一种超短波电台跳频频率分配方法与流程

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种超短波电台跳频频率分配方法。

背景技术：

超短波电台的波长为1-10米，其工作频率位于30m—300m之间，近年来，超短波电台广泛应用于民用及战术环境中，由于超短波电台的大量使用，其频率可用资源有限，如何在有效的频率范围内，为大量同时工作的超短波电台子网分配频率也是一项重要的研究课题。

本发明旨在给出一种超短波电台跳频频率的分配方法，用来解决超短波电台大规模组网时的频率冲突问题，提高超短波电台通信的效率。

技术实现要素：

随着超短波电台的大规模应用，如何将有限的频率资源分配给各电台子网，保证各个电台子网在互不干扰的情况下正常工作，成为业界痛点。

本发明为解决该问题，设计了一套效果良好的频率分配方法。为使本发明的阐述更加明确、清晰，首先对超短波电台关于频率利用的基本情况作简单阐述。超短波电台可工作在定频、跳频两种频率模式；对于定频频率的分配相对较为简单，本发明中不作为重点项进行阐述，关键在于跳频频率的分配。

超短波跳频工作是指超短波电台在工作时频率是从跳频表中按照一定的跳频图案选用不同的频点进行通信，由此来抵御干扰，同时提高通信数据的保密性。超短波跳频表是一次组网活动中，某一个电台子网的工作频率集合表，该表中存放着电台子网本次工作时的所有频率点；跳频图案是超短波电台工作时频率选择的一种顺序机制，他确定了超短波电台在工作时的频率选择顺序，跳频序列一般具有较高的保密级别，不对外界公开，一般同一种体制下的电台在某一种相同的工作模式下其跳频图案相同。

本发明提出了一种超短波电台跳频频率分配方法，首先利用频率监测设备等手段收集某一次活动的电台组网地域中频率资源的可用情况，形成一个可用的频率点集，从可用频率点集中抽取频点形成几张频点完全独立的频率表（原始频率表）；然后根据收集本次活动的所有超短波电台子网的信息，形成超短波电台子网集合，根据电台子网的跳频图案进行分类，不同跳频图案的电台子网需要使用不同的原始频率表进行分配，利用同步正交组网特性，将每一张原始频率表按照时域复用的方式扩展成多张频率表；在此基础上结合电台子网的实际工作地理位置来进行地域空间的频率复用，由此提高超短波电台的频率利用率。

为有效实施本发明的有益技术效果，对于电台子网的频率分配，本发明遵循以下几个原则：

频点可用原则：由于受电路设计和相关技术原因的制约，超短波电台的工作频率往往有一定的限制性要求，例如要求工作频率为0.5mhz的整数倍等类似要求，在频率初始提取时，必须保证每个频点都要满足此项要求，因此在不考虑任何其它因素的情况下，超短波电台的频率表中的频点必须是{30mhz、30.5mhz、31mhz、31.5mhz、32mhz……299.5mhz、300mhz}中的频点，诸如35.025mhz、39.075mhz等频点则就不满足可用原则。可用原则的另一个方面表现为在基本频点满足需求的基础上，需要考虑频率干扰、禁用频段等因素，例如在某一个特殊的地域60mhz—68mhz这段频率因磁场干扰不可用，150mhz-200mhz这段频率因军事活动禁止使用，那么在频点的初始集合点集中必须剔除掉不可用的频点，只保留可用频点。

