CN114465637A - 信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法 - Google Patents

信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114465637A
CN114465637A CN202210274424.1A CN202210274424A CN114465637A CN 114465637 A CN114465637 A CN 114465637A CN 202210274424 A CN202210274424 A CN 202210274424A CN 114465637 A CN114465637 A CN 114465637A
Authority
CN
China
Prior art keywords
channel
frequency
sub
receiver
transform domain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210274424.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114465637B (zh
Inventor
齐佩汉
隰靖康
关磊
周小雨
孟永超
李赞
张正宇
丁渊磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN202210274424.1A priority Critical patent/CN114465637B/zh
Publication of CN114465637A publication Critical patent/CN114465637A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114465637B publication Critical patent/CN114465637B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69Spread spectrum techniques
    • H04B1/707Spread spectrum techniques using direct sequence modulation
    • H04B1/7097Interference-related aspects
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40Circuits
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69Spread spectrum techniques
    • H04B1/707Spread spectrum techniques using direct sequence modulation
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B17/00Monitoring; Testing
    • H04B17/30Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/309Measuring or estimating channel quality parameters
    • H04B17/345Interference values
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B17/00Monitoring; Testing
    • H04B17/30Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/382Monitoring; Testing of propagation channels for resource allocation, admission control or handover
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B17/00Monitoring; Testing
    • H04B17/30Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/391Modelling the propagation channel
    • H04B17/3912Simulation models, e.g. distribution of spectral power density or received signal strength indicator [RSSI] for a given geographic region
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/14Spectrum sharing arrangements between different networks
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)

Abstract

