CN113037326A - 扩频通信方法、装置、设备和可读存储介质 - Google Patents

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CN113037326A CN202110597035.8A CN202110597035A CN113037326A CN 113037326 A CN113037326 A CN 113037326A CN 202110597035 A CN202110597035 A CN 202110597035A CN 113037326 A CN113037326 A CN 113037326A
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Abstract

本发明提供一种扩频通信方法、装置、设备和可读存储介质，该方法应用于通信网络中的节点，包括：对接收到的信号进行频谱感知，获取所述节点周围存在的干扰信息；根据所获取的干扰信息确定对干扰的处理策略；根据所确定的处理策略，对发送信号的直接序列扩频和逐时隙跳频进行控制，以及对接收信号的解扩和解跳进行控制，并发送携带所述干扰信息或者所述逐时隙跳频的跳频图案的信号，其中，所述跳频图案是以时帧为单位进行频点的跳变。本发明可以实现对小干扰通过直接序列扩频“抗”，对大干扰通过跳扩混合扩频“躲”的功能，具有较强的抗干扰能力、可以抵抗多种类型的干扰。

Description

扩频通信方法、装置、设备和可读存储介质
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种扩频通信方法、扩频通信装置、电子设备和非暂态计算机可读存储介质。
背景技术
现代战场的电磁环境通常存在着多种干扰，高速飞行器与地面设备或者高速飞行器之间的通信具有通信距离远、相对速度快、信噪比低等特点，因此通常采用扩频通信。扩频通信主要包括直接序列扩频、跳频扩频、混合扩频等，其中直接序列扩频与跳频扩频的混合简称为跳扩混合扩频。这种通信往往要求保证通信的隐蔽性、具备防侦测能力，因而采用短帧突发；由于接收信号的信噪比很低，所以采用相干解调方式。
通常，直接序列扩频的接收机主要包括捕获模块、解扩模块、解调模块，译码模块等。捕获模块的作用是获得接收信号的频偏和相位信息，送入解扩模块；解扩模块的作用是利用捕获模块获得的信息，恢复扩频前的数据；解调模块的作用是利用解扩模块输出的数据，恢复调制前的基带信息；译码模块的作用是利用解调模块的输出完成译码。与直接序列扩频的接收机相比，跳扩混合扩频的接收机比较复杂，需要解跳模块来对齐发射端与接收端的跳频图案，而且在进行分段跟踪时需要对每段跳频序列进行频率补偿。
现有的直接序列扩频通信的抗干扰能力通常与扩频比有关，在带宽受限同时通信环境中存在大干扰时，直接序列扩频通信会出现性能回退或者完全被干扰的问题；现有的跳扩混合扩频通信虽然可以通过各种策略规避大干扰，但是由于其跳频特性，想要做到相干跳频通常具有很大的难度。
发明内容
本发明提供一种扩频通信方法、装置、设备和可读存储介质，用以解决现有技术中直接序列扩频通信在大干扰环境下抗干扰能力不足、跳扩混合扩频通信的接收机比较复杂的缺陷，实现了对小干扰通过直接序列扩频“抗”，对大干扰通过跳扩混合扩频“躲”的功能，具有较强的抗干扰能力、可以抵抗多种类型的干扰。
第一方面，本发明提供一种扩频通信方法，应用于通信网络中的节点，该方法包括：
对接收到的信号进行频谱感知，获取所述节点周围存在的干扰信息；
根据所获取的干扰信息确定对干扰的处理策略；
根据所确定的处理策略，对发送信号的直接序列扩频和逐时隙跳频进行控制，以及对接收信号的解扩和解跳进行控制，并发送携带所述干扰信息或者所述逐时隙跳频的跳频图案的信号，其中，所述跳频图案是以时帧为单位进行频点的跳变。
根据本发明提供的一种扩频通信方法，所述对接收到的信号进行频谱感知，获取所述节点周围存在的干扰信息，包括：
确定接收到的信号的功率谱密度函数，对所述功率谱密度函数进行平滑滤波；
根据预设的判决门限，提取所述平滑滤波后功率谱密度函数中干扰的参数，作为所述干扰信息。
根据本发明提供的一种扩频通信方法，若所述节点为簇首节点，在对接收到的信号进行频谱感知，获取所述节点周围存在的干扰信息之后，还包括：
对接收到的信号的帧结构进行解析，获取所述信号携带的干扰信息。
根据本发明提供的一种扩频通信方法，所述根据所获取的干扰信息确定对干扰的处理策略，包括：
根据所述频谱感知获取的干扰的参数，符合预设的所述直接序列扩频对抗干扰的参数范围，确定通过所述直接序列扩频对抗干扰；或者，
根据所述频谱感知获取的干扰的参数，不符合预设的所述直接序列扩频对抗干扰的参数范围，确定通过变更所述逐时隙跳频的跳频图案对抗干扰。
根据本发明提供的一种扩频通信方法，若所述节点为簇首节点，所述根据所获取的干扰信息确定对干扰的处理策略，还包括：
根据所述帧结构解析获取的干扰信息和/或所述频谱感知获取的干扰信息，确定干扰最弱的频点；
根据所述干扰最弱的频点，生成所述逐时隙跳频的新的跳频图案。
根据本发明提供的一种扩频通信方法，若所述节点为簇首节点，所述根据所确定的处理策略，对发送信号的直接序列扩频和逐时隙跳频进行控制，以及对接收信号的解扩和解跳进行控制，并发送携带所述干扰信息或者所述逐时隙跳频的跳频图案的信号，包括：
