用于OFDM通信系统的跳频方法及装置

摘要

本发明提出一种用于OFDM通信系统的跳频方法，其中发送端至少包括第一发射天线Sm和第二发射天线Sn，接收端至少包括第一接收天线Rm和第二接收天线Rn，所述方法包括：收发端通过发送端天线Sm和接收端天线Rm进行通信，按照图谱指示驻留在源频率f1，用于数据发送和接收；在预定的提前接入时刻，发送端的天线Sn和接收端的天线Rn分别执行提前接入操作，在频率f2进行数据发送和接收，以及待发送端的天线Sn和接收端的天线Rn完成频率接入操作，分别开始f2频率驻留；天线Sm和天线Rm在跳频周期T结束时停止数据传输。基于本发明的实施例，可以减小甚至消除换频时延，实现在跳频时刻零时延跳变至新的频率，在保障系统的抗干扰能力的同时，提升系统通信性能。

权利要求

1.一种用于OFDM通信系统的跳频方法，其中发送端至少包括第一发射天线Sm和第二发射天线Sn，接收端至少包括第一接收天线Rm和第二接收天线Rn，所述方法包括：步骤200：收发端通过发送端天线Sm和接收端天线Rm进行通信，按照图谱指示驻留在源频率f1，用于数据发送和接收；

步骤300：发送端通过图谱接口将下一个跳频载波中心频点传递给上变频模块，接收端通过图谱接口将下一个跳频载波中心频点传递给下变频模块；

步骤400：在预定的提前接入时刻，发送端的天线Sn和接收端的天线Rn分别执行提前接入操作，在频率f2进行数据发送和接收，以及待发送端的天线Sn和接收端的天线Rn完成频率接入操作，分别开始f2频率驻留；

步骤500：发送端的天线Sm和接收端的天线Rm在跳频周期T结束时停止数据传输；

步骤600：在数据传输过程中，按照跳频图谱指定的频率和跳频时间决策模块确定的提前接入时刻，循环执行步骤200‑500。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

步骤100：收发端在初始频率f1上接入后，进行收发端跳频同步，接收端进行跳频初始同步，并在接下来的时间内进行跳频同步维持。

3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤300还包括：

发送端跳频时间决策模块采用智能算法根据频率资源竞争情况和业务优先级进行提前接入时间优化，确定最优的提前接入目标频率的时刻，并通过实时CI或其他RRC信令将智能算法参数传输给接收端。

4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤400还包括：当天线数量大于2时，按照预定标准选择发送端的天线Sn和接收端的天线Rn。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述标准为天线负载。

6.一种用于实现权利要求1‑5之一的方法的发送端跳频装置，包括伪随机序列发生器、跳频图谱和跳频时间决策模块；

其中，所述伪随机序列发生器根据收发端约定的相关参数产生伪随机序列，所述跳频图谱记录了随机数与跳频载波中心频点之间的映射关系，所述跳频图谱包括图谱接口，所述跳频图谱的图谱接口用于将跳频载波中心频点配置信息传递给上变频模块，所述跳频时间决策模块确定双连接跳频的提前接入时间。

7.一种实现权利要求1‑5之一的方法的接收端跳频装置，包括跳频同步模块，所述接收端的跳频同步模块用于发送端和接收端的时间和频率同步。

8.根据权利要求7所述的装置，还包括：伪随机序列发生器、跳频图谱、跳频时间决策模块其中，所述伪随机序列发生器根据约定的相关参数产生与发送端相同的伪随机序列，所述跳频图谱记录了随机数与跳频载波中心频点之间的映射关系，所述跳频图谱包括图谱接口，所述跳频图谱的图谱接口用于将跳频载波中心频点配置信息传递给下变频模块，所述跳频时间决策模块确定双连接跳频的提前接入时间。

9.一种计算机可读存储介质，其中存储有一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被执行时用于实现如权利要求1‑5任意一项所述的方法。

10.一种计算系统，包括：

存储装置、以及一个或者多个处理器；

其中，所述存储装置用于存储一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时用于实现如权利要求1‑5任意一项所述的方法。

说明书

用于OFDM通信系统的跳频方法及装置

技术领域

[0001] 本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种OFDM通信系统中基于双连接的跳频系统、装置及方法。

背景技术

[0002] 超高清等视频业务对无线通信系统提出了高速率的传输需求，为了满足这一业务需求，可以在无线通信系统中应用宽带OFDM技术。OFDM是一种多载波调制的传输方式，串行数据流经过串并转换形成多路并行子数据流后，使用相互正交的多路子载波进行并行传输。由于子载波之间的正交性，使得子载波之间不需要放置保护频带，在有限的频谱资源上OFDM技术可以取得较高的频谱效率。同时，OFDM技术具有良好的带宽扩展性，在较大的带宽上应用OFDM技术，可以有效的满足高速率的业务传输需求。