本发明公开了一种信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法,接收机利用AD9361芯片接收通道完成分段频谱感知,进行频段粗选与细选;收发两端利用AD9361芯片收发通道经过直接扩频交互链路共享信道状态;收发机依据共享信道分别对AD9361芯片收发通道进行配置,进行变换域通信处理,获取最终通信数据。本发明将频谱感知、直接扩频交互共享链路与变换域处理有力结合,在收发两端电磁信道状态不一致时仍可通过交互链路共享接收端信道状态完成通信;同时依托AD9361芯片作为本发明中频谱感知与各收发模块的收发器,使本发明可在较宽频段内分段完成频谱感知,进行频段粗选与细选,动态筛选最优频段,扩大可选频段范围,提高频谱利用率。

Description

信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法
技术领域
本发明属于无线电通信相关技术领域,具体涉及一种信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法。
背景技术
信息化战争快速发展,用频设备在各式武器装备中应用急剧增长,现代作战场景中多种电子战装备将大量投入战场,使得区域战场内形成不可预测的复杂电磁环境,极其可能造成己方用频设备间产生通信干扰,同时必定会受到敌方电子战装备的电磁干扰,如何提升通信系统的抗干扰性能以及合理利用可用频谱资源成为无线抗干扰通信领域重点研究的问题,由此产生多种抗干扰通信技术以应对愈加复杂的电磁作战环境,变换域通信技术可在电磁干扰环境中,将通信频段内被干扰频段剔除,利用该领域知识解决抗干扰通信问题已有部分研究成果。
发明内容
有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
本发明实施例提供一种信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法,该方法为:
接收机利用AD9361芯片接收通道完成分段频谱感知,进行频段粗选与细选;
收发两端利用AD9361芯片收发通道经过直接扩频交互链路共享信道状态;
收发机依据共享信道分别对AD9361芯片收发通道进行配置,进行变换域通信处理,获取最终通信数据。
上述方案中,所述接收机利用AD9361接收通道完成分段频谱感知,具体为:接收机利用换频模块与AD9361接收通道对30MHz-6GHz总频段进行分段频谱感知处理,AD9361接收通道配置为30MHz带宽与3740MHz中心频率,换频模块将天线接收的30MHz-6GHz总频段信号以30MHz带宽等间隔依次采集,并将采集后全部子频段中心频率换频为3740MHz,子频段数据传输至AD9361接收通道后采样进入FPGA内,完成对总频段的分段频谱感知。
上述方案中,所述频段粗选与细选,具体为:将全部子频段的频谱感知数据分别进行幅度谱成型,即每个频点的谱估计值与判决门限比较后标记为0或1,频点标记值代表频谱感知所设置的分辨率带宽内是否存在干扰信号,对全部子频段幅度谱内的无干扰频点进行粗选计数,计数值最大的子频段为粗选后最优子频段,其中心频率与幅度谱数据作为状态交互共享数据,依据粗选后的最优子频段幅度谱数据,将其中干扰频点所代表的频段剔除,细选出最优子频段内无干扰部分作为最终变换域通信频段。
上述方案中,所述细选出最优子频段内无干扰部分作为最终变换域通信频段,具体为:接收机利用AD9361接收通道将预先设定的总频段分为多个子频段进行频谱感知,获取的多个子频段频谱数据根据所设置的分辨率分别完成幅度谱成型,将多个子频段的幅度谱进行计数,可用频点多的子频段作为最终变换域通信所用频段。
上述方案中,所述收发两端利用AD9361芯片收发通道经过直接扩频交互链路共享信道状态,具体为:接收机将所选子频段中心频率与其幅度谱作为通信原始数据,此数据与伪随机码进行扩频,进而完成MSK调制,由接收机利用AD9361发射通道完成高增益抗干扰发射;发射机利用AD9361接收通道完成接收,将数据同步并进行解调与解扩后得到原始数据,成功共享接收机动态筛选的信道状态。
上述方案中,所述收发机依据共享信道分别对AD9361芯片收发通道进行配置,进行变换域通信处理,获取最终通信数据,具体为:接收机利用AD9361发射通道,通过交互共享链路发射最优子频段中心频率与幅度谱;发射机利用AD9361接收通道,通过交互共享链路接收最优子频段中心频率与幅度谱;收发机将各自AD9361收发通道分别配置为最优子频段中心频率;收发机根据约定伪随机序列生成伪随机相位;收发机将相同幅度谱与伪随机相位相乘得到基础调制波形;收发机将相同基础调制波形进行傅里叶反变换得到时域基础调制波形;发射机将通信数据与时域基础调制波形进行双极性调制,利用已配置完成AD9361发射通道进行发射;接收机利用AD9361接收通道完成信号接收,将时域基础调制波形取共轭,与接收信号完成双极性解调判决,获得原始数据,完成变换域通信。
上述方案中,具体步骤如下:
(3.1)发射机与接收机由交互链路共享的相同中心频率将各自AD9361收发通道配置为相应状态下,发射接收频段配置到对应的最佳子频段上;
(3.2)发射机与接收机由预先设定好的m序列通过相位映射器分别产生相同的伪随机相位向量P:
Figure BDA0003555251540000031
其中k为0到N-1的整数,mk为:
Figure BDA0003555251540000032
其中r为相位映射器阶数;
(3.3)发射机与接收机将相同的伪随机相位P与幅度谱向量A进行向量内积运算生成本地的基础调制波形,其频域可表示为A·P:
B=A·P=[B0,B1,...,Bk,...,BN-1]