根据所生成的新的跳频图案，广播携带所述新的跳频图案的信号；
根据所述新的跳频图案，对发送信号的逐时隙跳频的跳频图案和接收信号的解跳的跳频图案进行更新。
根据本发明提供的一种扩频通信方法，若所述节点为成员节点，所述根据所确定的处理策略，对发送信号的直接序列扩频和逐时隙跳频进行控制，以及对接收信号的解扩和解跳进行控制，并发送携带所述干扰信息或者所述逐时隙跳频的跳频图案的信号，包括：
根据通过变更所述逐时隙跳频的跳频图案对抗干扰，发送携带所述干扰信息的信号；
对接收到的信号的帧结构进行解析，获取所述信号携带的所述新的跳频图案；
根据所述新的跳频图案，对发送信号的逐时隙跳频的跳频图案和接收信号的解跳的跳频图案进行更新。
第二方面，本发明还提供一种扩频通信装置，应用于通信网络中的节点，该装置包括：
频谱感知模块，用于对接收到的信号进行频谱感知，获取所述节点周围存在的干扰信息；
策略确定模块，用于根据所获取的干扰信息确定对干扰的处理策略；
扩频通信模块，用于根据所确定的处理策略，对发送信号的直接序列扩频和逐时隙跳频进行控制，以及对接收信号的解扩和解跳进行控制，并发送携带所述干扰信息或者所述逐时隙跳频的跳频图案的信号，其中，所述跳频图案是以时帧为单位进行频点的跳变。
第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述扩频通信方法的步骤。
第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述扩频通信方法的步骤。
本发明提供的扩频通信方法、装置、设备和可读存储介质，应用于通信网络中的节点，通过对接收到的信号进行频谱感知，获取节点周围存在的干扰信息，根据所获取的干扰信息确定对干扰的处理策略，根据所确定的处理策略，对发送信号的直接序列扩频和逐时隙跳频进行控制，以及对接收信号的解扩和解跳进行控制，并发送携带干扰信息或者逐时隙跳频的跳频图案的信号，其中，跳频图案是以时帧为单位进行频点的跳变；利用直接序列扩频结合逐时隙跳频的混合扩频通信方式，采用频谱感知技术可以快速提取干扰信息，采用数据分发和融合技术可以自主交互局部干扰信息，在通信网络内实现干扰信息共享，使得各节点就干扰频谱和当前可用频谱资源达成一致，为强干扰环境下使用抗干扰的跳频图案规避干扰，使通信信号的能量尽可能分布到噪声较低的跳频频点上，使跳频图案以时帧为单位进行频点的跳变，可以简化接收机的相干解调，使接收机的结构简单，易于实现，从而可以克服直接序列扩频通信在大干扰环境下抗干扰能力不足、跳扩混合扩频通信的接收机比较复杂的缺陷，实现对小干扰通过直接序列扩频“抗”，对大干扰通过跳扩混合扩频“躲”的功能，具有较强的抗干扰能力、可以抵抗多种类型的干扰，通过多个节点集群协同抗干扰，为现代战场中发挥集群协同优势，以体系化对抗干扰，解决强干扰对集群无线通信网络的影响，提供了有效的解决方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
图1是本发明提供的扩频通信方法的流程示意图；
图2是本发明提供的扩频通信方法的一种实现方式流程示意图；
图3是本发明提供的扩频通信方法的另一种实现方式流程示意图；
图4是本发明提供的扩频通信方法时帧与时隙结构的一种实现方式的示意图；
图5A和图5B是本发明提供的扩频通信方法物理层接收和发送设备的一种实现方式的示意图；
图6是本发明提供的扩频通信方法应用的通信网络的拓扑图；
图7是图6中的通信网络存在干扰时的拓扑图；
图8是本发明提供的扩频通信装置的结构示意图；
图9是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
下面结合图1-图7描述本发明的扩频通信方法。
请参阅图1，图1是本发明提供的扩频通信方法的流程示意图，图1所示的方法可以由扩频通信装置执行，该扩频通信装置应用于通信网络中的节点，该节点可以是通信网络中一个簇内的成员节点，也可以是通信网中一个簇内的簇首节点，本发明实施例对此不作限定，如图1所示，该方法至少包括：
101，对接收到的信号进行频谱感知，获取节点周围存在的干扰信息。
在本发明实施例中，通信网络中的节点接收其他节点发出的信号，可以根据预设的分布式宽带频谱感知算法，对接收到的信号进行频谱感知，检测节点周围的环境是否存在干扰，并在节点周围的环境存在干扰时，获取干扰的信息，例如，干扰的类型、干扰的频点、干扰的带宽、干扰的功率等。可以采用能量检测法、匹配滤波器检测法、循环平稳检测法等，对接收到的信号进行频谱感知，本发明实施例对频谱感知的实现方法不作限定。可选地，频谱感知可以先确定接收到的信号的功率谱密度函数，再根据所确定的功率谱密度函数确定接收到的信号是否存在干扰，若存在干扰则进一步确定干扰的参数，本发明实施例对通过频谱感知获取节点周围存在的干扰信息的实现方式不作限定。当接收信号的节点为成员节点时，节点接收到的信号可以是簇内簇首节点广播的信号；当接收信号的节点为簇首节点时，节点接收到的信号可以是簇内成员节点向簇首节点发送的信号。
102，根据所获取的干扰信息确定对干扰的处理策略。