[0003] 在军事通信场景下，业务传输除了需要满足高速率的需求，还需要满足抗敌方干扰的需求，以保障我方指令的顺利下达。为了满足这一传输需求，可以在宽带OFDM技术的基础上采用跳频通信技术。跳频通信是指通信双方在相同同步算法和伪随机跳频图谱算法的控制下，射频频率在约定的频率表内以离散频率的形式伪随机且同步地跳变。跳频通信依靠众多的射频频率，可以分散敌方的干扰功率，使得在一定数量的通信频率被干扰的条件下系统还能有效工作。同时，跳频通信依靠高于跟踪干扰机的跳速以及跳频图谱的随机性和非线性，可以躲避跟踪式干扰。

[0004] 在现有的跳频机制下，切换跳频中心频点需要一定的时间，导致跳频通信系统相比于定频通信系统的通信性能显著下降。具体原因在于，跳频机制每跳的持续时间为跳频周期，包含换频时间和频率驻留时间之和。换频时间是指信道机频率切换暂态过程所需要的时间，主要由频率合成器的切换时间和信道机的上升时间及下降时间等因素引起。为了保障有效的跳频通信，一般要求换频时间小于跳频周期的10％，最大不超过20％，在换频期间，频率合成器的输出频率处于不可控状态，不能传递有效信息。在换频期间，如果不对信息进行处理，对应于换频时间内的信息就会丢失，造成通信的间断，为了信息传输的完整性，在发送端需要将原连续的数据流进行压缩，在频率驻留期间发送，而在接收端要对间断的压缩数据流进行解压，还原成连续的数据流。因此，跳频信道中实际传输的数据速率要高于原数据速率，导致比特信噪比下降(相同信号功率和信道条件下)，传输误码率增加，可支持的跳频速率较低。再加上跳频同步误差、位同步误差、信道机调谐误差、接收机各频点灵敏度误差等，造成了跳频处理的固有损耗，或者说跳频信号在处理中受到了损伤，使得在无干扰和同等功率条件下跳频通信距离一般比定频通信距离缩短1/5左右。

发明内容

[0005] 本发明针对上述问题，根据本发明的第一方面，提出一种用于OFDM通信系统的跳频方法，其中发送端至少包括第一发射天线Sm和第二发射天线Sn，接收端至少包括第一接收天线Rm和第二接收天线Rn，所述方法包括：

[0006] 步骤200：收发端通过发送端天线Sm和接收端天线Rm进行通信，按照图谱指示驻留在源频率f1，用于数据发送和接收；

[0007] 步骤300：发送端通过图谱接口将下一个跳频载波中心频点传递给上变频模块，接收端通过图谱接口将下一个跳频载波中心频点传递给下变频模块；

[0008] 步骤400：在预定的提前接入时刻，发送端的天线Sn和接收端的天线Rn分别执行提前接入操作，在频率f2进行数据发送和接收，以及待发送端的天线Sn和接收端的天线Rn完成频率接入操作，分别开始f2频率驻留；

[0009] 步骤500：发送端的天线Sm和接收端的天线Rm在跳频周期T结束时停止数据传输；

[0010] 步骤600：在数据传输过程中，按照跳频图谱指定的频率和跳频时间决策模块确定的提前接入时刻，循环执行步骤200‑500。

[0011] 在本发明的一个实施例中，还包括：

[0012] 步骤100：收发端在初始频率f1上接入后，进行收发端跳频同步，接收端进行跳频初始同步，并在接下来的时间内进行跳频同步维持。

[0013] 在本发明的一个实施例中，其中步骤300还包括：

[0014] 发送端跳频时间决策模块采用智能算法根据频率资源竞争情况和业务优先级进行提前接入时间优化，确定最优的提前接入目标频率的时刻，并通过实时CI或其他RRC信令将智能算法参数传输给接收端。

[0015] 在本发明的一个实施例中，其中步骤400还包括：当天线数量大于2时，按照预定标准选择发送端的天线Sn和接收端的天线Rn。

[0016] 在本发明的一个实施例中，其中所述标准为天线负载。

[0017] 根据本发明的第二方面，提供一种用于本发明的OFDM通信系统的跳频方法的发送端跳频装置，包括伪随机序列发生器、跳频图谱和跳频时间决策模块；

[0018] 其中，所述伪随机序列发生器根据收发端约定的相关参数产生伪随机序列，[0019] 所述跳频图谱记录了随机数与跳频载波中心频点之间的映射关系，所述跳频图谱包括图谱接口，所述跳频图谱的图谱接口用于将跳频载波中心频点配置信息传递给上变频模块，