Figure BDA0003555251540000033
其中Ak为0或1;
(3.4)发射机与接收机分别将本地的基础调制波形进行傅里叶反变换,生成时域的离散基础调制波形b(n):
Figure BDA0003555251540000034
(3.5)发射机将基础调制波形b(n)作为基函数,对通信数据d(n)进行双极性调制,基函数及其负值代表不同的二进制通信数据码元,即码元为0时,调制函数s(n)为:
s(n)=b(n)
码元为1时,调制函数为:
s(n)=-b(n)
(3.6)发射机利用AD9361发射通道将调制后信号s(n)利用AD9361发射通道在细选后频段进行抗干扰发射;
(3.7)接收机将生成的时域离散基础调制波形b(n)取共轭后得到b*(n),将其与AD9361接收通道获得的信号在同步后进行相乘;
(3.8)接收机利用AD9361接收通道在细选后频段将变换域接收,与上述共轭波形b*(n)相乘后的数据进行双极性解调,得到的结果与0相比进行判决,解析得到原始通信数据
Figure BDA0003555251540000041
与现有技术相比,本发明将频谱感知、直接扩频交互共享链路与变换域处理有力结合,在收发两端电磁信道状态不一致时仍可通过交互链路共享接收端信道状态完成通信;同时依托AD9361芯片作为本发明中频谱感知与各收发模块的收发器,使本发明可在较宽频段内分段完成频谱感知,进行频段粗选与细选,动态筛选最优频段,扩大可选频段范围,提高频谱利用率。
附图说明
此处所说明的附图用来公开对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明的实现流程图;
图2是本发明的通信接收机工作原理示意图;
图3是本发明的直接扩频序列交互链路工作原理示意图;
图4是本发明的通信发射机工作原理示意图;
图5是本发明所提方法在不同单音干扰幅度下的仿真图;
图6是本发明所提方法与常规方法受单音干扰的对比仿真图;
图7是本发明所提方法在不同点数的多音干扰下的仿真图;
图8是本发明所提方法与常规方法受多音干扰的对比仿真图;
图9是本发明所提方法在不同相对带宽的窄带干扰下的仿真图;
图10是本发明所提方法与常规方法受窄带干扰的对比仿真图;
图11是本发明所提方法在不同数量的窄带干扰下的仿真图;
图12是本发明所提方法与常规方法受多个窄带干扰的对比仿真图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
需要说明的是,在本文中,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、物品或者装置不仅包括那些要素,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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
参照附图1,本发明实施例提供信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法,该方法的具体步骤为:
步骤1,接收机在未知环境下进行分段频谱感知,完成频段的组选与细选。
(1.1)参照附图2,接收机利用换频模块与AD9361接收通道对30MHz-6GHz总频段进行分段频谱感知处理,AD9361接收通道配置为30MHz带宽与3740MHz中心频率,换频模块将天线接收的30MHz-6GHz总频段信号以30MHz带宽等间隔依次采集,并将采集后全部子频段中心频率换频为3740MHz,子频段数据传输至AD9361接收通道后采样进入FPGA内,完成对总频段的分段频谱感知。
(1.2)将全部子频段的频谱感知数据分别进行幅度谱成型,即每个频点的谱估计值与判决门限比较后标记为0或1,频点标记值代表频谱感知所设置的分辨率带宽内是否存在干扰信号,对全部子频段幅度谱内的无干扰频点进行粗选计数,计数值最大的子频段为粗选后最优子频段,其中心频率与幅度谱数据作为状态交互共享数据,依据粗选后的最优子频段幅度谱数据,将其中干扰频点所代表的频段剔除,细选出最优子频段内无干扰部分作为最终变换域通信频段。
步骤2,收发两端利用AD9361芯片收发通道经过直接扩频交互链路共享信道状态。
信道动态筛选完成后,接收机将AD9361发射通道配置为直接扩频交互发射状态,发射机由于无需进行频谱感知,其AD9361芯片起始配置即为直接扩频交互接收状态;接收机将所选取的最优子频段信道状态利用AD9361发射通道通过直接扩频高增益抗干扰交互链路完成发射,发射机利用AD9361接收通道通过直接扩频序列交互链路完成共享接收。
参照附图3,接收机将所选子频段信道信息,即频段幅度谱A与中心频率作为通信原始数据,引入巴克码作为同步信息,进而与与收发机约定的伪随机码PN码完成扩频,扩频后数据进行MSK调制,由接收机利用AD9361在直接扩频交互链路发射配置下完成发射;发射机利用AD9361在直接扩频交互链路接收配置下完成接收,将接收数据完成同步后进行MSK解调,之后使用收发两端相同PN码完成解扩后得到原始数据,成功共享动态筛选后频段信道状态。
步骤3,收发机依据共享信道分别对AD9361芯片收发通道进行配置,进行变换域通信处理,获取最终通信数据。
接收机利用AD9361发射通道,通过交互共享链路发射最优子频段中心频率与幅度谱;发射机利用AD9361接收通道,通过交互共享链路接收最优子频段中心频率与幅度谱;收发机将各自AD9361收发通道分别配置为最优子频段中心频率;收发机根据约定伪随机序列生成伪随机相位;收发机将相同幅度谱与伪随机相位相乘得到基础调制波形;收发机将相同基础调制波形进行傅里叶反变换得到时域基础调制波形;发射机将通信数据与时域基础调制波形进行双极性调制,利用已配置完成AD9361发射通道进行发射;接收机利用AD9361接收通道完成信号接收,将时域基础调制波形取共轭,与接收信号完成双极性解调判决,获得原始数据,完成变换域通信。