在本发明实施例中，扩频通信方法是一种包括直接序列扩频和逐时隙跳频的混合扩频通信方法，其中，逐时隙跳频的跳频图案是以时帧为单位进行频点的跳变，每个时帧采用相同的频点传输，例如，以通信网络中包括一个簇首节点和三个成员节点的一个簇为例，在时帧上采用动态时分多址（Dynamic Time division multiple access，简称D-TDMA）的组网方式，每个时帧有4个时隙，每个时帧内的4个时隙采用相同的频点传输，相邻的两个时帧的频点不同，也就是说，各个时隙的帧结构的速率标志段是逐时帧变化的，这样当某个频点发生干扰时，可以将干扰信息通过其它频点进行传输，从而可以实现整个通信网络干扰信息的共享。
在本发明实施例中，在通过频谱感知获取节点周围存在的干扰信息后，可以基于预设的规则根据所获取的干扰信息，确定对干扰的处理策略。可选地，预设的规则可以是通过预设直接序列扩频对抗干扰的参数范围，将频谱感知获取的干扰的参数与预设的直接序列扩频对抗干扰的参数范围进行比较，确定对干扰的处理策略。例如，当干扰为小干扰时，可以根据频谱感知获取的干扰的参数符合预设的直接序列扩频对抗干扰的参数范围，确定通过直接序列扩频对抗干扰；或者，当干扰为大干扰时，可以根据频谱感知获取的干扰的参数不符合预设的直接序列扩频对抗干扰的参数范围，确定通过变更逐时隙跳频的跳频图案对抗干扰。本发明实施例对所确定的对干扰的处理策略及确定对干扰的处理策略的预设的规则的形式不作限定。
103，根据所确定的处理策略，对发送信号的直接序列扩频和逐时隙跳频进行控制，以及对接收信号的解扩和解跳进行控制，并发送携带干扰信息或者逐时隙跳频的跳频图案的信号，其中，跳频图案是以时帧为单位进行频点的跳变。
可选地，若所确定的对抗干扰的处理策略为通过直接序列扩频对抗干扰，可以通过对发送信号进行当前的直接序列扩频，以及对接收信号进行对应的解扩来对抗干扰，在直接序列扩频后对发送信号进行的逐时隙跳频和在解扩前对接收信号进行的解跳的跳频图案不变；或者，若所确定的对抗干扰的处理策略为通过变更逐时隙跳频的跳频图案对抗干扰，当节点为成员节点时，可以根据所确定的处理策略向簇首节点发送携带干扰信息的信号，并接收簇首节点广播的携带逐时隙跳频的新的跳频图案的信号，根据新的跳频图案对发送信号的逐时隙跳频的跳频图案和接收信号的解跳的跳频图案进行更新；当节点为簇首节点时，可以根据所确定的处理策略对应的干扰信息，和所接收到的簇内成员节点发出的信号携带的干扰信息，确定逐时隙跳频的新的跳频图案，使新的跳频图案可以规避受到干扰的频点，并向簇内成员节点广播携带新的跳频图案的信号，以及根据新的跳频图案对发送信号的逐时隙跳频的跳频图案和接收信号的解跳的跳频图案进行更新。
本发明提供的扩频通信方法，应用于通信网络中的节点，通过对接收到的信号进行频谱感知，获取节点周围存在的干扰信息，根据所获取的干扰信息确定对干扰的处理策略，根据所确定的处理策略，对发送信号的直接序列扩频和逐时隙跳频进行控制，以及对接收信号的解扩和解跳进行控制，并发送携带干扰信息或者逐时隙跳频的跳频图案的信号，其中，跳频图案是以时帧为单位进行频点的跳变；利用直接序列扩频结合逐时隙跳频的混合扩频通信方式，采用频谱感知技术可以快速提取干扰信息，采用数据分发和融合技术可以自主交互局部干扰信息，在通信网络内实现干扰信息共享，使得各节点就干扰频谱和当前可用频谱资源达成一致，为强干扰环境下使用抗干扰的跳频图案规避干扰，使通信信号的能量尽可能分布到噪声较低的跳频频点上，使跳频图案以时帧为单位进行频点的跳变，可以简化接收机的相干解调，使接收机的结构简单，易于实现，从而可以克服直接序列扩频通信在大干扰环境下抗干扰能力不足、跳扩混合扩频通信的接收机比较复杂的缺陷，实现对小干扰通过直接序列扩频“抗”，对大干扰通过跳扩混合扩频“躲”的功能，具有较强的抗干扰能力、可以抵抗多种类型的干扰，例如：单音干扰、多音干扰、窄带干扰、宽带干扰等，通过多个节点集群协同抗干扰，为现代战场中发挥集群协同优势，以体系化对抗干扰，解决强干扰对集群无线通信网络的影响，提供了有效的解决方案。
请参阅图2，图2是本发明提供的扩频通信方法的一种实现方式流程示意图，图2所示的方法可以由扩频通信装置执行，该扩频通信装置应用于通信网络中一个簇内的成员节点，如图2所示，该方法至少包括：
201，确定接收到的信号的功率谱密度函数，对功率谱密度函数进行平滑滤波。
在本发明实施例中，可以将接收到的信号的功率谱密度函数以公式1中的矩阵形式表示：
Figure 753438DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 871305DEST_PATH_IMAGE002
为
Figure 390142DEST_PATH_IMAGE003
维的 矩阵，
Figure 367718DEST_PATH_IMAGE004
；N为原序列的长度，
Figure 175268DEST_PATH_IMAGE005
为窗函数，
Figure 627984DEST_PATH_IMAGE006
为数据重叠的长度，满足
Figure 798066DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 884227DEST_PATH_IMAGE008
