[发明专利]一种发送-感知-接收的全双工无线通信方法

说明书

本发明公开了一种发送‑感知‑接收的全双工无线通信方法，包含以下步骤：第一步：在初始干扰感知时隙内，接收机进行干扰检测，若检测到某一频带中无干扰或干扰较低，则选定该频带为当前收发信机工作频率；第二步：发送机在发送周期内以工作频率发射信号；第三步：在发射信号的同时，接收机把接收周期等分为K个时隙，并根据频带干扰情况将时隙动态分配给个感知时隙和个接收时隙；第四步：接收机在感知时隙内检测频带内干扰大小以选定工作频带，并利用获知的工作频带在接收时隙内对信号进行解调处理。本发明既能实时抗干扰又能提高系统容量。

技术领域

本发明属于无线信息传输领域，特别是采用认知无线电抗干扰技术的军事无线通信系统。

背景技术

一般的无线通信抗干扰技术包括三类：一是频域处理，如直接序列扩频、跳频等；二是空处理域，如自适应天线等；三是时域处理，如猝发通信。这些抗干扰技术各有其优点，但都属于盲抗干扰方式，即抗干扰能力在系统设计之初确定，一旦敌方针对性的干扰超出其干扰容限，则会造成通信中断，故不能完全解决复杂电磁环境中的网电空间数据链抗干扰问题。

为此，人们提出了基于认知无线电的抗干扰通信技术，其基本原理是通过感知工作区域的电磁环境，分析干扰信号特征，发现频谱空隙，并据此实时动态地调整系统工作参数来规避干扰，从而达到可靠通信并提高频谱效率的目的。在民用通信领域，认知无线电主要用以提高无线网络的频谱效率，而在军事通信领域，认知无线电主要通过感知战场的复杂电磁环境，进行评估、理解和学习，实时调整通信设备的配置，以适应外部战场环境变化，用以提高军事通信系统的抗干扰能力，解决恶劣战场电磁环境下通信可靠性问题。

一些研究人员对基于认知无线电的通信抗干扰技术进行了有益探索。Li等从理论上分析了基于认知干扰机的干扰能力和认知无线网络的抗干扰能力，见文献[1～3]。文献[4]报道了一种基于动态频谱抗干扰的高频无线电原型系统。文献[5]分析了基于认知无线电的军事通信抗干扰策略的可行性，探讨了需要重点解决的问题。文献[6]介绍了基于认知无线电的抗干扰系统架构及认知设备各模块的功能。这些研究均局限于传统双工工作模式，频谱效率受限。

在军事作战环境下，多种电子、通信设备同时工作，导致电磁频谱使用非常紧张，频谱资源严重不足。为此，人们提出了诸多新技术与新方法，包括认知无线电等，这些技术能够在频谱利用、干扰抑制等方面取得较好效果，但不能解决目前双工无线通信系统所存在的固有问题：现有时分双工(TDD)或频分双工(FDD)通信要求信号的发送、接收必须在时间或频率维度正交，这使得收发信机不能同时同频收发信号而实现真正的全双工(FullDuplex)通信。理论上，上、下行采用不同频段或时隙收发的FDD或TDD系统容量仅为同时同频收发的带内全双工系统的一半。因此，使用全双工技术有望成倍提高无线通信系统的频谱效率。

一般的全双工认知抗干扰通信系统如图1，与传统通信收发信机相比，接收端增加了干扰感知单元。在发送端(TX)，信息比特流经过数字调制得到已调信号，再与频率合成器输出的载波信号混频后经天线发送到信道。由于采用了全双工工作模式，在发送信号的同时，接收端(RX)也开始工作。其中，干扰感知单元检验频率信道占用情况并将监测结果传递给收、发端，若在当前工作频段检测到较强干扰，则需选取其他频道作为工作频率。另一方面，接收射频链也把收到的RF信号转换到基带进行解调等。

目前的全双工认知抗干扰通信系统中，大多采用发送-接收(T-R)或发送-感知(T-S)的全双工工作模式，分别如图2、3。其先在初始干扰感知时隙T_S0内，接收机利用频谱感知进行干扰检测，若某一频带内无干扰或干扰很小，则可选定其为工作频带。在T-R模式的全双工通信系统中，发送机在发送周期T内发射信号，接收机在整个接收周期T_R内只解调处理信号，不能实时感知干扰；而在T-S模式的全双工通信系统中，发送机在发送周期T内发射信号，接收机在整个接收周期T_S内只进行干扰检测，其能实时检测干扰，但不能解调接收信号，通信系统容量等同于半双工模式。