一种基于软件定义和异频双信道的无线中继控制方法与流程

本发明涉及无线通信，特别涉及一种基于软件定义和异频双信道的无线中继控制方法。

背景技术：

1、中继技术作为无线通信网络中的关键支撑技术，其核心价值在于克服地理障碍与路径损耗，有效扩展网络覆盖范围并提升边缘用户的信号质量。该技术通过在源节点与目标节点之间部署一个或多个中继节点，由中继台对接收到的无线信号进行解码、处理或放大后再次转发，构成一条多跳通信链路，从而实现超视距或非直视路径下的可靠信息传递。此类技术对于山区、林区等复杂地形环境下的应急通信、专用网络覆盖具有重要应用意义。

2、然而，广泛应用的现有无线中继方案在性能、灵活性与成本上面临一系列固有局限。首要问题源于频谱效率与网络规模的矛盾：鉴于多数常规电台采用单信道架构，为避免转发链路与接收链路间的同频干扰，传统中继系统普遍采用严格的时分复用模式。该模式需根据中继跳数n，将传输周期划分为n个相互正交的时隙，强制规定每一跳的中继站只能在指定的、非重叠的时隙内进行接收或发送操作。这种串行化的工作机制直接导致系统整体吞吐量随着跳数增加而线性下降，理论效率仅为1/n，并且由于时序同步复杂度和累积时延的急剧增长，实际可支持的中继跳数通常被限制在6跳以内，严重制约了网络的延伸能力。其次，从设备与网络架构层面看，现有系统通常对业务台与中继台进行严格的硬件与功能区分：中继台作为专用基础设施，通常不具备作为终端进行话音、数据等业务通信的能力；反之，业务台亦被设计为纯粹的终端，无法承担信号转发任务。这种僵化的功能隔离导致网络需配置和管理两种截然不同的设备型号，不仅增加了设备库存、采购与维护的复杂度及成本，也使得网络拓扑固定，无法根据实时通信需求动态重构，在快速部署与应急场景下灵活性严重不足。此外，旨在提升频谱效率的双向中继等先进技术，虽在理论上可通过全双工模式在同一频段上同时收发，但面临着射频电路自干扰这一严峻工程挑战。强烈的自干扰信号会淹没微弱的期望接收信号，对其抵消技术要求极高，且在实际动态无线环境中，干扰管理、资源分配与功率控制的复杂度倍增，导致其稳定性和可靠性难以保障，目前仍主要停留在理论研究与实验室验证阶段，距大规模工程化应用尚有距离。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的是提供一种基于软件定义和异频双信道的无线中继控制方法，通过软件指令动态配置电台的工作模式并结合异频双信道中继机制，提高了网络灵活性与中继传输效率，解决了设备类型固化导致的系统复杂及传统时分中继效率低下、跳数受限的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于软件定义和异频双信道的无线中继控制方法，所述方法应用于硬件同构的双信道电台设备，并基于软件指令对所述电台设备的工作模式进行动态配置，所述控制方法包括如下步骤：

3、实时接收模式切换命令，所述模式切换命令用于指示将所述电台设备配置为业务台或中继台；

4、基于所述模式切换命令，将自身的工作模式动态切换并配置为对应的业务台或中继台；

5、当被配置为所述中继台时，基于所述模式切换命令的指示，通过第一信道与第二信道，执行异频中继转发操作；

6、其中，所述第一信道工作于第一接收频率与第二发射频率，所述第二信道工作于第二接收频率与第一发射频率，所述第一接收频率与所述第二接收频率不同。

7、进一步地，所述双信道电台设备工作于半双工模式，同时监测所述第一接收频率和所述第二接收频率上的话音信号，并在完整接收话音信号后切换至相应发射频率进行转发；

8、所述执行异频中继转发操作，包括：

9、当通过所述第一接收频率和所述第二接收频率同时接收到话音信号时，接收并存储来自所述第一接收频率的第一话音数据与来自所述第二接收频率的第二话音数据，并播放先接收到的所述话音数据；