为数据朝零的方向取整。F、
Figure 241390DEST_PATH_IMAGE005
分别为
Figure 232217DEST_PATH_IMAGE009
维的傅里叶矩阵和窗函数矩阵，形 式如公式2和公式3所示：
Figure 725647DEST_PATH_IMAGE010
根据公式1、公式2和公式3可以计算出P为
Figure 236570DEST_PATH_IMAGE011
维的矩阵。对|P|2求和取平均得到 的值即为原信号的功率谱密度函数的估计值。
通过韦尔奇（Welch）法得到的功率谱密度函数的方差会随着分段的增加逐渐较少，方差性能的改善是以牺牲偏差和分辨率为代价。在分段及交叠长度不变的情况下，对分段功率谱密度函数进行萨维茨基-戈莱（Savitzky-Golay）滤波，然后再求平均功率谱密度函数，可以进一步减小方差，同时在低信噪比的情况下，提高检测概率。
选择P中任意列的一组数据P[s]，s的取值为2S+1个连续的整数，即s=-S，L，0，L，S。 现构造一个K阶的多项式(K
Figure 549870DEST_PATH_IMAGE012
来拟合这一组数据，如公式4所示：
Figure 609968DEST_PATH_IMAGE013
两者的均方误差以公式5表示：
Figure 957904DEST_PATH_IMAGE014
为了得到最优多项式的系数，使公式5对
Figure 182605DEST_PATH_IMAGE015
的导数等于0，其结果参见公式6：
Figure 983202DEST_PATH_IMAGE016
公式6用矩阵的形式表示为公式7的形式：
Figure 581411DEST_PATH_IMAGE017
其中，G={g s,i },矩阵的维度等于
Figure 488581DEST_PATH_IMAGE018
；g s,i =s i ，
Figure 648298DEST_PATH_IMAGE019
，i=0,1，L， K；p为输入数据， p=[p[-S] , … , p[-1], p[0], p[1], … , p[S]] T ，G T 为矩阵G的转置 矩阵，G T ={g i ,s }，
Figure 434726DEST_PATH_IMAGE020
为多项式系数，
Figure 72512DEST_PATH_IMAGE021
。这样得到多项式系数的解，如公式8 所示：
Figure 660619DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 289440DEST_PATH_IMAGE023
为多项式系数的估计值，
Figure 267891DEST_PATH_IMAGE024
；H为
Figure 473483DEST_PATH_IMAGE025
维的矩阵，H=[h 1 T h 2 T …h K+1 T ] T ；设
Figure 384938DEST_PATH_IMAGE026
为p的估计值，由于
Figure 399641DEST_PATH_IMAGE027
，只需得到
Figure 662126DEST_PATH_IMAGE028
的值，
Figure 140250DEST_PATH_IMAGE028
为矩阵H第一行 与P的线性相乘。
对于给定的K和S，H的求解与采样数据无关。根据高斯马尔科夫定理，最小二乘估 计是最佳线性无偏估计，其具有无偏性和最优性。
Figure 876518DEST_PATH_IMAGE023
的均值为
Figure 548939DEST_PATH_IMAGE029
，协方差为
Figure 797256DEST_PATH_IMAGE030
。 对于数据
Figure 846114DEST_PATH_IMAGE031
，其均值
Figure 233627DEST_PATH_IMAGE032
和方差
Figure 76949DEST_PATH_IMAGE033
分别为
Figure 750244DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 71635DEST_PATH_IMAGE035
。
由于最小二乘多项式系数只与h 1 有关，可以构建一个脉冲响应滤波器，如公式9所示：
Figure 579234DEST_PATH_IMAGE036
采样数据进行Welch功率谱变化之后，经过上述脉冲响应滤波器，得到公式10如下：
Figure 859036DEST_PATH_IMAGE037
这样就得到经过Savitzky-Golay滤波后信号。由于采样数据交叠分段为L段，每段数据加窗做FFT运算之后并不直接相加，而是每段经过Savitzky-Golay滤波后再平方相加。设P所有列的任意相同行的一组数据P l [s]，s的取值为2S+1个连续的整数，即s=-S，L，0，L，S。
公式5的均方误差将变成公式11的形式：
Figure 19628DEST_PATH_IMAGE038
为了得到最优多项式的系数，使公式11对
Figure 675869DEST_PATH_IMAGE015
的导数等于0，得到公式12如下：
Figure 822992DEST_PATH_IMAGE039
