 | 2023-03-09 | 维沃移动通信有限公司 | 服务质量特征参数确定、数据发送方法、装置及设备 |
| CN115856428A (zh) * | 2022-11-24 | 2023-03-28 | 中国科学院国家空间科学中心 | 一种模块化的复杂电磁环境频谱态势感知采集装置 |
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2020
- 2020-07-21 CN CN202010707700.XA patent/CN111970704A/zh active Pending
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