发射机接收到子频段信道信息与频谱向量A后,参照附图2与附图4,具体步骤如下:
(3.1)发射机与接收机由交互链路共享的相同中心频率将各自AD9361收发通道配置为相应状态下,发射接收频段配置到对应的最佳子频段上;
(3.2)发射机与接收机由预先设定好的m序列通过相位映射器分别产生相同的伪随机相位向量P:
Figure BDA0003555251540000071
其中k为0到N-1的整数,mk为:
Figure BDA0003555251540000072
其中r为相位映射器阶数;
(3.3)发射机与接收机将相同的伪随机相位P与幅度谱向量A进行向量内积运算生成本地的基础调制波形,其频域可表示为A·P:
B=A·P=[B0,B1,...,Bk,...,BN-1]
Figure BDA0003555251540000073
其中Ak为0或1。
(3.4)发射机与接收机分别将本地的基础调制波形进行傅里叶反变换,生成时域的离散基础调制波形b(n):
Figure BDA0003555251540000081
(3.5)发射机将基础调制波形b(n)作为基函数,对通信数据d(n)进行双极性调制,基函数及其负值代表不同的二进制通信数据码元,即码元为0时,调制函数s(n)为:
s(n)=b(n)
码元为1时,调制函数为:
s(n)=-b(n)
(3.6)发射机利用AD9361发射通道将调制后信号s(n)利用AD9361发射通道在细选后频段进行抗干扰发射;
(3.7)接收机将生成的时域离散基础调制波形b(n)取共轭后得到b*(n),将其与AD9361接收通道获得的信号在同步后进行相乘;
(3.8)接收机利用AD9361接收通道在细选后频段将变换域接收,与上述共轭波形b*(n)相乘后的数据进行双极性解调,得到的结果与0相比进行判决,解析得到原始通信数据
Figure BDA0003555251540000082
本发明的效果可以通过以下仿真进一步说明:
A、仿真条件
由于仿真内子频段信号处理设定在基带处理,所以将试验区域分别布置在有不同幅度的单音干扰、不同频点数的多音干扰、不同相对带宽的窄带干扰以及不同数量相同带宽的窄带干扰四种电磁环境中,环境信噪比皆设定为10dB至34dB,以2dB为步进逐渐增大,幅度谱成型所设置幅度值判决门限为-80dBm,幅度谱向量总长度设定为51200,子频段幅度谱向量长度设定为512。
其中单音干扰频率为中心频率,幅度分别设定为-100dBm、-60dBm、-30dBm与无干扰四种;多音干扰有效频点数分别为16、48、112与无干扰四种;窄带干扰相对带宽有2.34%、6.86%、9.76%与无干扰四种;多个窄带干扰数量为2个、3个、4个与无干扰四种,其中每个窄带干扰相对带宽皆为5.47%。其中干扰频点所在频率在子频段内均匀分布,多音干扰频点数为在接收机频谱感知的含有512个频点的子频段内,干扰大于幅度值判决门限的频点数,即幅度谱向量内判决为0的元素数量,各个窄带干扰幅度值皆大于判决门限,并且在有效频带内。本发明实际应用时抗干扰不限于单音干扰、多音干扰与窄带干扰三种,抗干扰幅度门限值也不限于此仿真中的-80dBm,幅度谱向量长度也可变。
仿真在matlab软件中进行,配置上述仿真条件,对不同信噪比与不同种类的干扰环境下本发明的通信系统误码率进行仿真。
B、仿真内容与结果分析
在上述仿真条件下,本发明进行了如下4个仿真:
仿真1:对子频段幅度谱长度为512的本发明所提变换域通信方法在不同信噪比环境与不同幅度单音干扰下的通信误码率进行仿真,以及将所提方法与常规变换域通信方法的收发机在不同频率单音干扰下进行对比仿真,将上述仿真条件中所配置的数据在matlab软件中进行对应设置,得到如附图5与附图6所示的仿真图。附图5与附图6中横坐标表示10dB至34dB的信噪比环境,信噪比步进为2dB,纵坐标表示通信误码率仿真结果,幅度谱成型所设置幅度值判决门限为-80dBm。
由图5所示紫色曲线表示无干扰的变化曲线,蓝色标记表示单音干扰幅度为-100dBm的变化,橙色标记表示单音干扰幅度为-60dBm的变化,蓝色标记表示单音干扰幅度为-30dBm的变化。由图5可知,无干扰与单音干扰幅度-100dBm的仿真曲线高度吻合,单音干扰幅度-60dBm与单音干扰幅度-30dBm的仿真曲线高度吻合,仿真结果体现了本发明中单音干扰幅度高于判决门限-80dBm的干扰对通信误码率影响相同,低于判决门限的单音干扰对通信误码率结果无影响,同时四个曲线又极其相近。由此仿真可知,所提方法可有效对抗不同配置的单音干扰。
由图6所示红色曲线表示无干扰的变化曲线,蓝色曲线表示本发明所提方法的收发机受到不同频点单音干扰变化曲线,黑色曲线表示常规变换域通信方法的收发机受到不同频点单音干扰变化曲线。仿真场景为两种方法的收发机通信频带内都受到单音干扰,单音干扰幅度皆为-30dBm大于门限值,但收发机被干扰频率不同。常规变换域通信方法受限于收发机必须感知相同电磁环境的条件,而本发明所提方法只需感知接收机处电磁环境并共享使用,在收发机电磁环境不同时,本发明所提方法的通信误码率优于常规方法,但由于单音干扰只影响单个频点,对两种方法的最终判决结果影响有限。由此仿真可知,所提方法与常规方法皆可有效对抗单音干扰。