公式12用矩阵的形式表示为公式13的形式：
Figure 742538DEST_PATH_IMAGE040
设
Figure 485366DEST_PATH_IMAGE041
，代表使用L个不同窗的数据计算得到的平均值。则
Figure 912674DEST_PATH_IMAGE020
的多窗估计
Figure 332547DEST_PATH_IMAGE042
如公式14所示：
Figure 688573DEST_PATH_IMAGE043
得到
Figure 653118DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure 87379DEST_PATH_IMAGE031
的计算仿照公式8。多窗Savitzky-Golay滤波可以理解为对多组数 据滤波求平均值。这个过程仍然是无偏估计，
Figure 158497DEST_PATH_IMAGE045
,但是方差会变成
Figure 685424DEST_PATH_IMAGE046
。 同样，对于数据
Figure 370221DEST_PATH_IMAGE031
,其均值
Figure 375218DEST_PATH_IMAGE032
和方差
Figure 566421DEST_PATH_IMAGE033
分别为
Figure 529829DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 905184DEST_PATH_IMAGE047
。
WS-G算法中的最小二乘估计是最优的线性无偏估计，功率谱密度函数估计值在经 其滤波后，均值不变且方差变为原来的
Figure 713871DEST_PATH_IMAGE048
倍，从而得到更加平滑的结果。在
Figure 54854DEST_PATH_IMAGE049
的情况 下，
Figure 905609DEST_PATH_IMAGE050
服从自由度为２的中心卡方分布，其均值和方差分别为
Figure 768261DEST_PATH_IMAGE051
和
Figure 911797DEST_PATH_IMAGE052
； 在
Figure 812014DEST_PATH_IMAGE053
情况下，
Figure 851645DEST_PATH_IMAGE050
服从自由度为2的非中心卡方分布，其均值和方差分别为
Figure 467172DEST_PATH_IMAGE054
+
Figure 86503DEST_PATH_IMAGE051
和
Figure 841226DEST_PATH_IMAGE055
。可得到检测概率
Figure 317338DEST_PATH_IMAGE056
和虚警概率
Figure 420161DEST_PATH_IMAGE057
，如公式15和公式16所示：
Figure 843183DEST_PATH_IMAGE058
其中，
Figure 717991DEST_PATH_IMAGE059
为高斯互补积分函数。能量检测通常给定虚警概率
Figure 365004DEST_PATH_IMAGE057
，判决门限和检测概率可以分别表示为公式17和公式18的形式：
Figure 955123DEST_PATH_IMAGE060
其中，
Figure 712995DEST_PATH_IMAGE061
为
Figure 430591DEST_PATH_IMAGE062
的反函数，信噪比
Figure 982926DEST_PATH_IMAGE063
，可以看出检测概率与信噪比 成正相关关系，当信噪比提高时，检测概率也会有所提高。
202，根据预设的判决门限，提取平滑滤波后功率谱密度函数中干扰的参数，作为干扰信息。
在本发明实施例中，在根据公式17确定判决门限后，可以根据所确定的判决门限，提取平滑滤波后功率谱密度函数中干扰的参数，例如，干扰的类型、干扰的频点、干扰的带宽、干扰的功率等，作为干扰信息。
203，基于预设的规则，根据频谱感知获取的干扰信息，确定通过变更逐时隙跳频的跳频图案对抗干扰。
在本发明实施例中，若成员节点根据频谱感知获取的干扰信息，确定对干扰的处理策略为通过变更逐时隙跳频的跳频图案对抗干扰，例如，当干扰为大干扰时，可以根据频谱感知获取的干扰的参数不符合预设的直接序列扩频对抗干扰的参数范围，确定通过变更逐时隙跳频的跳频图案对抗干扰。可选地，成员节点在根据频谱感知获取的干扰信息，确定对干扰的处理策略为通过变更逐时隙跳频的跳频图案对抗干扰后，还可以根据频谱感知获取的干扰信息，寻找出干扰最弱的频点，并根据干扰最弱的频点生成的新的跳频图案。
204，根据通过变更逐时隙跳频的跳频图案对抗干扰，发送携带干扰信息的信号。
在本发明实施例中，成员节点在确定对干扰的处理策略为通过变更逐时隙跳频的跳频图案对抗干扰后，还可以根据所确定的对干扰的处理策略，向簇首节点发送携带所获取的干扰信息的信号，例如，可以将干扰信息放入发送信号的帧结构的网络维护段中。可选地，若成员节点还根据频谱感知获取的干扰信息，寻找出干扰最弱的频点，并根据干扰最弱的频点生成的新的跳频图案，也可以将所生成的新的跳频图案与干扰信息同时发送至簇首节点，例如，可以将干扰信息和新的跳频图案放入发送信号的帧结构的网络维护段中。