频点均衡分布原则：超短波电台的工作频率区间为30m—300m，在原始频率表的建立中应该让频率点有效分布在30m—300m的各个区间，由此避免在频率使用过程中的一些临时性因素引起的电台通信效果差的问题。例如在某些工作地域某些时间段内受外部临时性干扰导致低段频率通信效果不好，如果工作在该地域的电台子网的频率表中的频点全部为低段频点，则该电台子网通信受到的干扰就非常大，严重影响电台通信效果，如果频率表有效覆盖了各个频段，由于电台频点快速跳变，则可大幅度降低干扰对电台通信的影响。在本发明中采用随机取值原则来从频点集中抽取频率点，例如本次组网的可用频率点集j={30mhz、30.5mhz、31mhz、31.5mhz、32mhz……299.5mhz、300mhz}有n=1000个频点，超短波电台跳频表b为k=100个频点规格，则形成一张原始频率表的方法如下：

m=n;{有m=1000个可用频点}

fori:=0tok-1do{频表规格为100个频点，为频表选取每个频点}

begin

r=从可用频点数中取随机数字0--m；

频率表b中的第i个频点从可用频点集j中随机抽取第r个；

从可用频点集j中剔除掉已经占用的第r个频点；

m=m-1；可用频点数量减少一个；

end;

按照上述方法进行工作频率表建立形成b[100]={35.5mhz、280mhz、75.5mhz、21mhz……178mhz、36mhz、225.5mhz、59.5mhz}。根据随机数的概率分布原则，该表的频率点也基本分布在频率集的高、中、低频段各个区间。但是由此形成的原始跳频表数量有限，按照上述情景只能够生成1000/100=10张原始频率表。

同步正交频率时域复用原则：按照上述假设，超短波电台在跳频工作时，其跳频表中有100个频率点，我们对其工作频率表中的频率点按照1-100进行编号，其频率表中的序号如图1中跳频表1所示；假设本超短波电台子网中的跳频图案是跳频图案a，按照跳频图案a的跳频序列将跳频表1重新排序后变成一组新的序列如图1中跳频图案a（从1起跳），由于频率资源的限制，为保证多个子网都有可用频率资源，因此考虑同步正交组网频率应用，将超短波电台的跳频频率起跳点做适当的间隔循环移位形成一张新的跳频表，将图1中跳频图案a（从1起跳）的频率表从第6点起跳变成如图1中跳频图案a（从6起跳）。由于电台同步起跳，通过分析发现图1中跳频图案a（从1起跳）与图1中跳频图案a（从6起跳）两张频率表在某一时刻的频率完全不一样，因此可认为是完全全新的两个频率表，理论上只要间隔1个频点起跳就可以形成一张新的频率表，按照同步正交组网的频率分配原则，可以将一张原始频率表（100个频点）形成n=100（频率表频点规格）/1（同步正交移位频点间隔）=100张频率表，全频段可以形成10（原始频率表个数）*100（同步正交划分频率表个数）=1000张频率表，由此大幅提高频率的利用率，在实际工作中可根据子网数量多少来确定同步正交频率表频点间隔数。

跳频图案不同分类分配原则：超短波电台的频率分配可以按照同步正交组网原则进行频率表扩张，但是其前提是这些超短波电台的跳频图案相同，如果超短波电台的跳频图案不同，则不能够采用此方法进行统一分配。假如某一类超短波电台的跳频图案为跳频图案b，同样将图1中的跳频表1作为其工作频率表，则按照跳频图案b的跳频序列将跳频表1重新排序后变成一组新的序列如图1中跳频图案b（从1起跳），从图1中跳频图案b（从1起跳）与跳频图案a（从1起跳）、跳频图案a（从6起跳）在频点7、频点35、频点23、频点25……频点15、频点6等都存在着频率冲突。如果同一张原始频率表下按照同步正交组网的方式进行频率表分配，使用的电台子网越多，则频率冲突的可能性就越大，因此需要保证不同的跳频图案应该进行分类后进行频率分配。例如有200个电台子网同时组网，其中有100个子网是跳频图案a，另100个子网是跳频图案b，则可以将10张原始频率表中的5张分配给跳频图案a的子网，在其分类后再进行同步正交组网分配将5张频率表扩展为500张频率表。同样跳频图案b的100个电台子网分享另外的5张原始跳频表，采用同样的方式将其扩展为500张频率表。