仿真2:对子频段幅度谱长度为512的本发明所提变换域通信方法在不同信噪比环境与不同频点数多音干扰下的通信误码率进行仿真,以及将所提方法与常规方法的收发机在不同频率相同数量的多音干扰下进行对比仿真,将上述仿真条件中所配置的数据在matlab软件中进行对应设置,得到如附图7与附图8所示的仿真图。附图7与附图8中横坐标表示10dB至34dB的信噪比环境,信噪比步进为2dB,纵坐标表示通信误码率仿真结果。
由图7可看出紫色曲线表示无干扰的变化曲线,蓝色标记表示多音干扰频点数为16的变化,橙色标记表示多音干扰频点数为48的变化,黄色标记表示多音干扰频点数为112的变化。由图可知,无干扰、多音干扰频点数为16、多音干扰频点数为48与多音干扰频点数为112的四种仿真曲线基本吻合,并随着信噪比的提高得到了更优秀的通信误码率,仿真结果体现了多音干扰对本发明所提方法误码率无明显影响,且多音干扰频点数量也对通信误码率无明显影响。由此仿真可知,所提方法可有效对抗不同配置的多音干扰。
图8为本发明所提变换域通信方法与常规变换域通信方法在受到不同频率相同数量的多音干扰的对比仿真图,其中两种方法被干扰频点数皆为48点,但收发机被干扰的频率不同,即被干扰频点位置不同。常规方法受限于收发机必须感知相同电磁环境的条件,而本发明所提方法只需感知接收机处电磁环境并共享使用,在相同干扰条件下,本发明所提方法误码率明显优于常规方法。由此仿真可知,所提方法对比于常规方法可更加有效对抗多音干扰。
仿真3:对子频段幅度谱长度为512的本发明所提变换域通信方法在不同信噪比环境与不同相对带宽窄带干扰下的通信误码率进行仿真,以及将所提方法与常规变换域通信方法的收发机在不同频率窄带干扰下进行对比仿真,将上述仿真条件中所配置的数据在matlab软件中进行对应设置,得到如附图9与附图10所示的仿真图。附图9与附图10中横坐标表示10dB至34dB的信噪比环境,信噪比步进为2dB,纵坐标表示通信误码率仿真结果,幅度谱成型所设置幅度值判决门限为-80dBm。
由图9所示紫色曲线表示无干扰的变化曲线,蓝色标记表示窄带干扰相对带宽为2.34%的变化,橙色标记表示窄带干扰相对带宽为6.86%的变化,黄色标记表示窄带干扰相对带宽为9.76%的变化。不同的相对带宽系数情况下,仿真曲线都比较接近,并且相对带宽越小,在相同信噪比下误码率越低。由此仿真可知,所提方法可有效对抗不同配置的窄带干扰
图10为本发明所提变换域通信方法与常规变换域通信方法的收发机在受到不同频段的单个窄带干扰时的对比仿真图,两种方法受到的窄带干扰相对带宽皆为6.86%,但收发机受到的窄带干扰频段不同,在幅度谱成型后效果即为被干扰频点位置不同。常规变换域通信方法受限于收发机必须感知相同电磁环境的条件,而本发明所提方法只需感知接收机处电磁环境并共享使用,在受到相同的窄带干扰时,本发明所提方法对比于常规方法,相同信噪比下的误码率明显更低。由此仿真可知,所提方法对比于常规方法可更加有效对抗窄带干扰。
仿真4:对子频段幅度谱长度为512的本发明所提变换域通信方法在不同信噪比环境与不同窄带干扰数量下的通信误码率进行仿真,以及将所提方法与常规变换域通信方法的收发机在不同频率的多个窄带干扰下进行对比仿真,将上述仿真条件中所配置的数据在matlab软件中进行对应设置,得到如附图11与附图12所示的仿真图。附图11与附图12中横坐标表示10dB至34dB的信噪比环境,信噪比步进为2dB,纵坐标表示通信误码率仿真结果,幅度谱成型所设置幅度值判决门限为-80dBm。
由图11所示紫色曲线表示无干扰的变化曲线,蓝色标记表示窄带干扰数量为2个的变化,橙色标记表示窄带干扰数量为3个的变化,蓝色标记表示窄带干扰数量为4个的变化,每个窄带干扰相对带宽皆为5.47%。在不同数量的窄带干扰情况下,仿真曲线都比较接近,并且窄带干扰数量越少,在相同信噪比下误码率越低。仿真结果体现了窄带干扰数量增多对通信误码率影响较小。由此仿真可知,所提方法可有效对抗不同数量的窄带干扰
图12为本发明所提变换域通信方法与常规变换域通信方法的收发机在受到不同频段的3个窄带干扰时的对比仿真图,两种方法皆受到3个相对带宽为5.47%窄带干扰,但收发机受到的3个窄带干扰的频段都不同,即通信频带内总体被干扰的频点位置不同。常规方法受限于收发机必须感知相同电磁环境的条件,而本发明所提方法只需感知接收机处电磁环境并共享使用,在同样受到3个相同的窄带干扰时,本发明所提方法对比于常规方法,相同信噪比下的误码率更加显著降低;再相较于上一仿真中对单个窄带干扰的对比图,误码率差距更大。由此仿真可知,所提方法对比于常规方法可更加有效对抗多个窄带干扰。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法,其特征在于,该方法为:
接收机利用AD9361芯片接收通道完成分段频谱感知,进行频段粗选与细选;
收发两端利用AD9361芯片收发通道经过直接扩频交互链路共享信道状态;
收发机依据共享信道分别对AD9361芯片收发通道进行配置,进行变换域通信处理,获取最终通信数据。
2.根据权利要求1所述的信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法,其特征在于,所述接收机利用AD9361接收通道完成分段频谱感知,具体为:接收机利用换频模块与AD9361接收通道对30MHz-6GHz总频段进行分段频谱感知处理,AD9361接收通道配置为30MHz带宽与3740MHz中心频率,换频模块将天线接收的30MHz-6GHz总频段信号以30MHz带宽等间隔依次采集,并将采集后全部子频段中心频率换频为3740MHz,子频段数据传输至AD9361接收通道后采样进入FPGA内,完成对总频段的分段频谱感知。