205，对接收到的信号的帧结构进行解析，获取信号携带的新的跳频图案。
在本发明实施例中，成员节点在向簇首节点发送携带所获取的干扰信息的信号后，还会接收簇首节点发出的携带的新的跳频图案信号，簇首节点发出的信号中携带的新的跳频图案，是根据簇首节点接收到的信号中携带的干扰信息以及自身根据频谱感知获取的干扰信息，确定出的干扰最弱的频点，根据所确定出的干扰最弱的频点生成的，例如，成员节点可以通过对接收到的簇首节点的信号的帧结构进行解析，获取帧结构的网络维护段中的新的跳频图案。
206，根据新的跳频图案，对发送信号的逐时隙跳频的跳频图案和接收信号的解跳的跳频图案进行更新。
在本发明实施例中，成员节点在通过对接收到的簇首节点的信号的帧结构进行解析，获取信号携带的新的跳频图案后，可以根据所获取的新的跳频图案，对自身发送信号的逐时隙跳频的跳频图案和接收信号的解跳的跳频图案进行更新，以根据更新后的跳频图案进行信号的发送与接收，从而使得逐时隙跳频可以规避大的干扰。
请参阅图3，图3是本发明提供的扩频通信方法的另一种实现方式流程示意图，图3所示的方法可以由扩频通信装置执行，该扩频通信装置应用于通信网络中一个簇内的簇首节点，如图3所示，该方法至少包括：
301，确定接收到的信号的功率谱密度函数，对功率谱密度函数进行平滑滤波。
在本发明实施例中，关于301的说明可以参见图2中关于201的说明，故此处不再复述。
302，根据预设的判决门限，提取平滑滤波后功率谱密度函数中干扰的参数，作为干扰信息。
在本发明实施例中，关于302的说明可以参见图2中关于202的说明，故此处不再复述。
303，对接收到的信号的帧结构进行解析，获取信号携带的干扰信息。
在本发明实施例中，簇首节点可以接收簇内各成员节点发出的信号，获取信号携带的各成员节点周围存在的干扰信息，例如，簇首节点可以通过对接收到的各成员节点的信号的帧结构进行解析，获取帧结构的网络维护段中的干扰信息。
304，根据帧结构解析获取的干扰信息和/或频谱感知获取的干扰信息，确定干扰最弱的频点。
在本发明实施例中，簇首节点可以根据对簇内各成员节点发出的信号的帧结构解析获取的干扰信息，和/或自身根据频谱感知获取的干扰信息，确定通过变更逐时隙跳频的跳频图案对抗干扰，并根据帧结构解析获取的干扰信息和/或自身根据频谱感知获取的干扰信息，确定干扰最弱的频点。
305，根据干扰最弱的频点，生成逐时隙跳频的新的跳频图案。
在本发明实施例中，簇首节点在根据帧结构解析获取的干扰信息和/或自身根据频谱感知获取的干扰信息，确定出干扰最弱的频点后，还可以根据所确定出的干扰最弱的频点，生成逐时隙跳频的新的跳频图案，所确定的逐时隙跳频的新的跳频图案可以规避大的干扰，使簇内各节点能够在跳频图案上进行有效的数据传输。
306，根据所生成的新的跳频图案，广播携带新的跳频图案的信号。
在本发明实施例中，簇首节点在根据干扰最弱的频点，生成逐时隙跳频的新的跳频图案后，可以将所生成的新的跳频图案以广播的方式发送给簇内的各成员节点，例如，可以将新的跳频图案放入广播信号的帧结构的网络维护段中，使广播信号携带新的跳频图案。
307，根据新的跳频图案，对发送信号的逐时隙跳频的跳频图案和接收信号的解跳的跳频图案进行更新。
在本发明实施例中，簇首节点在将所生成的新的跳频图案以广播的方式发送给簇内的各成员节点后，还可以根据所生成的新的跳频图案，对自身发送信号的逐时隙跳频的跳频图案和接收信号的解跳的跳频图案进行更新，以根据更新后的跳频图案进行信号的发送与接收。
请参阅图4、图5A和图5B、图6、图7，图4是本发明提供的扩频通信方法时帧与时隙结构的一种实现方式的示意图，图5A和图5B是本发明提供的扩频通信方法物理层接收和发送设备的一种实现方式的示意图，图6是本发明提供的扩频通信方法应用的通信网络的拓扑图，图7是图6中的通信网络存在干扰时的拓扑图。
如图4、图6、图7所示，以通信网络中包括一个簇首节点和三个成员节点的一个簇为例，在时帧上采用D-TDMA的组网方式，每个时帧有5个时隙，其中，C为簇首节点，N1、N2、N3均为成员节点，4个节点按照表1所示，进行TDMA通信，每个超帧包含三个时帧，每个时帧分别用不同的频点传输，每个时帧又分为5个时隙，其中有一个时隙为空，每个节点占用对应的时隙，每个时隙均以同样的帧结构进行数据传输，对于无干扰模式各个节点的网络维护段中的干扰频点状态应相同，网络维护段中的跳频图案应在每个超帧内保持一致，但是传输不同的有效数据。
表1是初始时隙关系表
Figure 998025DEST_PATH_IMAGE064
当N1节点周围存在f1频点上的干扰较强时，可以根据频谱感知获取的干扰的参数不符合预设的直接序列扩频对抗干扰的参数范围，确定通过变更逐时隙跳频的跳频图案对抗干扰，以达到认知躲避干扰的效果。具体流程如下：
N1节点采用分布式宽带频谱感知技术，检测到在f1频点存在干扰，因此N1节点在发送数据时会在网络维护段添加自身检测到的干扰信息，数据段保持不变并发送出去。在时帧1通信频点为f1时，由于干扰原因，簇首节点C不能收到N1节点发送数据；在时帧2通信频点为f2时，簇首节点C能收到N1节点发送数据，并得知在f1频带内存在窄带干扰，并据此生成新的跳频图案；在时帧3通信频点为f3时，簇首节点Cs将新的跳频图案广播出去，对应的各个节点在收到簇首节点广播的信息后，回传下一个时帧的工作模式；在下一个时帧，4个节点同时切换工作频点转变为新的跳频图案的频率f2，后续时帧保持原状态传输，达到通过感知躲避干扰的效果，如表2所示。
