CN113810135A - 一种基于频谱感知的电台快速建链和动态信道接入方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于频谱感知的电台快速建链和动态信道接入方法是一种基于认知无线电技术的通信方法，主叫方链路呼叫频率组合通过选择N个最优信道质量的频率，最大概率的保证了被叫方能够正确接收到至少一个链路呼叫信号。在被叫方应答主叫方链路呼叫时，因为使用的是主叫方的优选信道，也可以保证主叫方能够正确接收到链路呼叫应答信号。在信道条件较差时，本发明的建链成功率明显高于现有技术。从而大大减少了复杂电磁环境下的链路建立时间。因为主备双方建链的信号很大可能是最佳信道，可以使主被叫双发以较高的信息速率发送数据，提高了信道利用率，有效的提升了通信容量。

Description

一种基于频谱感知的电台快速建链和动态信道接入方法和 设备

技术领域

本发明是一种基于认知无线电技术的通信方法，具体为一种基于频谱感知的电台快速建链和动态信道接入方法

背景技术

感知无线电技术是建立在软件无线电平台之上的一份智能无线通信系统，它能够感知外部环境、使用边了解边积累的方法对外部环境进行学习、并根据外部环境提供的激励，对运行参数进行相应的修改(如传输功率、载波频率、调制方式等)，从而达到内部状态的自适应调整。

从定义上看，感知无线电应当具备的两个主要特征是感知能力和重新配置能力。感知能力能构使感知无线电与周围环境进行交互，进而决定适合的通信参数来适应环境的无线频谱资源；重新配置能力能够不改变任何硬件部分而调整传输功率、载波频率、调制方式等发射参数。感知无线电的感知能力要求无线通信设备具有发现“频谱空洞”并且能够合理利用所发现的“频谱空洞”的能力。感知用户主动的搜索频谱以寻求可以使用的频谱空洞，然后利用这些频谱空洞进行有效的通信，在通信过程中实时动态的进行参数控制，以避免对主要用户可能产生的干扰。基于这一特点感知无线电的首要任务就是进行频谱检测，查找能够用来进行业务传输的频谱空洞。

根据奈奎斯特(Nyquist)采样理论，宽带的信号检测会导致A/D采样器具有极高的采样速率，对数字信号处理器处理速度的要求也会大幅提高，从而导致硬件复杂度和的设备成本增加。由于现有频谱资源分配策略中，低使用效率的宽带频谱总是被分成诸多的子带，如果存在频谱空洞，频谱空洞总是以窄带形式出现，不会有针状空洞的出现。同样被占用频谱也是以窄带形式出现，不会存在某一个无线系统仅仅使用非连续离散的频点进行数据传输。通常情况下，感知无线电中的宽带频谱检测方法是在射频前端使用一系列可调谐的窄带带通滤波器且每一个窄带滤波器只能对整个宽带中的其中某个子带进行检测。这种方法需要大量的射频参数，每一个滤波器的调谐范围须预先设定。

传统电台频谱使用处于事先规划、静态使用为主的阶段。此模式有以下问题：

a)对复杂多变的电磁环境适应能力较差,频谱资源浪费严重,成为制约通信数据容量提升的主要因素。

b)当工作频率存在干扰时，无法正常通信。

针对以上问题，有人提出了一种动态信道接入的方法。主叫方和被叫方工作在事先约定好的一组频率集上。当需要通信时，采取以下步骤：

a)主叫方在预设频率f1上发送建链呼叫，其中呼叫信号中含有fd1的频率信息。

b)被叫方成功接收到该信号后，在fd1频率上应答主叫方的呼叫，其中含有fu1的频率信息。

c)主叫方在fd1频率上收到被叫方的应答信号后，在fu1频率上发送确认信号。

d)被叫方在fu1上收到确认信号，主/被叫方工作频率为fu1/fd1,双发开始通信。

设置等待时间，若超过等待时间以上某一个环节没有正确运行。则从a)环节开始用fd2频率重新建链，直到通信链路建立成功。

发明内容

本发明提一种基于频谱感知的电台快速建链和动态信道接入方法和装置。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种感知无线电的发射装置，所述发射装置包括：

信道检测模块，用于对信道进行频谱感知测量，得到根据频谱感知结果得到若干可以用于传输信号的信道。

信道选择模块用于在若干可以用与传输信号的信道中，选择所述信道质量最好的N个频率，其中包括信道质量最好的频率fd。

信号收发模块用于在信道质量最好的N个频率上同时发送建链呼叫信号，所述建链呼叫信号中包括信道质量最好的N个频率的信息，所述信道收发模块还用于接收对端发送的应答信号，所述对端发送过来的应答信号指示有对端信道质量最好且未被占用的频率fu，所述信号收发模块在接收到对端的信号后在频率fu上发送信号给对端；