3.根据权利要求2所述的信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法,其特征在于,所述频段粗选与细选,具体为:将全部子频段的频谱感知数据分别进行幅度谱成型,即每个频点的谱估计值与判决门限比较后标记为0或1,频点标记值代表频谱感知所设置的分辨率带宽内是否存在干扰信号,对全部子频段幅度谱内的无干扰频点进行粗选计数,计数值最大的子频段为粗选后最优子频段,其中心频率与幅度谱数据作为状态交互共享数据,依据粗选后的最优子频段幅度谱数据,将其中干扰频点所代表的频段剔除,细选出最优子频段内无干扰部分作为最终变换域通信频段。
4.根据权利要求3所述的信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法,其特征在于,所述细选出最优子频段内无干扰部分作为最终变换域通信频段,具体为:接收机利用AD9361接收通道将预先设定的总频段分为多个子频段进行频谱感知,获取的多个子频段频谱数据根据所设置的分辨率分别完成幅度谱成型,将多个子频段的幅度谱进行计数,可用频点多的子频段作为最终变换域通信所用频段。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法,其特征在于,所述收发两端利用AD9361芯片收发通道经过直接扩频交互链路共享信道状态,具体为:接收机将所选子频段中心频率与其幅度谱作为通信原始数据,此数据与伪随机码进行扩频,进而完成MSK调制,由接收机利用AD9361发射通道完成高增益抗干扰发射;发射机利用AD9361接收通道完成接收,将数据同步并进行解调与解扩后得到原始数据,成功共享接收机动态筛选的信道状态。
6.根据权利要求5所述的信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法,其特征在于,所述收发机依据共享信道分别对AD9361芯片收发通道进行配置,进行变换域通信处理,获取最终通信数据,具体为:接收机利用AD9361发射通道,通过交互共享链路发射最优子频段中心频率与幅度谱;发射机利用AD9361接收通道,通过交互共享链路接收最优子频段中心频率与幅度谱;收发机将各自AD9361收发通道分别配置为最优子频段中心频率;收发机根据约定伪随机序列生成伪随机相位;收发机将相同幅度谱与伪随机相位相乘得到基础调制波形;收发机将相同基础调制波形进行傅里叶反变换得到时域基础调制波形;发射机将通信数据与时域基础调制波形进行双极性调制,利用已配置完成AD9361发射通道进行发射;接收机利用AD9361接收通道完成信号接收,将时域基础调制波形取共轭,与接收信号完成双极性解调判决,获得原始数据,完成变换域通信。
7.根据权利要求6所述的信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法,其特征在于,具体步骤如下:
(3.1)发射机与接收机由交互链路共享的相同中心频率将各自AD9361收发通道配置为相应状态下,发射接收频段配置到对应的最佳子频段上;
(3.2)发射机与接收机由预先设定好的m序列通过相位映射器分别产生相同的伪随机相位向量P:
Figure FDA0003555251530000031
其中k为0到N-1的整数,mk为:
Figure FDA0003555251530000032
其中r为相位映射器阶数;
(3.3)发射机与接收机将相同的伪随机相位P与幅度谱向量A进行向量内积运算生成本地的基础调制波形,其频域可表示为A·P:
B=A·P=[B0,B1,...,Bk,...,BN-1]
Figure FDA0003555251530000033
其中Ak为0或1;
(3.4)发射机与接收机分别将本地的基础调制波形进行傅里叶反变换,生成时域的离散基础调制波形b(n):
Figure FDA0003555251530000034
(3.5)发射机将基础调制波形b(n)作为基函数,对通信数据d(n)进行双极性调制,基函数及其负值代表不同的二进制通信数据码元,即码元为0时,调制函数s(n)为:
s(n)=b(n)
码元为1时,调制函数为:
s(n)=-b(n)
(3.6)发射机利用AD9361发射通道将调制后信号s(n)利用AD9361发射通道在细选后频段进行抗干扰发射;
(3.7)接收机将生成的时域离散基础调制波形b(n)取共轭后得到b*(n),将其与AD9361接收通道获得的信号在同步后进行相乘;
(3.8)接收机利用AD9361接收通道在细选后频段将变换域接收,与上述共轭波形b*(n)相乘后的数据进行双极性解调,得到的结果与0相比进行判决,解析得到原始通信数据
Figure FDA0003555251530000035
CN202210274424.1A 2022-03-21 2022-03-21 信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法 Active CN114465637B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210274424.1A CN114465637B (zh) 2022-03-21 2022-03-21 信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210274424.1A CN114465637B (zh) 2022-03-21 2022-03-21 信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114465637A true CN114465637A (zh) 2022-05-10