[0020] 所述跳频时间决策模块确定双连接跳频的提前接入时间。

[0021] 根据本发明的第三方面，提供一种用于本发明的OFDM通信系统的跳频方法的接收端跳频装置，包括跳频同步模块，所述接收端的跳频同步模块用于发送端和接收端的时间和频率同步。

[0022] 在本发明的一个实施例中，还包括：伪随机序列发生器、跳频图谱、跳频时间决策模块

[0023] 其中，所述伪随机序列发生器根据约定的相关参数产生与发送端相同的伪随机序列，

[0024] 所述跳频图谱记录了随机数与跳频载波中心频点之间的映射关系，所述跳频图谱包括图谱接口，所述跳频图谱的图谱接口用于将跳频载波中心频点配置信息传递给下变频模块，

[0025] 所述跳频时间决策模块确定双连接跳频的提前接入时间。

[0026] 根据本发明的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其中存储有一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被执行时用于实现本发明的用于OFDM通信系统的跳频方法。

[0027] 根据本发明的第五方面，提供一种计算系统，包括：

[0028] 存储装置、以及一个或者多个处理器；

[0029] 其中，所述存储装置用于存储一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时用于实现本发明的用于OFDM通信系统的跳频方法。

[0030] 与现有技术相比，本发明的优点在于可以减小甚至消除换频时延，实现在跳频时刻零时延跳变至新的频率，在保障系统的抗干扰能力的同时，提升系统通信性能。

附图说明

[0031] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

[0032] 图1示出了根据本发明实施例的发送端和接收端两个核心模块的示意图；

[0033] 图2(a)示出了传统跳频、跳频周期内的频率占用示意图；

[0034] 图2(b)示出了根据本发明实施例的双连接跳频、跳频周期内的频率占用及提前接入示意图。

具体实施方式

[0035] 为了减小跳频过程中换频时间对系统性能的影响，本发明面向OFDM系统，提出了基于双连接的跳频装置及方法。基于跳频图谱，发送端和接收端天线提前进行换频切换操作，提前接入到跳频图谱指示的目标频率，减小甚至消除换频时延，实现在跳频时刻接近零时延跳变至新的频率。另外，由于提前接入时间影响整个系统的资源利用率和跳频性能，本发明设计了智能的提前接入时间优化机制，根据系统资源状态、业务的优先级等，确定最优的提前接入时间。

[0036] 基于多天线的跳频装置

[0037] 本发明提出一种基于多天线的跳频系统与装置，该系统由发送端和接收端两个核心模块构成，如图1所示。其中发送端包括天线Sm和天线Sn；接收端包括天线Rm和Rn。发送端的跳频模块由伪随机序列发生器101、跳频图谱103和跳频时间决策模块102三部分组成，用于配置传输的载波中心频点，并通过切换载波中心频点实现跳频。伪随机序列发生器按照与收发端约定的参数，如起跳时间、跳频周期、跳变图谱ID等产生伪随机数序列。跳频图谱记录了随机数与跳频载波中心频点之间的映射关系，通过图谱接口将跳频载波中心频点配置信息传递给上变频模块。跳频时间决策单元运行智能算法确定双连接跳频的提前接入时间，并通过实时链路控制信息(Control Information,CI)或其他无线资源控制(Radio Resource Control，RRC)信令传输给接收端，在给定的提前接入时间，发送端的天线提前接入到目标跳变频率，减小甚至消除换频时延，实现在跳频时刻零时延跳变至新的频率。

[0038] 相应地，接收端的跳频模块由伪随机序列发生器(201)、跳频图谱(203)、跳频时间决策模块(202)和跳频同步模块(204)组成。接收端和发送端的伪随机序列发生器根据约定的相关参数可以产生相同的伪随机序列，接收端和发送端具有相同的跳频图谱，并且接收端的跳频时间决策模块接收发送端的智能算法参数，来配置一致的提前接入时间。相较于发送端，由于跳频切换对时间同步有严格要求，接收端的跳频模块额外增加了跳频同步模块，用于发送端和接收端的时间和频率同步，保持收发端在同一时刻、同一载波中心频率上起跳，并在跳频的过程中进行同步维持，避免时钟漂移等因素引起的跳频失步问题。

[0039] 为了有效支持双连接跳频方法，发送端和接收端包含多个发送和接收天线(即数量大于等于2)。

[0040] 在具体实施过程中，可以采用如图1所示的基于多天线的宽带OFDM跳频系统。根据本发明的其他实施例，由发送端通过实时CI或RRC等信令告知接收端跳频图谱和提前接入时间的变化，从而可以简化接收端设计，省略伪随机序列发生器、跳频图谱、跳频时间决策模块。在另一个实施例中，网络中的汇聚节点或者其他第三方节点以信令的方式告知接收端和发送端跳频图谱和提前接入时间的变化，则发送端和接收端的伪随机序列发生器、跳频图谱、跳频时间决策模块均可省略。

