一种适用于TDMA通信体制的抗干扰方法及装置与流程

一种适用于tdma通信体制的抗干扰方法及装置
技术领域
1.本发明涉及tdma通信技术领域，具体涉及一种适用于tdma通信体制的抗干扰方法及装置。


背景技术：

2.无线通信的发展规模越来越大，现代社会对无线电通信的利用率越来越高，在无线电通信技术利用电磁波进行信息传输的过程中，电磁波很容易受到外界环境的影响导致通信过程中的干扰效应越来越明显。因此，提高无线通信的抗干扰能力就成为时代发展需要，也是现代科技发展的内在需求。
3.通过分析无线电通信背景下通信抗干扰技术的发展需求，研究社会中典型的通信抗干扰技术以及现代社会发展过程中新兴的无线电抗干扰技术，从而探索出多种抗干扰技术综合使用的方法，并预测它的发展趋势，从而能够有效帮助人们解决生活中无线通信的干扰问题，提升接收端的鲁棒性，实现无线通信的网络畅通。
4.在当前的tdma(time division multiple access，时分多址)自组网系统中，由于带内的干扰信号存在，常采用固定跳频或频谱感知相结合的方式来选用合适的频点进行通信，以达到抗干扰通信的目的。
5.其中，固定跳频方式是在通信带宽内，随机选取n个频点组成跳频频率集，并设计相应的跳频图案。通信过程中，系统完成跳频同步后按照跳频图案在跳频频率集里进行随机频率跳变，达到抗干扰的目的。由于选取的固定跳频图案，当其中某一个或多个频点受到干扰时，会在受到干扰的工作频点上造成数据严重误码甚至完全丢失，导致其可靠性较差；而采用频谱感知相结合的方式，不仅需要提供额外的硬件接收通道用于实时获取当前环境的频谱信息，还需要在软件上增加复杂的频谱测量算法，需要以增加硬件设计为代价，复杂度较高的软件实现也较为困难，其性价比较低。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是现有tdma自组网系统中跳频抗干扰可靠性差、实现困难、硬件成本高等问题，本发明目的在于提供一种适用于tdma通信体制的抗干扰方法及装置，在基于tdma原有的入网、退网机制上进行重新入网自同步优化设计的方法，提高系统的抗干扰性能。本发明的改进之处在于自适应频点切换策略，当前频点受干扰时系统会自适应跳到下一频点进行尝试入网同步操作，若同步成功，则选择当前频点通信，否则跳至下一频点，依次循环类推，当设计的跳频频点集中有未被干扰的频点时，系统会选择该频点通信，达到抗干扰目的。采用本发明方法不仅提高了系统的可靠性，还降低了软件的实现复杂度、节省了硬件资源开销，同时还具有很强的移植推广性。
7.本发明通过下述技术方案实现：
8.第一方面，本发明提供了一种适用于tdma通信体制的抗干扰方法，该方法应用于tdma自组网系统；该方法包括上电抗干扰处理；上电抗干扰处理，包括：
9.步骤1，tdma自组网系统上电复位；
10.步骤2，主站采用某频点，以预设固定周期周期性发送入网同步信息至从站；从站根据接收的入网同步信息进行同步应答，并发送应答信息至主站；主站收到从站的应答信息后，再发送响应信息至从站；
11.步骤3，以步骤2为一次同步过程，若连续预设次数(比如三次)同步失败，则认为该频点不可用，无法进行数据通信；采用自适应频点切换策略，重新进行入网同步过程；
12.若连续预设次数(比如三次)同步成功，则认为该频点可用，保持该频点进行数据通信。
13.进一步地，该方法还包括通信工作过程中的抗干扰处理；通信工作过程中的抗干扰处理，包括：
14.在主站与从站的通信过程中，由于主站会周期性，实时的发送入网同步信息，若某一时刻该频点受到干扰，无法进行数据通信，则进入退网状态，并采用自适应频点切换策略，重新进行入网同步过程。
15.进一步地，自适应频点切换策略，包括：
16.通过均匀划分整个通信带宽，生成n个频点；主站主动以第一个频点广播同步信息，等待从站同步响应，若响应成功，则选择该频点通信；否则，s秒后主站跳至下一频点重新广播同步信息，n
×
s秒后从站跳至下一频点重新同步响应；依次循环，当预设的跳频频点集中有未被干扰的频点时，选择该频点通信，实现抗干扰。
17.进一步地，自适应频点切换策略的执行过程具体为：
18.整个通信带宽内，选取n个通信频点f1、f2、f3、
…fn
作为抗干扰跳频频点；
19.在主站开机时，主站将以第一个频点f1开始每s秒钟依次切换一个发射频点，循环发送入网同步信息，从f1到fn依次遍历一次共需要n
×
s秒；
20.从站开机时，从站将以第一个频点f1保持n
×
s秒钟的接收状态，循环接收入网同步信息，从f1到fn依次遍历一次共需要n
×n×
s秒；
21.当主站循环的第一个n
×
s周期内，从站保持在频点f1的接收状态，接收入网同步信息，包括：