优选的，所述对端在所有接收到的N个频率上发送所述应答信号，或者仅在频率最好的fd上发送应答信号。

根据本发明实施例的又一个方面，提供了一种认知系统信道状态配置方法，包括：

S1、主叫方设备通过宽带频谱感知得到信道质量最好的N个频率，

S2、所述主叫方设备在所述信道质量最好的N个频率上同时发送建链呼叫，所述建链呼叫信号中包括主叫方信道质量最好的频率fd的频率信息。

S3、被叫方设备成功接收到主叫方设备在全部N个频率或部分频率上接收到呼叫信号后，通过宽带频谱感知确定被叫方设备接收信道信道质量最好的频率fu，被叫方设备在所有接收到的N个频率上应答主叫方的呼叫，发送应答信号，应答信号中包括被叫方接收信号时，信道质量最好的且未被占用的所述频率fu的信息。

S4、主叫方在N个频率上收到被叫方的应答信号后，在fu频率上发送确认信号。

S5、被叫方在fu上收到确认信号，主/被方的工作频率为fu/fd,双方开始通信。

S6、设置等待时间，若超过等待时间以上环节没有正确运行。则从步骤S1开始选择其他五个符合要求的频率作为工作频率重新建链，直到通信链路建立成功。

本发明实施例的有益效果在于：本发明的主叫方链路呼叫频率组合通过选择N个最优信道质量的频率，最大概率的保证了被叫方能够正确接收到至少一个链路呼叫信号。在被叫方应答主叫方链路呼叫时，因为使用的是主叫方的优选信道，也可以保证主叫方能够正确接收到链路呼叫应答信号。在信道条件较差时，本发明的建链成功率明显高于现有技术。从而大大减少了复杂电磁环境下的链路建立时间。因为主备双方建链的信号很大可能是最佳信道，可以使主被叫双发以较高的信息速率发送数据，提高了信道利用率，有效的提升了通信容量。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

图1是本发明实施例的一种认知系统信道状态配置方法流程图；

图2是本发明实施例的一个主叫方设备构成示意图；

具体实施方式

下面对本发明实施例提供的基于频谱感知的电台快速建链和动态信道接入方法及装置进行详细描述。

实施例一，一种认知系统信道状态配置方法，流程图如图1所示，包括：

S1 、主叫方通过宽带频谱感知得到信道质量最好的N个频率，本发明实施例中，所述主叫方可以是移动无线台或固定无线台，所述宽带频谱感知可以是对高速AD采集芯片得到工作频段的数字化信号进行FFT变换，计算出预分配频段的频谱，实现频谱感知。

所述得到信道质量最好的N个频率，可采用一个简单的模型实现信道质量估计，具体工作步骤：

1.对每个信道内对应的频谱的值做加权平均，计算出每个信道频谱的平均值(P0,P1…Pn)，设阈值为PT，当Pn<PT时，标记该信道为可选信道；

2.计算可选信道频谱的方差值D0,D1…Dn，设方差的阈值为DT，当Dn<DT时，该信道为可用信道，按照频谱的平均值对可用信道质量排序，选出最佳信道；

可以理解的是，根据用于检测的数据不同，数据信息的类型和格式也可以不同，但是都为用于分析信道状态的相关参数，本发明强调的是，可以根据从数据分析出的信息得出信道的状态。

S2、所述主叫方设备在所述信道质量最好的N个频率上同时发送建链呼叫，所述建链呼叫信号中包括主叫方信道质量最好的频率fd的频率信息。

S3、被叫方设备成功接收到主叫方设备在全部N个频率或部分频率上接收到呼叫信号后，通过宽带频谱感知确定被叫方设备接收信道信道质量最好的频率fu，被叫方设备在所有接收到的N个频率上应答主叫方的呼叫，发送应答信号，应答信号中包括被叫方接收信号时，信道质量最好的且未被占用的所述频率fu的信息，在一个实施例中，被叫方设备仅在主叫方信道质量最好的频率fd上发送应答信号。