[0041] 基于双连接的跳频方法

[0042] 根据本发明的一个实施例，提出一种基于双连接的跳频方法，通过发送端和接收端天线提前进行换频操作，切换到目标频率，减小甚至消除换频时延，实现在跳频时刻接近零时延跳变至新的频率。

[0043] 图2(a)示出了传统跳频、跳频周期内的频率占用示意图，从图中可以看出占用不同频率的时间段没有重叠。

[0044] 为了详细描述本发明的方法，首先定义2个时间单位：t21与t20，其中t21为换频时刻，t20为提前接入目标频率的时刻。参照图1和图2(b)，发送端的天线Sm和接收端的天线Rm驻留在源频率f1,进行数据传输和接收。在f1跳频周期T结束之前，即在换频时刻t21之前，发送端的另一个天线Sn和接收端的另一个天线Rn，在时刻t20(t20小于等于t21)，执行提前接入操作，开始在频率f2进行数据传输，即提前t21‑t20时长接入了频率f2。待发送端的天线Sn和接收端的天线Rn全部完成了频率接入操作，开始f2频率驻留。发送端的天线Sm和接收端的天线Rm在跳频周期T结束时停止数据传输。因此，相比于传统的跳频方案(如图2(a)所示)，所提出的基于双连接的跳频装置及方法，可以减小甚至消除换频时延，实现在跳频时刻零时延跳变至新的频率。具体的提前接入时间影响整个系统的资源利用率和跳频性能，提前接入时间越长，所剩余的换频时间越短，跳频时延越短，数据的传输质量越高和传输距离越远。但是，业务占用的频率资源越多，系统资源利用率越低。因此，需要设计具体的提前接入时间，来实现性能和效率的均衡。为此，根据本发明的一个实施例，可以采用智能的提前接入时间优化机制，并在系统装置中引入了跳频时间决策模块，采用人工智能算法分析历史的系统状态(如频率资源竞争和频率干扰)和业务需求状态(业务的种类、QoS等)，预测当前及下一个跳频周期内的系统状态和业务需求状态，并根据系统状态和业务的优先级等，以保障系统的抗干扰能力和业务的QoS等为目标，确定最优的接入时间。

[0045] 根据本发明的一个实施例，所述跳频方法包括如下步骤：

[0046] 步骤1：收发端在初始频率f1上接入后，进行收发端跳频同步。接收端的跳频同步模块进行跳频初始同步，并在接下来的时间内进行跳频同步维持。

[0047] 步骤2：收发端通过发送端天线Sm和接收端天线Rm进行通信。按照图谱指示驻留在源频率f1,分别进行数据发送和接收。

[0048] 步骤3：发送端和接收端通过图谱接口将下一个跳频载波中心频点分别传递给其上变频模块。发送端跳频时间决策模块例如采用智能算法根据频率资源竞争情况和业务优先级等进行提前接入时间优化，确定最优的提前接入目标频率的时刻t20，并通过实时CI或其他RRC信令将智能算法参数传输给接收端。接收端的跳频时间决策单元接收发送端的智能算法参数，来配置一致的提前接入时间。

[0049] 步骤4：在提前接入目标频率的时刻t20，发送端的天线Sn和接收端的天线Rn分别执行提前接入操作，开始在频率f2进行数据发送和接收。待发送端的天线Sn和接收端的天线Rn完成了频率接入操作，分别开始f2频率驻留。

[0050] 步骤5：发送端的天线Sm和接收端的天线Rm在跳频周期T结束时停止数据传输。

[0051] 步骤6：在数据传输过程中，按照跳频图谱指定的频率和跳频时间决策模块确定的提前接入时刻，循环执行步骤2‑5。

[0052] 当天线数量>2时，首先需要按照某个标准(如天线负载等)选择发送端的天线Sn和接收端的天线Rn，选择完成后，按照和上述天线数量＝2同样的步骤执行。

[0053] 根据本发明的一个实施例，在步骤3，由发送端通过实时CI或RRC等信令直接告知接收端下一个跳频载波中心频点和提前接入时间的变化，接收端配置一致的频率和提前接入时间。从而可以简化接收端设计，去除接收端的伪随机序列发生器、跳频图谱、跳频时间决策模块。

[0054] 为使本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本公开内容，上面围绕本公开内容进行了描述。对于本领域普通技术人员来说，对本公开内容进行各种修改是显而易见的，并且，本文定义的通用原理也可以在不脱离本公开内容的精神或保护范围的基础上适用于其它变型。此外，除非另外说明，否则任何方面和/或实施例的所有部分或一部分可以与任何其它方面和/或实施例的所有部分或一部分一起使用。因此，本公开内容并不限于本文所描述的例子和设计方案，而是与本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。