22.假如频点f1未受到干扰而能正常通信，则当主站循环到频点f1时，主、从站能成功入网，并停止循环，保持在频点f1通信；
23.假如f1受到干扰而不能正常通信，则在当前循环内主、从站都将无法成功入网，此时将进入第二个循环，主站将重新以频点f1开始每s秒钟依次切换一个发射频点，循环发送入网同步信息，从站将以频点f2保持n
×
s秒钟的接收状态，接收入网同步信息；
24.同理，假如当频点f2未受到干扰而能正常通信，则当主站循环到频点f2时，主、从站能成功入网，并停止循环，保持在频点f2通信；
25.假如f2受到干扰而不能正常通信，则在当前循环内主、从站都将无法成功入网，此时将进入第三个循环；
26.……
27.依次循环，当n个频点中有未被干扰的频点时，链路能够正常建立，系统会自动选择当前频点作为通信频点。
28.进一步地，n个通信频点之间的间隔应大于波形设计带宽，且均匀覆盖整个有效通
信带宽。
29.进一步地，一次同步包括同步过程和补偿过程；
30.同步过程包含三次握手，首先由主站发送包含主站当前时间t0的同步帧；
31.从站收到主站的同步帧后，提取主站的时间信息并初始化自己的当前时间为t0，并发送包含从站当前时间t1的请求帧；
32.主站收到从站的请求帧后，记录接收时间t2，并发送包含请求帧的接收时间t2以及主站当前时间t3的响应帧；
33.从站收到主站的响应帧后，记录接收时间t4，并提取请求帧的接收时间t2以及响应帧的发送时间t3。
34.进一步地，补偿过程是采用补偿公式计算传输延时并进行补偿，完成入网自同步；其中，补偿公式为：
[0035][0036]
式中，td表示传输延时。
[0037]
第二方面，本发明又提供了一种适用于tdma通信体制的抗干扰装置，该装置支持所述的一种适用于tdma通信体制的抗干扰方法；该装置包括：
[0038]
上电复位单元，用于对tdma自组网系统上电复位；
[0039]
一次同步过程单元，用于主站采用某频点，以预设固定周期周期性发送入网同步信息至从站；从站根据接收的入网同步信息进行同步应答，并发送应答信息至主站；主站收到从站的应答信息后，再发送响应信息至从站；
[0040]
频点同步可用判断单元，用于根据一次同步过程单元执行的一次同步过程，进行频点是否可用的判断：若连续预设次数(比如三次)同步失败，则认为该频点不可用，无法进行数据通信；采用自适应频点切换策略，重新进行入网同步过程；若连续预设次数(比如三次)同步成功，则认为该频点可用，保持该频点进行数据通信。
[0041]
进一步地，该装置还包括：
[0042]
频点工作中受干扰判断单元，用于在主站与从站的通信过程中，由于主站会周期性，实时的发送入网同步信息，若某一时刻该频点受到干扰，无法进行数据通信，则进入退网状态，并采用自适应频点切换策略，重新进行入网同步过程。
[0043]
进一步地，自适应频点切换策略的执行过程为：
[0044]
通过均匀划分整个通信带宽，生成n个频点；主站主动以第一个频点广播同步信息，等待从站同步响应，若响应成功，则选择该频点通信；否则，s秒后主站跳至下一频点重新广播同步信息，n
×
s秒后从站跳至下一频点重新同步响应；依次循环，当预设的跳频频点集中有未被干扰的频点时，选择该频点通信，实现抗干扰。
[0045]
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0046]
1、本发明一种适用于tdma通信体制的抗干扰方法及装置，在基于tdma原有的入网、退网机制上进行重新入网自同步优化设计的方法，提高系统的抗干扰性能。本发明的改进之处在于自适应频点切换策略，当前频点受干扰时系统会自适应跳到下一频点进行尝试入网同步操作，若同步成功，则选择当前频点通信，否则跳至下一频点，依次循环类推，当设计的跳频频点集中有未被干扰的频点时，系统会选择该频点通信，达到抗干扰目的。采用本
发明方法不仅提高了系统的可靠性，还降低了软件的实现复杂度、节省了硬件资源开销，同时还具有很强的移植推广性。
[0047]
2、本发明一种适用于tdma通信体制的抗干扰方法及装置，是在现有tdma通信网络硬件设计、软件波形设计不改动的基础上实现的，在系统遭受干扰而导致网络建立失败时，只需通过通信质量参数以及入网信息进行综合决策判断是否进行频点的切换便可实现重新自同步入网，原理简单，易于代码实现。该方案能够最快、最简单、最有效地解决在通信过程中遇到的干扰问题，具有较高的可行性。本发明能够在不增加额外硬件开销和软件实现复杂度的前提下，能够有效地进行带内干扰抑制，保证系统的正常通信。
附图说明
[0048]
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
[0049]
图1为本发明一种适用于tdma通信体制的抗干扰方法流程图。
[0050]