CN114465637B CN114465637B (zh) 2023-03-03

Family

ID=81417406

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210274424.1A Active CN114465637B (zh) 2022-03-21 2022-03-21 信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114465637B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116614153A (zh) * 2023-05-10 2023-08-18 徐州文尚网络科技有限公司 基于区块链的通信管理方法
CN116846421A (zh) * 2023-07-04 2023-10-03 深圳市中航工控半导体有限公司 一种信号处理方法及无线电控制射频芯片

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010120340A1 (en) * 2009-04-01 2010-10-21 Thomson Licensing Method and apparatus for spectrum sensing of atsc and ntsc television signals
CN104160731A (zh) * 2011-12-22 2014-11-19 交互数字专利控股公司 用于动态频谱分配的方法、设备和系统
CN106230573A (zh) * 2016-08-31 2016-12-14 电子科技大学 一种基于序列设计的tdcs多址接入改进方法
CN109348484A (zh) * 2018-11-28 2019-02-15 中国人民解放军陆军工程大学 一种多用户短波通信网络模型及信道探测方法
CN110166152A (zh) * 2019-05-07 2019-08-23 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 星载宽频电磁频谱感知装置及电磁频谱感知算法
CN110891276A (zh) * 2019-10-30 2020-03-17 中国人民解放军陆军工程大学 多用户抗干扰信道接入系统及动态频谱协同抗干扰方法
CN110932753A (zh) * 2019-12-11 2020-03-27 电子科技大学 一种基于智能决策的变换域自适应通信传输方法
CN112202514A (zh) * 2020-10-09 2021-01-08 中国人民解放军国防科技大学 一种基于强化学习的宽带频谱感知方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010120340A1 (en) * 2009-04-01 2010-10-21 Thomson Licensing Method and apparatus for spectrum sensing of atsc and ntsc television signals
CN104160731A (zh) * 2011-12-22 2014-11-19 交互数字专利控股公司 用于动态频谱分配的方法、设备和系统
CN106230573A (zh) * 2016-08-31 2016-12-14 电子科技大学 一种基于序列设计的tdcs多址接入改进方法
CN109348484A (zh) * 2018-11-28 2019-02-15 中国人民解放军陆军工程大学 一种多用户短波通信网络模型及信道探测方法
CN110166152A (zh) * 2019-05-07 2019-08-23 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 星载宽频电磁频谱感知装置及电磁频谱感知算法
CN110891276A (zh) * 2019-10-30 2020-03-17 中国人民解放军陆军工程大学 多用户抗干扰信道接入系统及动态频谱协同抗干扰方法
CN110932753A (zh) * 2019-12-11 2020-03-27 电子科技大学 一种基于智能决策的变换域自适应通信传输方法
CN112202514A (zh) * 2020-10-09 2021-01-08 中国人民解放军国防科技大学 一种基于强化学习的宽带频谱感知方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈俊杰;司江勃;李赞;石莎;黄海燕;: "非理想信道状态信息对频谱共享认知中继网络性能的影响" *
高锐: "基于随机共振的复杂电磁环境下频谱感知方法及其性能分析", 《高技术通讯》 *
齐佩汉,李赞,司江勃,关磊: "用于认知跳频的归一化谱双向搜索感知算法", 《系统工程与电子技术》 *
齐佩汉;司江勃;李赞;高锐;: "新型抗噪声不确定度谱分段对消频谱感知算法" *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116614153A (zh) * 2023-05-10 2023-08-18 徐州文尚网络科技有限公司 基于区块链的通信管理方法