表2是变更后时隙关系表
Figure 559587DEST_PATH_IMAGE065
通过在不同的干信比的单音干扰、多音干扰、窄带干扰、宽带干扰环境下均进行测试，本发明均能保证完整且正确的通信链路；在最大干信比为50dB的单音干扰环境下本发明仍能保证完整且正确的通信链路，本发明具有很强的抗干扰能力。
如图5A、图5B所示，本发明涉及网络层和物理层，其中，网络层用于组网、接入控制以及确定对干扰的处理策略，物理层为多速率多模式的调制解调模块，以及用于实现频谱感知算法。物理层发送设备通过信源编码、调制、组帧、扩频、成型滤波等操作形成基带波形，其中通过改变PN码长度即扩频比，来实现不同的信息速率。在得到基带波形后在FPGA内部进行数字跳频扩频处理，将跳频基带数据通过AD进行内部的滤波放大，中频搬移等操作后，传递到天线将信号发射出去。
物理层接收设备通过天线接收信号，通过DA下变频后送入到FPGA中，将数据直接输入给频谱感知模块，实现干扰的识别，以指导通信跳频图案的切换；同时将接收到的信号进行数字解跳处理，接着送入匹配滤波模块，经过匹配滤波模块进行匹配滤波。匹配滤波后的信号一方面进行抽取送入捕获模块进行相对速度的粗搜索和码相位的估计，另一方面将数据送入解扩模块进行解扩，将解扩后的数据送入帧同步模块定位变速率数据段位置，同时将解扩后的数据送入解调跟踪模块，解调跟踪模块一方面进行相对速度的精搜索，另一方面将搜索得到的结果进行补偿并进行解调，将解调数据进行解交织操作，最后将数据通过译码模块译码得到数据信息。
下面对本发明提供的扩频通信装置进行描述，下文描述的扩频通信装置与上文描述的扩频通信方法可相互对应参照。
请参阅图8，图8是本发明提供的扩频通信装置的结构示意图，该扩频通信装置应用于通信网络中的节点，可以用于执行图1所示的扩频通信方法，该节点可以是通信网络中一个簇内的成员节点，也可以是通信网中一个簇内的簇首节点，本发明实施例对此不作限定，如图8所示，扩频通信装置800至少包括：
频谱感知模块810，用于对接收到的信号进行频谱感知，获取节点周围存在的干扰信息。
策略确定模块820，用于根据所获取的干扰信息确定对干扰的处理策略.
扩频通信模块830，用于根据所确定的处理策略，对发送信号的直接序列扩频和逐时隙跳频进行控制，以及对接收信号的解扩和解跳进行控制，并发送携带干扰信息或者逐时隙跳频的跳频图案的信号，其中，跳频图案是以时帧为单位进行频点的跳变。
可选地，频谱感知模块810，包括：
第一处理单元，用于确定接收到的信号的功率谱密度函数，对功率谱密度函数进行平滑滤波。
第二处理单元，用于根据预设的判决门限，提取平滑滤波后功率谱密度函数中干扰的参数，作为干扰信息。
可选地，若节点为簇首节点，扩频通信模块830，还用于对接收到的信号的帧结构进行解析，获取信号携带的干扰信息。
可选地，策略确定模块820，用于根据频谱感知获取的干扰的参数，符合预设的直接序列扩频对抗干扰的参数范围，确定通过直接序列扩频对抗干扰；或者，根据频谱感知获取的干扰的参数，不符合预设的直接序列扩频对抗干扰的参数范围，确定通过变更逐时隙跳频的跳频图案对抗干扰。
可选地，若节点为簇首节点，策略确定模块820，还包括：
第三处理单元，用于根据帧结构解析获取的干扰信息和/或频谱感知获取的干扰信息，确定干扰最弱的频点。
第四处理单元，用于根据干扰最弱的频点，生成逐时隙跳频的新的跳频图案。
可选地，若节点为簇首节点，扩频通信模块830，包括：
信号收发单元，用于根据所生成的新的跳频图案，广播携带新的跳频图案的信号。
扩频控制单元，用于根据新的跳频图案，对发送信号的逐时隙跳频的跳频图案和接收信号的解跳的跳频图案进行更新。
可选地，若节点为成员节点，扩频通信模块830，包括：
信号收发单元，用于根据通过变更逐时隙跳频的跳频图案对抗干扰，发送携带干扰信息的信号；以及对接收到的信号的帧结构进行解析，获取信号携带的新的跳频图案。
扩频控制单元，用于根据新的跳频图案，对发送信号的逐时隙跳频的跳频图案和接收信号的解跳的跳频图案进行更新。
图9示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图9所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)910、通信接口(Communications Interface)920、存储器(memory)930和通信总线940，其中，处理器910，通信接口920，存储器930通过通信总线940完成相互间的通信。处理器910可以调用存储器930中的逻辑指令，以执行扩频通信方法，该方法包括：
对接收到的信号进行频谱感知，获取所述节点周围存在的干扰信息；
根据所获取的干扰信息确定对干扰的处理策略；
根据所确定的处理策略，对发送信号的直接序列扩频和逐时隙跳频进行控制，以及对接收信号的解扩和解跳进行控制，并发送携带所述干扰信息或者所述逐时隙跳频的跳频图案的信号，其中，所述跳频图案是以时帧为单位进行频点的跳变。