频率地域空间复用原则：超短波电台的频率资源非常有限，在某些实际环境中，可能按照同步正交组网的方式分配频率仍然不能够满足所有的频率分配需求，则此时就采用频率地域空间复用原则。假设某一个超短波电台子网的频率影响范围为30km，其使用的频率表在30km之外又可以重复使用，由此来实现频率地域空间的复用。频率地域空间的复用不能够单纯地只依赖于某一个电台子网的地理位置，而是要结合周边环境中的所有电台子网分布情况来统筹计算。

由于超短波电台子网中电台成员地域覆盖较为广泛，本发明的算法是一种粗略模型抽象法进行统筹分配，在计算电台子网的频率地域影响覆盖范围时，取子网中的主台（通常情况下主台位于子网的中心区域）来进行计算，同时地域的影响范围与电台子网的工作功率（大功率、中功率、小功率）和相应的电台特性所决定，该参数可由用户根据实际使用的电台特性提供，例如大功率工作频率影响半径30km，中功率工作频率影响半径20km，小功率工作频率影响半径10km。

本发明的有益技术效果是：超短波电台已经广泛应用于民用及战术环境中，由于超短波电台的大量使用，其频率可用资源有限，往往导致超短波电台子网在使用过程中出现频率冲突、相互干扰，严重影响了超短波电台的使用效率。本发明结合超短波电台的工作特点，从可用频段中随机提取频点形成跳频频率表，结合超短电台同步正交组网的特性，将一张跳频频率表有效分解为多张频率表，再结合超短波电台子网的工作地域，从地域空间的维度对频率表进行复用，由此提高频率资源的利用率，降低各电台子网之间的频率干扰，有效提升超短波电台子网大规模组网的通信性能。

附图说明

图1、超短波跳频序列示意图；

图2、本发明子网分区示意图一；

图3本发明子网分区示意图二；

图4、本发明子网分区示意图三；

图5、本发明超短波电台频率分配方法流程图；

图6、本发明超短波电台频率分配示例图。

具体实施方式

本发明提出了一种超短波电台跳频频率分配方法，首先利用频率监测设备等手段收集某一次活动的电台组网地域中频率资源的可用情况，形成一个可用的频率点集，从可用频率点集中抽取频点形成几张频点完全独立的频率表（原始频率表）；然后根据收集本次活动的所有超短波电台子网的信息，形成超短波电台子网集合，根据电台子网的跳频图案进行分类，不同跳频图案的电台子网需要使用不同的原始频率表进行分配，利用同步正交组网特性，将每一张原始频率表按照时域复用的方式扩展成多张频率表；在此基础上结合电台子网的实际工作地理位置来进行地域空间的频率复用，由此提高超短波电台的频率利用率。

为保证本发明正常工作，需要研发一套频率分配软件，并根据实际组网情况录入相应的计算参数，按照本发明的思路计算分配各电台子网的工作频率。为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面参照附图，对本发明作进一步详细说明。主要包括如下步骤：

1)设计开发频率分配软件，将其安装部署到计算机终端系统中；

2)在软件中布设超短波电台子网，超短波电台子网布设在电子地图上，由此确定超短波电台的工作地域；

3)在软件中设置禁用频段、最小频率点间隔、同步正交组网频点间隔、超短波电台工作功率等参数；

4)根据最小频率点间隔和频点可用原则将30m-300m的频率端拆分成多个可用的离散频率点，形成可用离散频率点集；

5)利用频点均衡分布原则，将可用离散频率点集分成x张可用的原始频率表，x的取值取决于可用离散频率点的个数和跳频表频率点个数，x=可用离散频率点的个数/跳频表频率点个数；

6)将所有电台子网按照跳频图案进行分类，通常情况下，跳频图案一般不会超过3种，将跳频图案相同的子网放在同一类列表中；

7)结合实际电台子网数量为每一类跳频图案的电台子网分配原始跳频表，假设为跳频图案a类子网分配6张原始频率表、为跳频图案b类子网分配3张原始频率表、为跳频图案c类子网分配1张原始频率表；