图2为本发明tdma系统中主站自适应跳频抗干扰原理框图。
[0051]
图3为本发明tdma系统中从站自适应跳频抗干扰原理框图。
[0052]
图4为本发明一种适用于tdma通信体制的抗干扰装置结构示意图。
具体实施方式
[0053]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0054]
实施例1
[0055]
随着通信领域近些年来不断的发展，用户对可靠性、稳定性的通信需求越来越高，如何提高通信系统的抗干扰性能也越来越迫切。基于在tdma自组网系统中，为了提高通信系统的抗干扰性能，常会根据频谱资源的实时情况，自适应的选用合适的频点进行通信，目前，现有技术大部分设备采用的是固定跳频或频谱感知相结合的方式来实现。其中，固定跳频方式是基于机遇碰撞原则，其可靠性较差；而采用频谱感知相结合的方式，不仅会大大提高软件复杂度，同时还需要以增加硬件为代价，实现较为困难。
[0056]
本发明在基于tdma原有的入网、退网机制上进行重新入网自同步优化设计的方法，提高系统的抗干扰性能。本发明的改进之处在于自适应频点切换策略，当前频点受干扰时系统会自适应跳到下一频点进行尝试入网同步操作，若同步成功，则选择当前频点通信，否则跳至下一频点，依次循环类推，当设计的跳频频点集中有未被干扰的频点时，系统会选择该频点通信，达到抗干扰目的。采用本发明方法不仅提高了系统的可靠性，还降低了软件的实现复杂度、节省了硬件资源开销，同时还具有很强的移植推广性。
[0057]
如图1所示，本发明一种适用于tdma通信体制的抗干扰方法，该方法应用于tdma自组网系统；该方法包括上电抗干扰处理；上电抗干扰处理，包括：
[0058]
步骤1，tdma自组网系统上电复位；
[0059]
步骤2，主站采用某频点，以预设固定周期周期性发送入网同步信息至从站；从站根据接收的入网同步信息进行同步应答，并发送应答信息至主站；主站收到从站的应答信
息后，再发送响应信息至从站；
[0060]
步骤3，以步骤2为一次同步过程，若连续预设次数(比如三次)同步失败，则认为该频点不可用，无法进行数据通信；采用自适应频点切换策略，重新进行入网同步过程；
[0061]
若连续预设次数(比如三次)同步成功，则认为该频点可用，保持该频点进行数据通信。
[0062]
作为进一步地实施，该方法还包括步骤4，通信工作过程中的抗干扰处理；通信工作过程中的抗干扰处理，包括：
[0063]
在主站与从站的通信过程中，由于主站会周期性，实时的发送入网同步信息，若某一时刻该频点受到干扰，无法进行数据通信，则进入退网状态，并采用自适应频点切换策略，重新进行入网同步过程。
[0064]
作为进一步地实施，本发明方案为时分系统，主、从站以时隙为数据发送的基本时间单位。方案采用改进的往返时延rtt(round-trip time)的方法来实现站点之间(主站与从站之间)传输延时的计算，并进行补偿，完成主、从站的入网自同步。
[0065]
一次同步包括同步过程和补偿过程；
[0066]
同步过程包含三次握手，首先由主站发送包含主站当前时间t0的同步帧；
[0067]
从站收到主站的同步帧后，提取主站的时间信息并初始化自己的当前时间为t0，并发送包含从站当前时间t1的请求帧；
[0068]
主站收到从站的请求帧后，记录接收时间t2，并发送包含请求帧的接收时间t2以及主站当前时间t3的响应帧；
[0069]
从站收到主站的响应帧后，记录接收时间t4，并提取请求帧的接收时间t2以及响应帧的发送时间t3。
[0070]
根据以下补偿公式计算传输延时td并进行补偿，完成入网自同步。本通信系统以固定周期进行同步，若连续三次同步失败，则进入退网状态，并重新入网。其中，补偿公式为：
[0071][0072]
式中，td表示传输延时。
[0073]
作为进一步地实施，自适应频点切换策略，包括：
[0074]
通过均匀划分整个通信带宽，生成n个频点；主站主动以第一个频点广播同步信息，等待从站同步响应，若响应成功，则选择该频点通信；否则，s秒后主站跳至下一频点重新广播同步信息，n
×
s秒后从站跳至下一频点重新同步响应；依次循环，当预设的跳频频点集中有未被干扰的频点时，选择该频点通信，实现抗干扰。该方法能够在不增加额外硬件开销和软件实现复杂度的前提下，能够有效地进行带内干扰抑制，保证系统的正常通信。
[0075]
具体地，自适应频点切换策略的执行过程具体为：
[0076]
整个通信带宽内，选取n个通信频点f1、f2、f3、
…fn
作为抗干扰跳频频点，该n个通信频点之间的间隔应大于波形设计带宽，且均匀覆盖整个有效通信带宽。
[0077]
在主站开机时，主站将以第一个频点f1开始每s秒钟依次切换一个发射频点，循环发送入网同步信息，从f1到fn依次遍历一次共需要n
