[发明专利]基于认知无线电的跳频通信中频谱共享方法、系统及应用

说明书

本发明属于跳频通信技术领域，公开了一种基于认知无线电的跳频通信频谱共享方法、系统及应用，认知跳频系统对周围电磁频谱使用状况进行实时感知，剔除其他用户信号或干扰所占用的频段，遴选没有干扰或较低干扰的频段作为传输信道，生成跳频图案进行通信；在通信过程中，对所有正在使用的工作信道进行监测，若发现待传信道中未出现干扰信号，则继续沿用原来的频率集进行通信，若发现出现干扰信号，则评估干扰信号对通信造成的损害，结合频谱感知结果，选择继续在现有信道上通信或者是跳转至另外的可用跳频信道进行通信。本发明可以提高跳频电台对电磁环境的适应性、增加频谱资源的利用率，降低系统误码率，提高系统的抗干扰能力。

技术领域

本发明属于跳频通信技术领域，尤其涉及一种基于认知无线电的跳频通信中频谱共享方法、系统及应用。

背景技术

目前，最接近的现有技术：跳频通信因其具有良好的保密性、抗远近效应及抗干扰等性能而备受关注，广泛应用于现代军事短波、超短波以及数据链通信装备中。随着电磁环境的日益复杂，现有跳频通信系统正在面临越来越多的问题和挑战，逐渐影响到跳频抗干扰通信系统的性能。常规跳频通信系统中，收发双方进行的跳频图案是预先规划好的，一旦通信链路建立，双方将在通信过程中顺序遍历跳频图案中的每一个频点，很少对频率集的频点进行质量分析，我们称这种跳频模式为“盲目跳”。在该模式下，即使某些频点受到严重干扰，为了保证收发双方跳频图案的同步，系统仍然使用这些频点，而这些频点上的干扰则主要通过系统跳频增益、跳频速率和信道编译码增益来抑制。随着电磁环境的日趋复杂和电磁信号的日益密集，原来较为“干净”的跳频通信频段内将会被引入越来越多的无用信号和人为干扰，这些信号的存在会破坏越来越多原来跳频频率集上的频点通信，造成大量误码，从而降低系统的抗干扰能力。跳频点“碰撞”概率增高,制约跳频通信网容量提升。随着跳频多址、跳频组网在无线通信中的广泛应用，网内不同用户之间、同频段网系之间的可用频率资源也将日益紧张，跳频图案集的正交性将更难得到保证，从而导致跳频点的碰撞现象日益明显，将直接制约跳频通信网的容量提升。

由于通信设备周围电磁环境是时变的，采用探测技术感知出来的频谱窗在数量、位置和宽度上也是变化的，从而导致跳频通信过程中的跳频图案也具有时变性。跳频图案的变化必须要通过一种机制让收发双方实时知道，并能迅速进行配置更新，从而为可靠的跳频图案同步及通信传输奠定基础。因此，必须寻找一种稳健的感知信息和跳频图案共享方式，以保证通信双方按照正确的跳频图案进行配置，从而实现抗干扰通信。

现有信息共享方式可以归纳为固定信道法和中心控制法两种方法。固定信道法：:设置一个固定的信道，让收发双方都通过该信道实现握手，交互感知信息或跳频图案信息，然后利用频谱感知的动态信道来传输业务信息。由于这个方法只使用实现约定好的固定信道，频率和工作方式在整个通信过程中不会改变，故这个方法在干扰严重时不太可行，因为该固定信道一旦被干扰，收发双方将由于无法交互感知信息而导致通信陷入瘫痪。中心站控制法：为实现感知信息的共享，可以将收发双方各自的频谱感知信息都提交给中心控制站，然后由中心控制站统一配置。该方法使用也比较受限，除了要在跳频网络中增加中心站之外，还需复杂的网络管理和专用物理信道来支撑感知信息配置，且由于信息传输环节的增加，还会造成通信时延，影响通信效率而且可靠性也不高。另外，一旦中心控制站出现故障，也会导致感知信息无法交互。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有信息共享方式存在干扰严重时不太可行，收发双方将由于无法交互感知信息而导致通信陷入瘫痪。

(2)现有信息共享方式存在需要复杂的网络管理和专用物理信道来支撑感知信息配置，且由于信息传输环节的增加，造成通信时延，影响通信效率而且可靠性也不高。