一种跳频通信系统通信模式决策方法与流程

本发明涉及跳频无线通信系统中的数字信号处理领域，主要面向跳频无线通信系统中受到干扰后的传输速率和传输模式的决策问题，尤其是一种根据感知到的干扰信号信息进行传输速率和传输模式的决策方法，用于跳频无线通信系统数字信号处理。

背景技术：

跳频通信系统通常将不同的码元符号分散在不同的频点进行传输，从而抵抗干扰、防止信号被侦听、被截获、提高系统的传输可靠性和安全性。然而，当跳频系统中若干个频点受到干扰时会严重影响到系统的可靠性。在专利《基于认知的通、扰、抗一体化控制方法》中，提出了一种基于频谱认知，从而不在被干扰的频点上传输以提高系统抗干扰性的方法。但是，该方法可能导致传输信号具有典型的特征，如信号集中在相邻的几个频点跳频等，信号变得易被侦搜，易被针对性的干扰，降低了系统的安全性。

另一种常用的抗干扰方法是结合系统的多级速率，通过降低速率来提高传输波形的抗干扰性能。传统的速率决策算法如arf、aarf、onoe算法等都需要在发送一定的传输失败后下调传输速率，对系统的变化响应慢。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种跳频通信系统通信模式决策方法。本发明针对跳频通信系统部分频点受到干扰导致通信可靠性下降，提出一种基于频谱感知的传输模式决策方法，在优先保证信号不具备明显特征的情况下，通过调整传输速率，传输功率等参数保证系统的可靠性。当干扰特征使得系统不满足全频点可靠传输时，优先保证系统的可靠性进行传输。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1，依据频谱感知的结果，计算所有n个传输频点的信干噪比sinri，i∈[1，n]，并统计出信干噪比低于当前传输波形判决门限的频点个数l；

步骤2，判断l×nc/n是否高于当前系统波形采用的信道编码可容忍的最大错误个数ne，其中nc为码长，如果是，则进入下一步，否则结束；

步骤3，判断可用的频点是否符合系统的跳频规则，即跳频图案是否可被优化，所述优化的跳频图案指规避掉被干扰的频点且符合系统跳频规则的跳频图案，如果可被优化，则转到步骤4，否则转到步骤7；各个跳频系统的跳频规则不同，包括对相邻两跳之间需要间隔多少带宽和跳频系统所占带宽因素；

步骤4，判断被干扰的频点是否是大功率干扰，如果是大功率干扰，转到步骤5，否则转到步骤6；

步骤5，采用当前的传输功率，以优化的跳频图案，当前传输速率进行传输，结束；

步骤6，降低一级传输速率，以当前传输速率和功率在全频段进行传输，结束；所述降低一级传输速率指相比当前传输速率波形，解调传输波形判决门限更低一级的传输波形；

步骤7，判断当前速率是否为最低传输速率，如果是，则转到步骤8，否则，转到步骤11；

步骤8，判断当前发射功率是否为系统最大发射功率，如果是，则转到步骤9，否则转到步骤10；

步骤9，保持当前传输速率和发射功率，仅在没被干扰的频点传输，结束；

步骤10，保持当前速率，提高发射功率在当前跳频图案传输，结束；

步骤11，降低传输速率至满足系统通信要求，以当前传输功率和跳频图案进行传输，结束。

步骤4中，所述大功率干扰指以最低传输速率也不能正确解调。

本发明的有益效果在于：

1)当系统发现干扰时，即可通过调整调频图案、速率或发射功率对抗干扰，在系统降效之前就采取抗干扰措施。

2)当干扰为窄带和宽带等连续干扰时，系统综合考虑干扰的功率和带宽以及系统波形所具有的抗干扰能力，解决直接优化图案带来的波形具有明显特征的问题。

3)当干扰为梳状干扰时，系统综合考虑干扰的分布和功率，解决在优先保证系统波形不具有明显特征情况下的可靠传输问题。

附图说明

图1是本发明的决策流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明在频谱认知的基础上，统筹考虑干扰的分布特征和系统的多级速率设计进行决策，在保证系统的抗截获、抗侦听的基础上提高系统的可靠性。

本实施例通过一个采用(255,139)reed-solomon码编码，具有bpsk(误符号率10^-5解调门限3.5db)、qpsk(误符号率10^-5解调门限6.4db)、16qam(误符号率10^-5解调门限13db)共计3种调制方式，每个调制后的符号占用一个跳频频点发送，同一个编码后的域元素对应的多个调制符号在同一频点发送，共计30个子带，具有50w和100w两种发射功率，跳频规则为相邻两跳需间隔至少3个相邻的频点，所使用的频点个数需占用总频点个数一半以上的系统说明本发明的实施过程。

