一种VHF通信电台信道测量集优化选择方法及系统与流程

本发明属于认知无线电技术与大数据交叉领域，具体涉及认知无线电vhf通信电台信道测量集优化选择方法及系统。

背景技术：

信道测量是指采用两部电台，在电台同步后，从一部发送电台在某个信道上发送报文到一部接收电台，由接收电台在接收报文过程中测量信道的信噪比，重复该过程，共计对b个信道进行同样的测试，最后确定质量最优信噪比最高的k个信道作为工作信道。由于信道测量较为消耗能量，因此需要采用传统的能量检测方法，从一个包含n个信道的频谱空间中预先选出具有较低底噪的b个信道，该过程称为信道测量集选择。本发明主要侧重于采用定频通信方式的用户通信电台，重点在于合理信道测量集的大小，既能满足通信质量需求，又能有效减少电台能量消耗。

2005年以来，随着频谱资源的日益短缺，认知无线电理论与技术迅速发展起来，各种频谱感知、频谱决策与迁移方法不断涌现。在频谱感知的4种经典方法中，最早提出且得到最广泛应用的为能量检测方法。能量检测方法快速、简单、安全，但是同时效率也是最为低下，其准确率通常在50％左右。其他三种频谱感知的经典方法，虽然效率有所提高，但限于被动模式的信道质量检测模式，准确率很难突破。针对上述问题，申请人提出了基于主动探测模式的频谱信道探测方法，频谱感知准确率可提高到90％左右。基于主动探测模式的频谱信道探测方法，首先是采用能量检测方法获取各个信道的能量，然后从中选择一批具有较低能量值的信道，最后专门具有较低能量值的信道进行主动的信道质量探测，从中决策最优信道集合。由于主动信道质量探测对信道的链路衰减进行了较为准确的测量，因此频谱感知的准确率可以获得大幅度提升。虽然基于主动探测模式的频谱信道探测方法能够大幅度提高感知准确率，但是由于其主动特性，在某些需要隐蔽自身位置的应用场景和环境中，这种信道探测方法容易暴露自身位置。因此，如果能够提出一种认知无线电信道测量集优化选择方法，尽量减少主动信道测量的范围，就能够在保证较高频谱感知准确性的基础上最大限度地增强认知无线电系统的安全性。

针对上述通信电台信道测量集优化选择的问题，目前解决方法通常是依靠人工经验，选择固定数量的信道进行探测。这种纯粹依靠人工经验选择信道测量集的方法，主要存在两个问题：一是选择的信道测量集过小，从而遗漏通信质量更好的频谱资源；二是选择的信道测量集过大，则有可能增加暴露自身位置的风险，同时还有可能由于探测过多的信道而浪费更多的系统资源。

技术实现要素：

本发明技术解决问题：针对上述依靠人工经验选择信道测量集的不足之处，本发明提出一种vhf通信电台信道测量集优化选择方法，确定最佳的信道测量集，采用大数据技术，确定最佳的信道测量集。

该方法能够在信道探测之前，预先确定信道测量集大小的最优值，最大程度减少信道测量次数及能量消耗、降低电台位置暴露风险的同时，满足用户提出的信道测量集选择准确性要求。

本发明采取的技术方案是：

vhf通信电台信道测量集优化选择方法，首先为电台用户提供一个电台工作参数输入接口，让电台用户输入各项电台工作参数以及所期望的信道测量集选择准确性要求pcover。然后采用一种序位覆盖概率计算方法计算确定信道测量集大小的最优值b并传送给电台系统，电台系统接收到b后，采用能量检测方法，探测n个信道，获取各个信道的底噪，并按照底噪从低到高的顺序，选择其中b个信道进行信道探测。其中，序位覆盖概率计算方法中包含双随机k位最大值概率分布计算方法与双随机超越概率分布计算方法。

上述vhf通信电台信道测量集优化选择方法，所述电台工作参数输入接口，电台用户通过该接口输入电台可能使用的信道总数量n，输入需要选择的工作信道数量k；输入信道底噪测量值在一定时间t之内可能发生变化的概率pe，输入信道底噪测量值在一定时间t之内可能发生变化的范围s；输入电台用户所期望的信道测量集选择准确性要求pcover。

