[发明专利]一种适用于统计优先级多址接入的跳频跳时图案设计方法

说明书

本发明公开了一种适用于统计优先级多址接入的跳频跳时图案设计方法。该方法依据数据分组的分片传输将全网节点的时间轴同步划分为一系列连续、定长的数据时帧，数据时帧又根据分片大小进一步划分为多个脉冲时隙，考虑相邻脉冲有、无重叠分别计算脉冲时隙数和可设计的图案总数。基于截短素数跳频序列方法构造基本跳频序列族，然后对基本跳频序列进行扩充和截短得到跳频序列族。将跳频序列频点插入“时间‑序列”矩阵，并对矩阵的行、列和频点随机排列，获得最终的跳频跳时图案。本方法可以有效避免在相同频点上同时发送信号造成的数据冲突，MATLAB中数值模拟实现的具体跳频跳时图案证明了该方法的有效性。

技术领域

本发明属于无线网络领域，特别涉及适用于统计优先级多址接入的跳频跳时图案设计方法。

背景技术

TTNT(Tactical Targeting Network Technology)作为美军先进的战术数据链系统，以武器平台自组织互联和超低时延信息分发为首要设计目标。该数据链系统采用了物理层跳频跳时和数据链路层统计优先级多址接入(Statistical Priority-basedMultiple Access，SPMA)相结合的方法。相较于传统数据链的多址接入协议，虽然统计优先级多址接入协议也要通过时隙发送数据，但是SPMA不需要提前预约和分配时隙，不同的节点可以在同一个时隙内发送数据，只要节点的发送频点相互隔离。SPMA协议通过信道负载统计的方法，将信道负载统计值与优先级业务的发送门限比较，从而进行媒介接入控制。也就是说，使用SPMA协议的无线信道上可以同时出现多个数据分组，对于传统的CSMA(Carrier Sense Multiple Access)或者TDMA(Time Division Multiple Access)类协议，数据分组将发生大概率的碰撞，导致网络性能急剧下降。因而需要对该协议的物理层进行必要的设计，使其具备一定的容错能力来避免冲突的发生。

事实上战术瞄准网络数据链的物理层采用跳频、跳时和脉冲调制等技术来解决数据分组碰撞的问题，上层到达的数据包在发送之前会被重新分解成额定数目的子包，每个小包作为一个脉冲，按照预先规划的跳频和跳时图案，选择对应的发送频点和发送时间进行发送。但是国内对数据链技术的研究受到国外先进战术数据链的关键实现技术对华保密的限制，研究人员无法进一步知晓它完整的技术细节。

跳频技术具有良好的抗干扰和多址组网能力，在现代通信、雷达、声呐等电子系统中广泛应用。跳频序列设计是实现跳频通信的关键技术之一，跳频序列的性能对跳频通信系统的性能起着十分重要的影响。跳频序列是控制载波频率跳变的多值序列，也称为跳频码或者跳频码序列。在跳频序列控制下，载波频率变化的规律被称作跳频图样或跳频图案。

考虑同步正交组网，网络中所有节点具有统一的时钟，所有节点使用同一套跳频序列族，不同节点在同一时刻的发射频率互不相同。一种实现方法就是，不同的节点使用不同的跳频序列，发射彼此互不相同的频率。即使存在传播时延，但是节点之间的干扰可以维持很小。如果允许不同节点的图案之间存在一定的碰撞次数，则可以设计出更多的跳频序列，分配给更多的节点使用。在这种情况下，当前网络中所有节点使用同一族图案进行同步跳频，不同的节点通常使用不同的跳频序列，那么在某些时刻就会出现节点在相同的频率上发送数据，造成分组碰撞。跳频跳时混合扩频技术，比单独的跳频或跳时技术具有更高的保密性，低截获性和抗干扰性，使得联合的跳频跳时系统在战术数据链中有广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是针对统计优先级多址接入方法，提出一种允许在相同时刻发送不同数据，同时能够进行冲突避免的跳频跳时图案设计方法。为了实现该目的，本发明所采用的步骤是：