步骤1，依据频谱感知的结果，计算所有n个传输频点的信干噪比sinri，i∈[1，n](信号干扰噪声功率比)，并统计出信干噪比低于当前传输波形判决门限的频点个数l；

步骤2，判断l×nc/n是否高于当前系统波形采用的信道编码可容忍的最大错误个数ne，其中nc为码长，如果是，则进入下一步，否则结束；

步骤3，判断可用的频点是否符合系统的跳频规则，即跳频图案是否可被优化，所述优化的跳频图案指规避掉被干扰的频点且符合系统跳频规则的跳频图案，如果可被优化，则转到步骤4，否则转到步骤7；各个跳频系统的跳频规则不同，包括对相邻两跳之间需要间隔多少带宽和跳频系统所占带宽因素；

步骤4，判断被干扰的频点是否是大功率干扰，如果是大功率干扰，转到步骤5，否则转到步骤6，所述大功率干扰与系统传输波形相关，本发明的大功率干扰为以最低传输速率也不能正确解调；

步骤5，采用当前的传输功率，以优化的跳频图案，当前传输速率进行传输，结束；

步骤6，降低一级传输速率，以当前传输速率和功率在全频段进行传输，结束；所述降低一级传输速率指相比当前传输速率波形，解调门限更低一级(传输波形判决门限)的传输波形；

步骤7，判断当前速率是否为最低传输速率，如果是，则转到步骤8，否则，转到步骤11；

步骤8，判断当前发射功率是否为系统最大发射功率，如果是，则转到步骤9，否则转到步骤10；

步骤9，保持当前传输速率和发射功率，仅在没被干扰的频点传输，结束；

步骤10，保持当前速率，提高发射功率在当前跳频图案传输，结束；

步骤11，降低传输速率至满足系统通信要求，以当前传输功率和跳频图案进行传输，结束。

本发明采用在进行决策之前先感知跳频系统各个频点的受干扰情况，依据各个频点受干扰情况和传输系统波形设计进行综合决策。通过基于频谱认知结果的决策，在保证通信系统信号不具备明显特征，具有安全性的情况下保证传输的可靠性；当完全无法保证可靠性时，则牺牲系统安全性，保证传输的可靠性。

1、仿真场景1；

1.1仿真场景描述；

系统采用(255,139)reed-solomon码编码，具有bpsk、qpsk、16qam共计3种调制方式，每个符号占用一个跳频子带，共计30个子带。系统受到干扰子带个数为5个，被干扰子带为第1,6,13,19,27子带，被干扰子带的信号干扰噪声比为9db，系统以16qam调制方式，50w发射功率进行传输。

1.2.决策具体实现；

根据步骤1，当前系统传输波形解调门限为13db，低于解调门限的频点个数l＝5，转到步骤2，由于(255,139)reed-solomon码的码长nc＝225，可容忍最大错误个数ne＝58,当前系统l＝5，n＝30，低于(255,139)reed-solomon可容忍最大错误个数，并不会影响(255,139)reed-solomon码的译码，依据步骤2直接结束。

2、仿真场景2；

2.1仿真场景描述；

系统采用(255,139)reed-solomon码编码，具有bpsk、qpsk、16qam共计3种调制方式，每个符号占用一个跳频子带，共计30个子带。系统受到干扰子带个数为8个，被干扰子带为第1,5,9,13,17,21,25,30子带，被干扰子带的信号干扰噪声比为0db，系统以16qam调制方式，50w发射功率进行传输。

2.2决策具体实现；

根据步骤1，当前系统传输波形解调门限为13db，低于解调门限的频点个数l＝8，转到步骤2，由于(255,139)reed-solomon码的码长nc＝255，可容忍最大错误个数ne＝58，当前系统l＝8，n＝30，高于(255,139)reed-solomon可容忍最大错误个数，会影响(255,139)reed-solomon码的译码，依据步骤2转到步骤3。由于被干扰的为第1,5,9,13,17,21,25,30频点，可用频点占用总频点2/3以上，且可用频点满足任意一个可用频点总能找到与其至少3个频点的可用频点。因此，跳频图案视可被优化的，转到步骤4。由于被干扰子带的信号干扰噪声比为0db，小于系统最低传输速率的解调门限3.5db，系统认为是大功率干扰，转到步骤5。依据步骤5，系统依然采用16qam调制，保持当前的传输功率，在优化的跳频图案上进行传输，结束。

3、仿真场景3；

3.1仿真场景描述；

系统采用(255,139)reed-solomon码编码，具有bpsk、qpsk、16qam共计3种调制方式，每个符号占用一个跳频子带，共计30个子带。系统受到干扰子带个数为8个，被干扰子带为第1,5,9,13,17,21,25,30子带，被干扰子带的信号干扰噪声比为9db，系统以16qam调制方式，50w发射功率进行传输。