上述vhf通信电台信道测量集优化选择方法，所述一种序位覆盖概率计算方法，是依据用户输入的所述信道总数量n、所述工作信道数量k、所述概率pe、所述范围s与所述准确性要求pcover5个参数，计算得到所述信道测量集大小的最优值b。

本发明的有益效果是：

(1)本发明能够在信道探测之前，预先确定信道测量集大小的最优值b，最大程度减少信道测量次数及能量消耗、降低电台位置暴露风险，并满足用户的信道测量集选择准确性要求。采用106天的频谱测试数据进行106次测试，在满足用户提出的信道测量集选择准确性达到90％的要求下，本发明能够确定信道测量集大小的最优值b为128，与用户按照经验确定的信道测量集大小426相比，信道测量次数下降约70％。

(2)在序位覆盖概率计算过程中采用了双随机k位最大值概率分布计算方法，该计算方法能够在若干个信道的底噪发生变化后，计算这些信道的底噪的最大值的概率分布，可提高信道测量集大小最优值b计算的准确性。

(3)在序位覆盖概率计算过程中，采用了双随机超越概率分布计算方法，该方法用于计算一批信道的底噪中，至少若干信道，其底噪不大于某个指定值的概率分布，可提高信道测量集大小最优值b计算的准确性。

附图说明

图1为本发明方法实现的流程图。

具体实施方式

下面结合发明内容进一步提供本发明的实施案例。

如图1所示，基于本发明方法开发了原型系统，该系统包括用户数据输入接口模块、信道测量集大小最优值b决策模块、双随机k位最大值概率分布计算模块与双随机超越概率分布计算模块，下面是具体的操作过程。

(1)用户通过所述数据输入接口模块输入共计5个参数：信道总数量n；工作信道数量k；信道底噪测量值在一定时间t之内可能发生变化的概率pe；信道底噪测量值在一定时间t之内可能发生变化的范围s，即假定信道f，在第一次测量时的底噪为x，那么在t时间后继续测量得到底噪y，底噪以概率(1-pe)保持不变，即y＝x，以概率pe发生变化，且以等概率在区间[x-s,x+s]上取值，即y等概率取区间[x-s,x+s]上的一个值；电台用户期望的信道测量集选择准确性要求pcover，要求pcover小于1而且大于0。

(2)系统通过所述信道测量集大小最优值b决策模块，按照以下步骤(2.1)～计算信道测量集大小最优值b。

(2.1)将k+1赋值给临时变量b。

(2.2)开始按照公式(1)计算概率pcover(k,b)，如果pcover(k,b)大于电台用户输入的信道测量集选择准确性要求pcover，则回到(2.4)；否则转到(2.3)。

(2.3)否则将b增加1，转到(2.2)。

(2.4)将b设置为b，结束。

(3)系统通过所述双随机k位最大值概率分布计算模块，按照公式(2)计算公式(1)中的函数pk{m＝m}。其中，p{m＝m}表示k个在区间[1,k]上等概率分布的随机变量在发生变化后的最大值随机变量m为m的概率，k为大于1的整数，pe是用户输入的变化概率，表示随机变量发生变化的概率，s是用户输入的变化范围，表示随机变量发生变化的范围，其中花括弧中的每个公式分别代表在一种m取值情况下的双随机k位最大值概率计算方法。

(4)系统通过所述双随机超越概率分布计算模块，按照公式(3)计算公式(1)中的函数p≥b-k(y≤m)。计算公式(3)中的函数p(y≤m)时分段计算：当按照公式(4)计算；当按照公式(5)计算，当s≥n-k-1，按照公式(6)计算。公式(4)、(5)、(6)中花括弧中的每个公式分别对应一种m取值情况下的计算方法。其中p≥b-k(y≤m)表示n-k个在区间[1+k,n]上等概率分布的随机变量y在发生变化后的值y小于或等于m的概率，k为大于1的整数，b为大于k的整数，pe是用户输入的变化概率，表示随机变量发生变化的概率，s是用户输入的变化范围，表示随机变量发生变化的范围，n是用户输入的信道总数量。

本发明对通信电台信道测量集大小难确定的问题，提出一种vhf通信电台信道测量集优化选择方法。该方法能够在信道探测之前，预先确定信道测量集大小的最优值b，最大程度减少信道测量次数及能量消耗、降低电台位置暴露风险，同时满足用户提出的信道测量集选择准确性要求。

本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。

提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。