此外，上述的存储器930中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的扩频通信方法，该方法包括：
对接收到的信号进行频谱感知，获取所述节点周围存在的干扰信息；
根据所获取的干扰信息确定对干扰的处理策略；
根据所确定的处理策略，对发送信号的直接序列扩频和逐时隙跳频进行控制，以及对接收信号的解扩和解跳进行控制，并发送携带所述干扰信息或者所述逐时隙跳频的跳频图案的信号，其中，所述跳频图案是以时帧为单位进行频点的跳变。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的扩频通信方法，该方法包括：
对接收到的信号进行频谱感知，获取所述节点周围存在的干扰信息；
根据所获取的干扰信息确定对干扰的处理策略；
根据所确定的处理策略，对发送信号的直接序列扩频和逐时隙跳频进行控制，以及对接收信号的解扩和解跳进行控制，并发送携带所述干扰信息或者所述逐时隙跳频的跳频图案的信号，其中，所述跳频图案是以时帧为单位进行频点的跳变。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述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模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种扩频通信方法，应用于通信网络中的节点，其特征在于，包括：
对接收到的信号进行频谱感知，获取所述节点周围存在的干扰信息；
根据所获取的干扰信息确定对干扰的处理策略；
根据所确定的处理策略，对发送信号的直接序列扩频和逐时隙跳频进行控制，以及对接收信号的解扩和解跳进行控制，并发送携带所述干扰信息或者所述逐时隙跳频的跳频图案的信号，其中，所述跳频图案是以时帧为单位进行频点的跳变。
2.根据权利要求1所述的扩频通信方法，其特征在于，所述对接收到的信号进行频谱感知，获取所述节点周围存在的干扰信息，包括：
确定接收到的信号的功率谱密度函数，对所述功率谱密度函数进行平滑滤波；
根据预设的判决门限，提取所述平滑滤波后功率谱密度函数中干扰的参数，作为所述干扰信息。
3.根据权利要求2所述的扩频通信方法，其特征在于，若所述节点为簇首节点，在对接收到的信号进行频谱感知，获取所述节点周围存在的干扰信息之后，还包括：
对接收到的信号的帧结构进行解析，获取所述信号携带的干扰信息。
4.根据权利要求3所述的扩频通信方法，其特征在于，所述根据所获取的干扰信息确定对干扰的处理策略，包括：
根据所述频谱感知获取的干扰的参数，符合预设的所述直接序列扩频对抗干扰的参数范围，确定通过所述直接序列扩频对抗干扰；或者，
根据所述频谱感知获取的干扰的参数，不符合预设的所述直接序列扩频对抗干扰的参数范围，确定通过变更所述逐时隙跳频的跳频图案对抗干扰。
5.根据权利要求4所述的扩频通信方法，其特征在于，若所述节点为簇首节点，所述根据所获取的干扰信息确定对干扰的处理策略，还包括：
根据所述帧结构解析获取的干扰信息和/或所述频谱感知获取的干扰信息，确定干扰最弱的频点；
根据所述干扰最弱的频点，生成所述逐时隙跳频的新的跳频图案。
6.根据权利要求5所述的扩频通信方法，其特征在于，若所述节点为簇首节点，所述根据所确定的处理策略，对发送信号的直接序列扩频和逐时隙跳频进行控制，以及对接收信号的解扩和解跳进行控制，并发送携带所述干扰信息或者所述逐时隙跳频的跳频图案的信号，包括：
根据所生成的新的跳频图案，广播携带所述新的跳频图案的信号；
根据所述新的跳频图案，对发送信号的逐时隙跳频的跳频图案和接收信号的解跳的跳频图案进行更新。
7.根据权利要求6所述的扩频通信方法，其特征在于，若所述节点为成员节点，所述根据所确定的处理策略，对发送信号的直接序列扩频和逐时隙跳频进行控制，以及对接收信号的解扩和解跳进行控制，并发送携带所述干扰信息或者所述逐时隙跳频的跳频图案的信号，包括：
根据通过变更所述逐时隙跳频的跳频图案对抗干扰，发送携带所述干扰信息的信号；
对接收到的信号的帧结构进行解析，获取所述信号携带的所述新的跳频图案；
根据所述新的跳频图案，对发送信号的逐时隙跳频的跳频图案和接收信号的解跳的跳频图案进行更新。
8.一种扩频通信装置，其特征在于，应用于通信网络中的节点，该装置包括：
频谱感知模块，用于对接收到的信号进行频谱感知，获取所述节点周围存在的干扰信息；
策略确定模块，用于根据所获取的干扰信息确定对干扰的处理策略；
扩频通信模块，用于根据所确定的处理策略，对发送信号的直接序列扩频和逐时隙跳频进行控制，以及对接收信号的解扩和解跳进行控制，并发送携带所述干扰信息或者所述逐时隙跳频的跳频图案的信号，其中，所述跳频图案是以时帧为单位进行频点的跳变。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述扩频通信方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述扩频通信方法的步骤。
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