S4、主叫方在N个频率上收到被叫方的应答信号后，在被叫方信道质量最好的所述fu频率上发送确认信号。

S5、被叫方在fu上收到确认信号，主/被方的工作频率为fu/fd,双发开始通信。

S6、设置等待时间，若超过等待时间以上环节没有正确运行。则从步骤S1环节开始选择其他五个符合要求的频率作为工作频率重新建链，直到通信链路建立成功。

本发明实施例中，所述数据源可以是授权用户数据库，授权用户历史数据库，感知频谱单元，地理位置单元，政策单元中的至少一个。可以理解的是，根据数据源的不同，数据源上报的数据信息的类型和格式也可以不同，但是都为用于分析信道状态的相关参数，本发明强调的是，可以根据数据源上报的信息进行分析得出信道的状态。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序运行在主叫方设备上，该程序在执行时，包括如下步骤：

通过宽带频谱感知得到信道质量最好的N个频率；

在所述信道质量最好的N个频率上同时发送建链呼叫，所述建链呼叫信号中包括主叫方信道质量最好的频率fd的频率信息。

在N个频率上接收被叫方的应答信号，其中，应答信号包括被叫方信道质量最好的信号fu，在被叫方信道质量最好的所述fu频率上发送确认信号。

本发明实施例二提供的一种主叫方设备，结构示意图如图2所示，包括：信道检测模块、信道选择模块、信道收发模块。

所述信道检测模块，用于对信道进行宽带频谱感知测量，得到若干可以用于传输信号的信道，将分析得到的信道状态存储至信道状态列表，若所述分析得到同一个信道的信道状态为多个；则为所述信道存储所述多个信道状态。所述宽带频谱感知可以是对高速AD采集芯片得到工作频段的数字化信号进行FFT变换，计算出预分配频段的频谱，实现频谱感知。

所述信道选择模块用于接收所述信道状态列表，并根据所述信道状态列表选择信道质量最好的N个频率，所述信道质量最好的N个频率是指（增加信道质量的指标说明），在一些优选实施例中，N为5。

所述得到信道质量最好的N个频率，可采用一个简单的模型实现信道质量估计，具体工作步骤：

1.对每个信道内对应的频谱的值做加权平均，计算出每个信道频谱的平均值(P0,P1…Pn)，设阈值为PT，当Pn<PT时，标记该信道为可选信道；

2.计算可选信道频谱的方差值D0,D1…Dn，设方差的阈值为DT，当Dn<DT时，该信道为可用信道，按照频谱的平均值对可用信道质量排序，选出最佳信道；

可以理解的是，根据用于检测的数据不同，数据信息的类型和格式也可以不同，但是都为用于分析信道状态的相关参数，本发明强调的是，可以根据从数据分析出的信息得出信道的状态。

所述信号收发模块，用于在信道质量最好的N个频率上同时发送建链呼叫信号，所述建链呼叫信号中包括信道质量最好的频率fd的信息。并用于接收对端发送过来的应答信号，所述信号收发模块还用于在频率fu上发送信号给对端，频率fu为对端在应答信号中指示的对端信道质量最好的频率；所述信号收发模块还用于接收所述所述信道检测模块发送的信道状态列表，并根据所述信道状态列表进行通讯和实现共存；

本发明实施例中，信号收发模块用于向对端发送和接收信号；可以理解的是，本发明实施例对信号收发模块不做具体限定，只要能够实现通讯发送和接收信号均在本发明的保护范围之内。信道检测模块使用的数据用于识别信道状态相关，例如用于参考识别信道状态，在一个具体实施方式中可包括所述频谱感知(SSF)单元，用于返回信道的检测报告。

所述信道选择模块可以提供信道选择信息，设备可以根据所述信道选择信息得知本认知系统占用的信道；

信道检测模块获得的本认知系统占用的信道信息和邻居认知系统占用的信道信息可以作为分析信道状态的依据。

本发明实施例三，一种信道选择设备300，包括：信息获取单元310、信道状态分析单元320、信道状态列表生成单元330、信道确定单元；

所述信息获取单元310，用于获得数据源上报的数据信息；

所述信道状态分析单元320，根据所述信息获取单元310获得的数据信息分析信道的信道状态；

所述信道状态列表生成单元330，用于根据信道状态分析单元320分析得到的信道状态生成信道状态列表，若所述分析得到同一个信道的信道状态为多个；则在所述信道状态列表中为所述信道存储所述多个信道状态。本实施例中，所述信道的状态包括被干扰状态；

所述信道状态分析单元320可以包括：干扰状态分析单元321，用于在对所有数据源对于同一个信道上报的数据信息进行分析得知该信道存在占用信号，但是无法分析得到该占用信号类型时，设定该信道状态为被干扰；