8)根据同步正交频率时域复用原则，将每一类中的原始频率表扩展成y张跳频表，扩展的电台跳频表个数y跟频率表中频点规格个数和同步正交组网频点移位间隔（理论上可间隔1个频点）有关，y=频率表中频点规格个数/同步正交组网频点移位间隔；

9)对每一类型的电台子网进行地域分区计算，划分出的不同区域之间可以进行频率地域空间复用；

9-1）假设有10个电台子网其地域分布情况如图2所示，将10个电台子网放入当前所有电台子网列表中，初始状态下未分区电台子网列表中存放着当前所有电台子网；

9-2）从未分区电台子网列表中顺序取第一个子网1放入区域1子网列表中；

9-3）如图2所示将区域1中的子网1与未分区列表中的所有电台子网进行位置比对查看是否存在干扰，如果存在干扰（距离<干扰距离），则将存在干扰的子网放到同一区域中；

9-4）如图3所示通过上一次循环找出子网1、子网4、子网7存在干扰，则子网1、子网4、子网7都划分到区域1，继续分别将区域1中的子网4与未分区列表中的剩余所有电台子网进行位置比对查看是否存在干扰，如果存在干扰（距离<干扰距离），则将存在干扰的子网放到同一区域中，继续将新查找到的子网与未分区列表中的子网进行比对，直到遍历所有子网结束；

9-5）如图4所示将剩余的未分区电台子网2划入区域2，同时利用子网2和未分配电台子网列表进行干扰距离比对，后续循环类似。直到最终划分完成；

10)按照图5所示方法针对某一个跳频图案下的电台子网进行跳频频率表分配；

10-1）假设某一个跳频图案下的某一个区域的电台子网有7个，可用频率表只有k=3个，其电台子网的地域分布关系如图6所示；

10-2）首先为电台子网1（n=1）分配频率表1（m=1），因为只有一个子网分配频率，不存在频率干扰的情况,n=n+1=2；

10-2）为电台子网2（n=2）分配频率表1（m=1,每次循环从1开始），由于电台子网2与电台子网1存在相互地域影响，频率表不能够重用，且m=1不等于频率表总数k=3，m=m+1=2，因此为电台子网2（n=2）分配频率表2（m=2）；频率表2与频率表1不存在频率干扰的情况，满足分配需求,n=n+1=3；

10-3）为电台子网3(n=3)分配频率表1（m=1,每次循环从1开始），由于电台子网3与电台子网1存在相互地域影响，频率表不能够重用，且m=1不等于频率表总数k=3，m=m+1=2，因此为电台子网3（n=3）分配频率表2（m=2）；由于电台子网3与电台子网2也存在相互地域影响，频率表不能够重用，且m=2不等于频率表总数k=3，m=m+1=3，因此为电台子网3（n=3）分配频率表3（m=3）；电台子网3与电台子网1、电台子网2都不存在干扰，满足分配需求，n=n+1=4；

10-4）为电台子网4（n=4）分配频率表1（m=1），由于电台子网4与电台子网1不存在地域重叠，因此可以实现频率表地域空间复用，使用频率表1就满足需求，n=n+1=5；

10-5）同理为电台子网5、电台子网6、电台子网7分配频率表；电台子网5因与电台子网4存在地域重叠，不能使用频率表1；电台子网5因与电台子网2存在地域重叠，不能使用频率表2；因此电台子网5使用频率3。电台子网6根据分配原则使用频率表1，电台子网7根据分配原则使用频率表2。所有的分配结果如图6所示；

11)重复上述分配方法对其他跳频图案分类下的电子子网进行频率分配，直到所有跳频图案类型下的所有电台子网完全分配完成；

12)将计算出的电台频率表信息加注到各电台设备上，形成电台跳频工作频率参数。

步骤9)中还包括：本发明中当任何两个子网的距离在干扰距离（例如20km）内，则将两个子网划分为同一个区域，干扰距离考虑功率（天线发射功率）等因素。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。