一种短波智能选频与分集的短波组网实现方法与流程

本发明涉及短波通信研究领域，特别涉及一种利用短波智能选频与分集技术的短波组网实现方法。

背景技术：

短波通信以其通信距离远、难以彻底摧毁等特点，在世界各国军事通信、公安边防、应急救灾、外交、海洋监测等领域得到了广泛应用。在未来执行多样化保障任务中，短波通信是保障作战指挥的重要通信手段，有时甚至是唯一的通信手段，其重要性非常显著。为做好多样化任务通信保障准备工作，必须进一步加强短波通信系统装备和网络建设，提高短波通信的综合保障能力，以满足未来多样化任务通信保障需求。

短波组网是以现有的短波通信装备和建设成果为基础，立足于现有装备和成熟技术，通过频率资源的科学规划和动态分配，提升改造现有的短波固定台站与机动通信系统的通信装备，构建统一体制的短波组网。

目前的短波通信接入网络，正以信息化建设为契机，坚持网络化的发展思路，按照“需求牵引、技术推动；综合组网、系统保障；机固一体、资源共享；立足现有、调整布局”的原则，充分利用现有装备和既设网络，采取建改结合、手段综合、系统融合和网系整合的措施，形成民用、军民共用的短波信息传输、交换平台。

智能选频技术是基于认知无线电和新一代宽带多信道接收技术设计而成的新一代选频建链技术，它能有效的缩短选频建链时间，提高选频建链速度，提升用户体验。

分集接收技术是抗信道衰落最有效的措施之一，由于短波信道的时变性和多径性，信号经过短波信道到达接收端会受到严重的衰落，导致传统的短波通信可靠性和可通率较低，典型的抗多径衰落技术有分集技术、均衡技术、扩频技术和信道编码技术，其中分集接收技术是效果明显且被广泛应用的措施。常见的分集方法有空间分集、频率分集和时间分集。

专利cn201510952373.3公开了一种短波接入网基于硬值判决的分集接收方法及系统，远端用户与短波接入网中的一个固定台站进行交互完成链路建立和入网，固定台站将工作频率发至控制中心，控制中心根据需要接收信号的路径数n，选定短波接入网中其他的n-1个固定台站，并设定工作频率，当需要发送信号时，远端用户发送信号，固定台站进行处理和判决后将结果汇集至控制中心，控制中心选择任一路校验成功的译码信号作为最终信号输出，如果所有固定台站校验都不成功，认定信号接受失败。

在短波组网的实际使用过程中，上下行电台功率不对称导致建链成功率低，通信效果差，用户体验不佳。因此寻求一种提高建链成功率、改善通信效果的短波组网实现方法具有重要意义。

技术实现要素：

本发明基于现有的短波组网网络架构，以提升小功率电台用户入网传输性能，提高业务通信成功率和可通率低为目标，依托智能选频建链、分集接收、宽带多信道接收等技术，构建一体化的短波组网通信系统，达到机动用户快速接入、快速互通、可靠传输的效果。

一种基于智能选频和分集接收的短波智能选频与分集的短波组网实现方法，其特征在于：所述短波组网实现方法包括以下步骤，

步骤一，机动用户与接入节点间建立无线链路：机动用户具备智能选频设备，智能选频设备控制内置的宽带接收模块和外部配套的短波电台，以滑动窗口的方式对接入节点进行双向探测；完整的双向探测过程包括粗探和细探两个子过程，粗探完成信令信道初始联络，细探完成业务通信频率的优选；在兼顾选频速度和选频建链成功率的前提下，粗探和细探相结合，选择信噪比最高的通信频率，组成最佳通信信道，完成选频建链；

步骤二，无线链路建立成功后，在该建链频率上，分集处理中心指定已建立无线链路的接入节点以外的其他节点辅助分集接收，分集处理中心对从各节点收到信号进行合并译码，实现业务通信的分集性能增益。

接入节点收到呼叫建链请求后，将当前频率、用户id及信道分值上报分集处理中心。

优选的，分集处理中心根据各节点的分值、历史频率经验、节点所属位置信息，选择信噪比高、曾经进行过连接、地理距离近、天线朝向机动用户的节点进行建链。将传统的分集处理中心随机选择某一空闲接入节点进行建链的策略优化为：

(1)各节点收到呼叫建链请求后，将当前频率、用户id及信道分值上报分集处理中心；

(2)分集处理中心根据当前各节点的分值、历史频率经验、节点所属位置等信息选择最佳节点进行建链，

使用此方法，可以提高无线链路的传输质量。

优选的，无线链路的接入节点为主节点，采用窄带接收模式，其他节点为辅助分集接入节点，采用宽带接收模式；一方面主节点专一接收机动用户的信息，另一方面，其他辅助分集接入节点可以为多个用户同时提供辅助分集接收，大大提高系统的分集路数及并发访问能力。

优选的，短波组网实现方法中，使用虚电路地址来避免不同用户间的碰撞，多个机动用户可采用“共享信道资源-长时在线-随机占用-用毕释放”的方法共用信道资源，如遇碰撞冲突则由上层控制逻辑控制退避或换频。在多用户的情况下，首先对各路信号进行解调，以识别虚电路，对单路解调能够成功的部分，使用选择合并策略，对余下无法正确解调的部分，按照一定的规则(如均衡信噪比、多径数目、单路解调情况等)对各路信号进行判断，选择有用的信号进行最大比合并。