×
s秒；主站入网同步流程图如图2所示。
[0078]
从站开机时，从站将以第一个频点f1保持n
×
s秒钟的接收状态，循环接收入网同
步信息，从f1到fn依次遍历一次共需要n
×n×
s秒；从站入网同步流程图如图3所示。
[0079]
当主站循环的第一个n
×
s周期内，从站保持在频点f1的接收状态，接收入网同步信息，包括：
[0080]
假如频点f1未受到干扰而能正常通信，则当主站循环到频点f1时，主、从站能成功入网，并停止循环，保持在频点f1通信；
[0081]
假如f1受到干扰而不能正常通信，则在当前循环内主、从站都将无法成功入网，此时将进入第二个循环，主站将重新以频点f1开始每s秒钟依次切换一个发射频点，循环发送入网同步信息，从站将以频点f2保持n
×
s秒钟的接收状态，接收入网同步信息；
[0082]
同理，假如当频点f2未受到干扰而能正常通信，则当主站循环到频点f2时，主、从站能成功入网，并停止循环，保持在频点f2通信；
[0083]
假如f2受到干扰而不能正常通信，则在当前循环内主、从站都将无法成功入网，此时将进入第三个循环；
[0084]
……
[0085]
依次循环，当n个频点中有未被干扰的频点时，链路能够正常建立，系统会自动选择当前频点作为通信频点。
[0086]
综上所述，在链路未同步时，如果选择n个频点作为跳频频谱，主站在建链前每s秒钟进行一次跳频，从站端n
×
s秒钟切换一次接收频点，则最长需要n
×n×
s秒钟完成链路的建立。当链路存在干扰导致设备开机后无法入网或链路在正常通信过程中被干扰导致退网后无法重新入网时，通过重新设计的自同步机制可以有效解决抗干扰问题。
[0087]
本发明一种适用于tdma通信体制的抗干扰方法，应用于tdma自组网系统；本发明是在现有tdma通信网络硬件设计、软件波形设计不改动的基础上实现的，在系统遭受干扰而导致网络建立失败时，只需通过通信质量参数以及入网信息进行综合决策判断是否进行频点的切换便可实现重新自同步入网，原理简单，易于代码实现。该方案能够最快、最简单、最有效地解决在通信过程中遇到的干扰问题，具有较高的可行性。
[0088]
实施例2
[0089]
如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了一种适用于tdma通信体制的抗干扰装置，该装置支持实施例1所述的一种适用于tdma通信体制的抗干扰方法；该装置包括：
[0090]
上电复位单元，用于对tdma自组网系统上电复位；
[0091]
一次同步过程单元，用于主站采用某频点，以预设固定周期周期性发送入网同步信息至从站；从站根据接收的入网同步信息进行同步应答，并发送应答信息至主站；主站收到从站的应答信息后，再发送响应信息至从站；
[0092]
频点同步可用判断单元，用于根据一次同步过程单元执行的一次同步过程，进行频点是否可用的判断：若连续预设次数(比如三次)同步失败，则认为该频点不可用，无法进行数据通信；采用自适应频点切换策略，重新进行入网同步过程；若连续预设次数(比如三次)同步成功，则认为该频点可用，保持该频点进行数据通信。
[0093]
作为进一步地实施，该装置还包括：
[0094]
频点工作中受干扰判断单元，用于在主站与从站的通信过程中，由于主站会周期性，实时的发送入网同步信息，若某一时刻该频点受到干扰，无法进行数据通信，则进入退
网状态，并采用自适应频点切换策略，重新进行入网同步过程。
[0095]
作为进一步地实施，自适应频点切换策略的执行过程为：
[0096]
通过均匀划分整个通信带宽，生成n个频点；主站主动以第一个频点广播同步信息，等待从站同步响应，若响应成功，则选择该频点通信；否则，s秒后主站跳至下一频点重新广播同步信息，n
×
s秒后从站跳至下一频点重新同步响应；依次循环，当预设的跳频频点集中有未被干扰的频点时，选择该频点通信，实现抗干扰。
[0097]
其中，各个单元的执行过程按照实施例1所述的一种适用于tdma通信体制的抗干扰方法流程步骤执行即可，此实施例中不再一一赘述。
[0098]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0099]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0100]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0101]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0102]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。