10、在播放完毕后，先切换至所述第二发射频率转发先接收到的所述话音数据，再切换至所述第一发射频率转发后接收到的所述话音数据；

11、在多中继台级联情况下，前级中继台以所述第二发射频率转发话音，后级中继台以所述第二接收频率接收后，再以其自身的第二发射频率转发，实现多跳中继传输。

12、进一步地，所述播放先接收到的所述话音数据，包括：

13、监测所述第一接收频率与所述第二接收频率，识别并开始存储最先出现有效话音信号的所述信道接收到的话音数据，并将该话音数据判定为先接收到的所述话音数据；

14、在开始存储所述先接收到的所述话音数据的同时，播放该话音数据；

15、对于在另一信道上后续识别到的有效话音信号，开始并行存储但不播放，以缩短转发等待时间。

16、进一步地，所述识别并开始存储最先出现有效话音信号的所述信道接收到的话音数据，包括：

17、并行检测信道接收信号的至少两种特征，所述至少两种特征包括信号能量特征与信号编码结构特征；

18、当所述信号能量特征持续超过第一阈值，且所述信号编码结构特征符合预设的话音编码帧结构规律时，判定所述信道当前出现所述有效话音信号。

19、进一步地，所述执行异频中继转发操作，包括：

20、当所述中继台需要发送自身话音时，在发送过程中同时存储所述自身话音，并以所述第一发射频率发送所述自身话音；

21、切换至所述第二发射频率，将所存储的所述自身话音再次发送。

22、进一步地，所述执行异频中继转发操作，包括：

23、在未接收到话音信号且自身未发送话音时，执行数据中继操作；

24、当在数据中继操作过程中识别到有话音信号时，中断所述数据中继操作，并优先执行话音中继处理步骤。

25、进一步地，所述执行数据中继操作，包括：

26、周期性地切换所述第一信道的发射频率在所述第一发射频率与所述第二发射频率之间交替，并维持所述第二信道的频率配置不变；

27、当所述第一信道的发射频率切换为所述第一发射频率时，通过所述第一信道与工作于所述第一接收频率与第一发射频率的业务台进行数据交互；

28、当所述第一信道的发射频率切换为所述第二发射频率时，通过所述第一信道与所述第二信道，与工作于所述第二接收频率与第二发射频率的业务台进行数据交互。

29、进一步地，所述当在所述数据中继操作过程中识别到有话音信号时，中断所述数据中继操作，包括：

30、对所述第一接收频率与所述第二接收频率进行持续的信号特征检测；

31、当在任一信道上检测到符合预设话音特征编码规律的信号时，即判定识别到有话音信号；

32、挂起所述数据中继操作的当前轮询周期，保存数据交互的中间状态，并优先执行当通过所述第一接收频率和所述第二接收频率同时接收到话音信号时相应的异频中继转发操作。

33、进一步地，所述基于软件定义和异频双信道的无线中继控制方法，还包括：

34、基于所述中继台转发的业务信号的类型与实时流量特征，动态调整所述第一信道与所述第二信道的发射功率与信道带宽分配；

35、当转发的业务以实时话音信号为主时，优先保障所述话音信号的传输连续性，并为此分配满足最低时延要求的信道资源；

36、当检测到业务流量中以数据业务信号为主时，调整为均衡吞吐量的资源分配策略，并利用空闲时段进行数据业务的批量转发。

37、进一步地，所述基于软件定义和异频双信道的无线中继控制方法，还包括：

38、在所述中继台转发业务信号时，为转发的业务信号添加包含跳数信息与中继台标识的路径标签；

39、当所述业务信号为目的业务台接收后，基于所述路径标签生成包含接收信号质量与传输时延的反馈信息，并沿原路径或优化路径回传至源业务台及途径的所有中继台；

40、途径的每一中继台根据所述反馈信息，自适应调整自身的信号转发参数，所述参数至少包括发射功率、调制编码方式与转发优先级。

41、相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述基于软件定义和异频双信道的无线中继控制方法。

42、相应地，本发明实施例的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述基于软件定义和异频双信道的无线中继控制方法。

43、本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

44、1. 通过采用软件定义模式切换与异频双信道架构，打破了传统中继网络中设备功能固化的限制，使得任何一部硬件同构的电台均可根据需要被动态配置为业务台或中继台；不仅大幅降低了设备种类和系统复杂度，还通过精心设计的异频双工转发链路，从根本上避免了同频干扰，使得中继传输效率稳定在较高水平（理论效率接近1/2而非传统时分的1/n），并实现了理论上不受跳数限制的网络延伸能力，从而在复杂地理环境下能够灵活、低成本地构建大范围覆盖的通信网络；

45、2. 通过引入一套完整的话音冲突仲裁与优先级调度机制，本方案有效解决了传统中继在双方同时讲话时的话音丢失或质量劣化问题；在检测到双信道同时存在话音信号时，能准确识别并存储冲突双方的话音数据，依据先到先播放并优先转发的原则进行有序处理，同时确立了话音业务相对于数据业务的绝对优先权，确保在混合业务环境下实时话音通信的连续性和清晰度，显著提升了通信网络的可靠性与用户体验；

46、3. 通过引入动态资源调度与端到端质量反馈优化机制，本方案赋予中继网络初步的智能化管理能力；能够根据所转发业务的类型（话音或数据）自适应调整发射功率与信道带宽等资源，实现差异化服务保障；进一步借助路径标签与闭环反馈，使中继节点能够感知自身转发行为对端到端质量的影响，并据此自适应调整发射参数与转发策略，从而在多变的环境中持续优化网络整体吞吐量与传输可靠性，实现了从静态中继到智能协同的跨越。