优选的，使用所述虚电路地址的工作模式时，机动用户发送的每帧数据包中必须包含用户地址信息(包含本址与它址)，使得接入节点侧能有效识别和区分不同的用户。

优选的，快速选频设备为快速接入单元或用户接入控制器。

优选的，分集接收支持多重分集。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明将选频分集融合，各取所长，有效解决了短波通信上下不对称，提高短波通信效果；

2、本发明将应用于短波组网实现，并对大规模组网应用的分集接收模式进行了优化与提升；

3、本发明对组网应用过程中的多用户冲突问题提出了一种虚电路的解决方案，使得大规模扩展应用成为可能；

4、本发明的分集重数支持扩展。

附图说明

图1为短波组网方法的基本结构图；

图2为基于选频与分集的短波组网示意图；

图3为快速选频工作原理示意图；

图4为智能选频建链流程(无预先频率规划)；

图5为智能选频建链流程(有预先频率规划)；

图6为分集接收合并流程示意图；

图7为接入节点侧用户识别示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1和图2所示，本发明使用智能选频技术和分集接收技术，机动用户与接入节点间通过宽带接收和智能选频实现用户侧电台与接入节点侧电台建立无线链路：

短波组网实现方法包括以下步骤，

步骤一，机动用户与接入节点间建立无线链路：机动用户具备智能选频设备，只能选频设备控制内置的宽带接收模块和外部配套的短波电台，以滑动窗口的方式对接入节点进行双向探测；如图3所示，完整的双向探测过程包括粗探和细探两个子过程，粗探完成信令信道初始联络，细探完成业务通信频率的优选；在兼顾选频速度和选频建链成功率的前提下，粗探和细探相结合，选择信噪比最高的通信频率，组成最佳通信信道，完成选频建链；

步骤二，无线链路建立成功后，在该建链频率上，分集处理中心指定已建立无线链路的接入节点以外的其他节点辅助分集接收，分集处理中心对从各节点收到信号进行合并译码，实现业务通信的分集性能增益。

当各个节点收到呼叫建链请求后，将当前频率、用户id及信道分值上报分集处理中心。

如图4所示，在本发明的一个实施例中，无预先频率规划的智能选频建链流程，需要进行上行频率集粗探、粗探确认(下行频率细探方案)、根据粗探接受结果自动形成频率细探方案、下行频率细探、上行频率细探(下行选频结果)、完成建链(上行选频结果)。

如图5所示，在本发明的一个实施例中，有预先频率规划的智能选频建链流程，无需进行粗探细探过程，机动用户守候于既定频率集，上下行频率集先后进行探测后即可完成建链。

如图6所示，在本发明的一个实施例中，分集处理中心根据各节点的分值、历史频率经验、节点所属位置信息选择最佳节点进行建链，将传统的分集处理中心随机选择某一空闲接入节点进行建链的策略优化为：

(1)各节点收到呼叫建链请求后，将当前频率、用户id及信道分值上报分集处理中心；

(2)分集处理中心根据当前各节点的分值、历史频率经验、节点所属位置等信息选择最佳节点进行建链。

机动用户与接入节点完成短波无线链路建立后，可以基于分集接收技术进行各类业务传输。本发明中，分集技术采用上行接收分集，接收分集是指在发送端电台在某一频点上进行信号发射，不同接入节点(或同一接入节点的多个接收机)的多个接收端收到承载同一信息的多个独立的信号副本，由于各个信号不可能同时处于深衰落，因此采用合适的合并方式可以获得较高的分集增益。具体如图所示。

发送端将信号进行编码调制后在某频点上发射，各个接收端对接收的数据进行处理，然后将数据通过网络汇聚到分集处理中心进行合并处理。在实际工程实现中，为了降低在网络中数据传输量，各接收端将解调后译码前的数据(简称软信息)通过网络汇聚到分集处理中心进行合并处理。短波组网分集中，不同节点的天线的距离可以达到几百公里至几千公里，最大程度保证多个天线上接收到的短波信号具有独立衰落特性，通过一定的合并技术得到一定的分集增益，使短波通信质量得到保证。

在本发明的一个实施例中，无线链路的接入节点为主节点，采用窄带接收模式，其他节点为辅助分集接入节点，采用宽带接收模式；一方面主节点专一接收机动用户的信息，另一方面，其他辅助分集接入节点可以为多个用户同时提供辅助分集接收，大大提高系统的分集路数及并发访问能力。

在本发明的一个实施例中，短波组网实现方法中，使用虚电路地址来避免不同用户间的碰撞，多个机动用户可采用“共享信道资源-长时在线-随机占用-用毕释放”的方法共用信道资源，如遇碰撞冲突则由上层控制逻辑控制退避或换频。在多用户的情况下，首先对各路信号进行解调，以识别虚电路，对单路解调能够成功的部分，使用选择合并策略，对余下无法正确解调的部分，按照一定的规则(如均衡信噪比、多径数目、单路解调情况等)对各路信号进行判断，选择有用的信号进行最大比合并。

如图7所示，在本发明的一个实施例中，为实现准确的机动用户识别，分集处理中心在译码时，首先对各路信息分别进行单路译码，识别出单路译码即可得出的机动用户发送的信息；然后对不能成功单路译码的信号进行合并译码，识别出其他机动用户发送信息(如遇与单路译码时的机动用户相同，则丢弃)；最后取并集将所有机动用户发送的信息输出(每机动用户信息只输出一份)。

在本发明的一个实施例中，使用所述虚电路地址的工作模式时，机动用户发送的每帧数据包中必须包含用户地址信息(包含本址与它址)，使得接入节点侧能有效识别和区分不同的用户。

在本发明的一个实施例中，分集接收支持多重分集。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。