CN116846421A (zh) * 2023-07-04 2023-10-03 深圳市中航工控半导体有限公司 一种信号处理方法及无线电控制射频芯片
CN116846421B (zh) * 2023-07-04 2024-03-08 深圳市中航工控半导体有限公司 一种信号处理方法及无线电控制射频芯片

Also Published As

Publication number Publication date
CN114465637B (zh) 2023-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cabric et al. Implementation issues in spectrum sensing for cognitive radios
Win et al. Impulse radio: How it works
AU712667B2 (en) Parallel hopping hybrid direct sequence/slow frequency hopping CDMA system
CN114465637B (zh) 信道动态筛选与状态交互共享的变换域通信方法
US20050259724A1 (en) Method and apparatus for signal separation
KR20050111602A (ko) 펄스파형의 생성방법
KR20050040058A (ko) 직교 주파수 분할 다중 방식을 사용하는 통신 시스템에서기지국 구분을 위한 파일럿 패턴 세트 송수신 장치 및 방법
CN109194365A (zh) 一种二维图案调制跳频通信方法
US20040005016A1 (en) High bit rate ultra-wideband OFDM
Wang et al. Multicarrier CDMA overlay for ultra-wideband communications
CN105978603A (zh) 一种基于变长复合正交码的扩频系统
Kim et al. Performance enhancement of cyclostationarity detector by utilizing multiple cyclic frequencies of OFDM signals
Piazzo et al. Performance analysis for impulse radio and direct-sequence impulse radio in narrowband interference
Korn Differential phase shift keying in two-path Rayleigh channel with adjacent channel interference
US7227903B2 (en) OFDM transmitter for generating FSK modulated signals
EP1605599A2 (en) Method for ultra wideband communication, and ultra wideband transmitter and receiver
El-Khamy et al. Frequency-hopped multi-user chirp modulation (FH/M-CM) for multipath fading channels
Pandi et al. A review on cognitive radio for next generation cellular network and its challenges
Mohapatra et al. Performance evaluation of cyclostationary based spectrum sensing in cognitive radio network
An et al. A turbo coded LoRa-index modulation scheme for IoT communication
Haab et al. Filter bank multi-carrier spread spectrum with biorthogonal signaling for high speed data transmission through HF skywave channels
El-Khamy Matched frequency-hopping (MFH) signals for slowly fading dispersive channels
Pereira et al. Spread spectrum techniques in wireless communication
Farhang-Boroujeny et al. Filter Bank UWB Communications
Firdaoussi et al. Performance evaluation of new blind OFDM signal recognition based on properties of the second-order statistics using universal software radio peripheral platform

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant