一种基于SDR的自组网业务信道自适应调制方法与流程

本发明涉及一种无线移动自组网业务信道的自适应调制方法，属于移动自组网技术领域。

背景技术：

无线网络通常可以分为有中心网络和无中心网络，前者需要固定基础设施的支持，移动主机之间的通信通常借助基站来完成，例如蜂窝移动通信系统；后者主要是指移动自组网，即manet网络，它不需要固定的基础设施，能够快速地自动组网。与有中心网络相比，manet网络灵活、自愈性强、投资少，特别适合于作战指挥、抢险救灾以及应付突发事件和执行临时任务的场合。在manet网络中，每个移动节点兼备路由器和主机两种功能。作为主机，移动节点需要运行面向用户的应用程序；作为路由器，移动节点需要运行相应的路由协议，根据路由策略和路由表参与数据分组转发工作和路由维护工作。

由于manet网络中节点是移动的，网络的拓扑结构不断变化，每个节点所处的无线网络环境均在进行变化，为了保证通信效果，克服远距离信号传输中的问题，必须要通过调制将信号频谱搬移到高频信道中进行传输。目前最常用到的3种调制方式为bpsk、qpsk和16psk，bpsk具有较高的抗噪声干扰性能，且能够有效地利用所给定的信道频带，即使在有多径衰落的信道中也有较好的结果，适合远距离传输；qpsk的频带利用率较高，是bpsk的2倍，且qpsk的抗干扰性能也比较强；16psk的频带利用率最高，但是抗干扰性较差，传输距离近，在近距离传输时，可提供的带宽更高，更利于传输实时视频等。从带宽关系上考虑，bpsk<qpsk<16psk；从抗干扰性上考虑，bpsk>qpsk>16psk。

现阶段急需一种调制自适应的方法，在发起业务请求时，自主选择调制方式，保证带宽利用率和业务的可靠高效的完成。

技术实现要素：

为了在提高自组网业务带宽利用率的同时确保可靠高效的完成业务数据传输，本发明提出了一种基于sdr的自组网业务信道自适应调制方法，利用当前待传输业务的业务类型、当前节点的rssi、snr值和自定义的阈值选取最佳的调制方式，再通过时隙预约确定最终用于数据传输的调制方式，实现自组网业务信道自适应调制。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：

一种基于sdr的自组网业务信道自适应调制方法，具体包括以下步骤：

s1、设置自组网内每个节点的默认调制方式；

s2、根据发送节点上待传输的自组网业务的属性选取最佳调制方式，由发送节点对接收节点进行时隙预约；

s3、发送节点获取接收节点的时隙预约响应，并进行时隙预约确认；

s4、发送节点和接收节点根据时隙预约确认信息中的调制方式进行自组网业务数据传输；

s5、业务数据传输完毕后，发送节点和接收节点恢复默认调制方式。

进一步的，所述步骤s1中的默认调制方式采用qpsk。

进一步的，所述步骤s2的具体操作如下：

s21、获取发送节点上待传输的自组网业务的业务类型，根据业务类型从调制方式库中筛选候选调制方式；

s22、基于信号处理算法计算发送节点与其他节点之间的rssi值和snr值，rssi值的计算公式如下：

rssi＝(p1²+p2²+…pi²+…+pn²)/n(1)

其中，n表示发送节点中落在频段宽度内的时隙总数，i＝1,2,…,n，pi表示第i个时隙中的信号强度；

snr值的计算公式如下：

其中，noise为噪底，是人为设置的常数；

s23、将s22中的rssi值和snr值与候选调制方式的阈值比较，从候选调制方式中选取最佳调制方式；

s24、发送节点将最佳调制方式通过时隙预约发送给接收节点。

进一步的，所述调制方式库包括bpsk、qpsk和16psk。

进一步的，调制方式库中的每个调制方式都设置有阈值，其中，bpsk的阈值为rssi≦-80dbm，snr>0.8；qpsk的阈值为-80dbm<rssi≦-50dbm，0.5≦snr≦0.8；16psk的阈值为rssi>-50dbm，snr<0.5。

进一步的，所述步骤s3的具体操作如下：

s31、接收到发送节点的时隙预约后，判断接收节点上是否有业务数据正在传输；

s32、当接收节点有业务数据正在传输，获取接收节点的传输调制方式，并判断传输调制方式与时隙预约中的最佳调制方式是否相同，相同时，接收节点发送包含最佳调制方式的调制成功的时隙预约响应，不相同时，接收节点发送包含传输调制方式的调制失败的时隙预约响应；

s33、当接收节点上没有业务数据正在传输，基于信号处理算法计算接收节点的rssi值和snr值，并将rssi值和snr值与最佳调制方式的阈值比较，满足阈值时，接收节点发送包含最佳调制方式的调制成功的时隙预约响应，不满足阈值时，根据接收节点的rssi值和snr值选取传输调制方式，接收节点发送包含传输调制方式的调制失败的时隙预约响应；

s34、发送节点接收并分析时隙预约响应，并发送包含最佳调制方式或传输调制方式的时隙预约确认信息到接收节点。

进一步的，所述步骤s5的具体操作为：当业务数据传输完毕，发送节点给接收节点发送时隙释放请求，发送节点接收到来自接收节点的时隙释放响应后，发送节点和接收节点进行链路释放，并通过软件程序给发送节点和接收节点恢复默认调制方式。

采用以上技术手段后可以获得以下优势：

本发明提出了一种基于sdr的自组网业务信道自适应调制方法，当自组网内业务发起时，通过信号处理算法计算发送节点和接收节点的rssi值和snr值，根据业务类型、发送节点的rssi值和snr值自适应的选取最佳调制方式，然后通过时隙预约进行调制方式协商，发送节点与接收节点先后对调制方式进行判断，结合发送节点和接收节点自身情况协商最终的调制方式，然后利用该调制方式进行业务数据传输。本发明方法通过业务属性和节点情况选取最适合节点的调制方式进行业务数据传输，步骤简单、计算量小且易于实现，能够最大限度的选取最优的调制方式，在保证业务数据传输稳定性、效率的同时提高带宽利用率，实现了自组网业务信道的自适应调制。

附图说明

图1为本发明一种基于sdr的自组网业务信道自适应调制方法的步骤流程图。

图2为本发明一种基于sdr的自组网业务信道自适应调制方法的操作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明：

本发明提出了一种基于sdr的自组网业务信道自适应调制方法，如图1、2所示，具体包括以下步骤：

s1、设置自组网内每个节点的默认调制方式，由于qpsk调制方式的带宽利用率和抗干扰能力都比较好，所以本发明方法采用qpsk作为自组网内每个节点业务信道的默认调制方式。

s2、当自组网内发起业务数据时，将发起业务数据的节点称为发送节点，该业务数据的目标节点称为接收节点。根据发送节点上待传输的自组网业务的属性选取最佳调制方式，由发送节点对接收节点进行时隙预约；具体操作如下：

s21、获取发送节点上待传输的自组网业务的业务类型，业务类型通常都是上层发起业务时业务数据下发给cp，根据端口号协商确定的，常见的业务类型有视频业务、语音电话业务、短消息业务等，根据业务类型从调制方式库中筛选候选调制方式。调制方式库包括bpsk、qpsk和16psk。以视频业务为例，由于视频业务对带宽的需求较大，只能采用qpsk或16psk调制方式，即待传输的业务数据的业务类型为视频业务时，候选调制方式为qpsk和16psk。

s22、基于信号处理算法计算发送节点与其他节点之间的rssi值和snr值，在sdr系统中，rssi指当前频点中，落在频段宽度内(目前为5m)的信号功率的总和，包括有用信号、干扰信号和背景噪声，rssi的单位为dbm。本发明方法中rssi值的计算公式如下：

rssi＝(p1²+p2²+…pi²+…+pn²)/n(3)

其中，n表示发送节点中落在频段宽度内的时隙总数，i＝1,2,…,n，pi表示第i个时隙中的信号强度，具体由第i个时隙中midamble码移相位运算能量叠加后的幅值计算得出。

snr是信号强度和噪声的比值，本发明方法中snr值的计算公式如下：

其中，noise为噪底，在电磁环境绝对干净的情况下，因为没有其他干扰，所以噪声功率是由自然界的环境决定的，这种噪声称为基底噪声，更多的时候噪底是有基底噪声和其他干扰共同组成的，噪底一般是经验值，是人为设置的常数。

s23、根据大量实验可以获得bpsk、qpsk和16psk调制方式对rssi值和snr值的需求，在本发明实验中根据经验人工设置调制方式库中每种调制方式对应的阈值：bpsk中rssi值的阈值的取值范围为rssi≦-80dbm，snr值的阈值的取值范围为snr>0.8；qpsk中rssi值的阈值的取值范围为-80dbm<rssi≦-50dbm，snr值的阈值的取值范围为0.5≦snr≦0.8；16psk中rssi值的阈值的取值范围为rssi>-50dbm，snr值的阈值的取值范围为snr<0.5。

将s22中的rssi值和snr值与候选调制方式的阈值比较，从候选调制方式中选取最佳调制方式。仍以视频业务为例，如果发送节点的rssi值为-45dbm，snr值为0.3，则该发送节点满足16psk的调制要求，可以从候选调制方式中选择16psk作为最佳调制方式。

s24、发送节点将最佳调制方式通过时隙预约发送给接收节点。

s3、发送节点获取接收节点的时隙预约响应，并进行时隙预约确认；具体操作如下：

s31、接收节点接收到发送节点的时隙预约请求后，解析时隙预约中的最佳调制方式，然后判断接收节点上是否有业务数据正在传输。

s32、同一个自组网节点上同一时间可能有多个业务数据传输，而该节点的调制方式只可能有一个，所以同一时间在同个节点上传输的业务数据，其调制方式需要是一样的。当接收节点有业务数据正在传输，获取接收节点当前的传输调制方式，并判断传输调制方式与时隙预约中的最佳调制方式是否相同，如果两个调制方式相同，接收节点发送时隙预约响应到发送节点，该时隙预约响应中包含最佳调制方式和调制成功信息；如果两个调制方式不相同，接收节点发送时隙预约冲突到发送节点，时隙预约冲突也是一种时隙预约响应，其中包含该接收节点的传输调制方式和调制失败信息。比如，发送节点需要发送视频业务数据，并选出最佳调制方式为16psk，但是相应的接收节点上目前有语音电话业务数据正在传输，且当前的传输调制方式为qpsk，则接收节点把传输调制方式“qpsk”和调制失败打包作为时隙预约响应发送给发送节点。

s33、当接收节点上没有业务数据正在传输，基于信号处理算法计算接收节点的rssi值和snr值，并将rssi值和snr值与最佳调制方式的阈值比较，确定最佳调制方式是否满足接收节点的要求，当接收节点的rssi值和snr值满足最佳调制方式的阈值时，接收节点发送包含最佳调制方式和调制成功信息的时隙预约响应；当接收节点的rssi值和snr值不满足最佳调制方式的阈值时，根据接收节点的rssi值和snr值选取满足接收节点要求的传输调制方式，然后接收节点发送包含传输调制方式和调制失败信息的时隙预约响应。比如，发送节点需要发送视频业务数据，并选出最佳调制方式为16psk，但是相应的接收节点不满足16psk需求，接收节点适宜的传输调制方式为qpsk，则接收节点把传输调制方式“qpsk”和调制失败打包作为时隙预约响应发送给发送节点

s34、发送节点接收并分析时隙预约响应，提取出时隙预约响应中的调制方式，当时隙预约响应中是最佳调制方式时，发送节点发送包含最佳调制方式的时隙预约确认信息到接收节点，当时隙预约响应中是传输调制方式时，发送节点根据自身rssi值和snr值确认该传输调制方式能否采纳，可以采纳的情况下发送节点发送包含传输调制方式的时隙预约确认信息到接收节点，如果发送节点无法采纳该传输调制方式，需要重新选取调制方式，或者在可行的前提下更换接收节点。

s4、发送节点给接收节点发送时隙预约确认信息后，即认为时隙预约成功，通过软件程序将发生节点和接收节点的调制方式更改为时隙预约确认信息中的调制方式，然后进行自组网业务数据传输。

s5、当业务数据传输完毕后，发送节点给接收节点发送时隙释放请求，并接收来自接收节点的时隙释放响应，发送节点和接收节点进行链路释放流程，释放流程完成后，通过软件程序给发送节点和接收节点恢复默认调制方式，等待下次发起的业务。

本发明方法的研究对象是自组网业务以及当前进行业务数据传输的发送节点和接收节点，通过业务属性和节点情况选取最适合节点的调制方式进行业务数据传输，在保证业务数据传输稳定性、效率的同时提高带宽利用率，实现了自组网业务信道的自适应调制。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细地说明，但是本发明并不局限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。