所述信道确定单元，用于根据信道状态列表中的多个信道状态，根据信道质量排序，选择信道质量最好的前N个频率，信道质量最好例如可以是受到的干扰最小的频率。

本发明实施例四提供一种本发明电台的结构，由天线、双工器、信号调理单元、高速ADC、高速DAC和高性能DSP器件组成。

天线单元，作用是完成电磁波的发射和接收。

双工器，其作用是将发射和接收讯号相隔离，保证接收和发射都能同时正常工作。

发射信号调理单元，负责完成发射信号的滤波，变频，功率控制功能。

接收信号调理单元，负责完成接收信号的滤波，变频，幅度控制功能。

高速DAC器件可以对高性能DSP器件产生的基带信号进行上采样，根据发射信号调理单元的结构，如果采用射频直接调制，DAC器件直接将信号调制到射频发射出去；如果采用变频结构，DAC器件将信号调制到合适的中频频率。

高速ADC器件对接收信号调理单元的信号进行高速采样并转换为数据信号，送入高性能DSP器件进行处理。

高性能DSP器件实现整个电台工作频段的频谱感知，作为主叫方，通过频谱感知，实时生成呼叫信号的多个工作频率的中频或射频载波信号，处理被叫方的应答信号。作为被叫方，实时生成应答信号的多个工作频率的中频或射频载波信号，处理主叫方的呼叫信号。

以上对本发明所提供的一种基于频谱感知的电台快速建链和动态信道接入方法及设备进行了介绍，本发明的电路结构利用射频数字化电台和高性能DSP器件形成的频谱感知能力，采用多路呼叫信号并发的方式，大大减小了收发双发的链路建立时间，实现了电台的快速建链和动态信道接入。其次，收发双发都工作在最佳信道上，可以采用高阶调制，能够提高信息速率，从而提高了信道利用率和通信效率，提升了整个系统的通信容量。可以有效提升电台在复杂电磁环境条件下的工作能力。

本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。

以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种基于频谱感知的电台快速建链和动态信道接入方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、主叫方设备通过宽带频谱感知得到信道质量最好的N个频率；

S2、所述主叫方设备在所述信道质量最好的N个频率上同时发送建链呼叫。

2.根据权利要求1所述的接入方法，所述N为5。

3.根据权利要求1所述的接入方法，所述步骤S2包括：所述建链呼叫信号中包括主叫方信道质量最好的频率fd的频率信息。

4.根据权利要求3所述的接入方法，其特征在于，在步骤S2后还包括：

S3、被叫方设备接收到主叫方设备在全部N个频率或部分频率上接收到呼叫信号后，至少在所述主叫方信道质量最好的频率fd上发送应答信号，

S4、主叫方在N个频率上接收被叫方的应答信号。

5.根据权利要求4所述的方法，在所述步骤S3中还包括，所述被叫方设备通过宽带频谱感知确定被叫方设备接收信道信道质量最好的频率fu，被叫方设备至少在频率fd上发送应答信号，应答信号中包括被叫方接收信号时，信道质量最好的且未被占用的所述频率fu的信息；

所述步骤S4中还包括，在fu频率上发送确认信号；

还包括步骤S5、被叫方在fu上收到确认信号，主/被方的工作频率为fu/fd,双方开始通信；

S6、设置等待时间，若超过等待时间以上环节没有正确运行；

则从步骤S1开始选择其他五个符合要求的频率作为工作频率重新建链，直到通信链路建立成功。

6.根据权利要求1所述的接入方法，其中，在步骤S3中所述被叫方在所有接收到的M个频率上应答主叫方的呼叫，其中M小于或等于N。

7.一种基于频谱感知的电台快速建链和动态信道接入设备，所述设备包括：信道检测模块、信道选择模块，所述信道检测模块，用于对信道进行频谱感知测量，得到若干可以用于传输信号的信道；

所述信道选择模块用于选择所述信道质量最好的N个频率。

8.根据权利要求7所述的一种接入设备，所述接入设备还包括信号收发模块，

所述信号收发模块用于在信道质量最好的N个频率上同时发送建链呼叫信号，所述建链呼叫信号中包括信道质量最好的N个频率的信息，并用于接收对端发送的信号，所述对端发送过来的信号指示有对端信道质量最好且未被占用的频率fu在上，并在频率fu上发送信号给对端。

9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，当所述程序被处理器执行时，执行如权利要求1-6之一的步骤。

Images