3.2决策具体实现；

根据步骤1，当前系统传输波形解调门限为13db，低于解调门限的频点个数l＝8，转到步骤2，由于(255,139)reed-solomon码的码长nc＝255，可容忍最大错误个数ne＝58,当前系统l＝8，n＝30，高于(255,139)reed-solomon可容忍最大错误个数，会影响(255,139)reed-solomon码的译码，依据步骤2转到步骤3。由于被干扰的为第1,5,9,13,17,21,25,30频点，可用频点占用总频点2/3以上，且可用频点满足任意一个可用频点总能找到与其至少3个频点的可用频点。因此，跳频图案是可被优化的，转到步骤4。由于被干扰子带的信号干扰噪声比为9db，大于系统最低传输速率的解调门限3.5db，系统认为不是大功率干扰，转到步骤6。依据步骤6，系统降低一级传输速率，改用qpsk传输，在优化的跳频图案上进行传输，结束。

4、仿真场景4

4.1仿真场景描述；

系统采用(255,139)reed-solomon码编码，具有bpsk、qpsk、16qam共计3种调制方式，每个符号占用一个跳频子带，共计30个子带。系统受到干扰子带个数为8个，被干扰子带为第1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13子带，被干扰子带的信号干扰噪声比为-2db，系统以bpsk调制方式，100w发射功率进行传输。

4.2决策具体实现；

根据步骤1，当前系统传输波形解调门限为3.5db，低于解调门限的频点个数l＝13，转到步骤2，由于(255,139)reed-solomon码的码长nc＝255，可容忍最大错误个数ne＝58,当前系统l＝13，n＝30，高于(255,139)reed-solomon可容忍最大错误个数，会影响(255,139)reed-solomon码的译码，依据步骤2转到步骤3。由于被干扰的为第1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13频点，可用频点占用总频点比例低于2/3，不满足跳频规则，因此跳频图案不能被优化，转到步骤7。由于当前传输速率已为系统的最低传输速率，转到步骤8。由于当前传输功率已为当前的最高发射功率，转到步骤9,。依据步骤9，系统保持当前的发射功率和传输速率，仅在没有被干扰的频点，也就是14-30频点进行跳频传输，结束。

5、仿真场景5

5.1仿真场景描述；

系统采用(255,139)reed-solomon码编码，具有bpsk、qpsk、16qam共计3种调制方式，每个符号占用一个跳频子带，共计30个子带。系统受到干扰子带个数为8个，被干扰子带为第1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13子带，被干扰子带的信号干扰噪声比为-2db，系统以bpsk调制方式，50w发射功率进行传输。

5.2决策具体实现

根据步骤1，当前系统传输波形解调门限为3.5db，低于解调门限的频点个数l＝13，转到步骤2，由于(255,139)reed-solomon码的码长nc＝255，可容忍最大错误个数ne＝58,当前系统l＝13，n＝30，高于(255,139)reed-solomon可容忍最大错误个数，会影响(255,139)reed-solomon码的译码，依据步骤2转到步骤3。由于被干扰的为第1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13频点，可用频点占用总频点比例低于2/3，不满足跳频规则，因此跳频图案不能被优化，转到步骤7。由于当前传输速率已为系统的最低传输速率，转到步骤8。由于当前传输功率不是当前的最高发射功率，转到步骤10,。依据步骤10，系统保持当前传输速率，提高发射功率至100w，在当前跳频图案进行传输，结束。

6、仿真场景6

6.1仿真场景描述；

系统采用(255,139)reed-solomon码编码，具有bpsk、qpsk、16qam共计3种调制方式，每个符号占用一个跳频子带，共计30个子带。系统受到干扰子带个数为13个，被干扰子带为第1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13子带，被干扰子带的信号干扰噪声比为4db，系统以16qam调制方式,50w发射功率进行传输。

6.2决策具体实现

根据步骤1，当前系统传输波形解调门限为3.5db，低于解调门限的频点个数l＝13，转到步骤2，由于(255,139)reed-solomon码的码长nc＝255，可容忍最大错误个数ne＝58,当前系统l＝13，n＝30，高于(255,139)reed-solomon可容忍最大错误个数，会影响(255,139)reed-solomon码的译码，依据步骤2转到步骤3。由于被干扰的为第1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13频点，可用频点占用总频点比例低于2/3，不满足跳频规则，因此跳频图案不能被优化，转到步骤7。由于当前传输速率不是系统的最低传输速率，转到步骤11。依据步骤11，系统保持发射功率和跳频图案，降低速率至bpsk调制以满足系统需求进行传输，结束。