CN115665889A - 一种点到点实时抗扰猝发通信链路构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了点到点实时抗扰猝发通信链路构建方法，包括：构建随遇接入的点到点通信信息交互协议；确定数据帧格式和数据帧组帧方式，形成面向任务的点到点猝发通信信息交互通道。本发明基于平台猝发通信的基准准则，设计了随遇接入的信息交互协议，完成数据帧格式的设计和数据帧组帧设计，克服收发双发时间失步、未开机、无可用资源、多用户收发等问题，形成了面向任务的低时延、高可靠性的突发信息传输通道，保障复杂电磁环境下不同平台间突发连接和随遇接入需求，实现了信息交互的实时抗扰。

Description

一种点到点实时抗扰猝发通信链路构建方法

技术领域

本发明涉及点到点无线通信技术领域，具体涉及一种适用于复杂高动态高速环境下的点到点实时抗扰猝发通信链路构建方法。

背景技术

军事上，随着装备与技术的发展，越来越多的新型平台参与到作战中来，特别是随着无人技术的发展，无人化装备得到大量应用，对平台和装备之间的信息互联提出了更高的要求。同时，分布式作战、有无人协同作战、一体化联合作战等新型作战样式的出现和蓬勃发展，实现各型平台之间的互联互通和互操作成为重要需求，作战节点依托各型通信链路，在交互和共享态势信息的基础上，还可进一步交互和共享资源、能力，任务等信息，并可支持实时指控和操控。然而，仅仅依靠传统数据链路或网络很难满足多样化的应用需求，特别是随着通信终端的增加，业务类型的多样化，电磁环境越加复杂，基于网络认证的通信连接方式具备极大的复杂性和开销。同时，传输任务的动态性、不确定性和突发性也需要设计满足作战需求的面向任务的、支持点到点随遇动态接入的传输链路。

民用上，随着无线终端的增加，业务类型的多样化，特别是海量多媒体业务的出现，大大增加了传统移动通信技术压力。

发明内容

基于此，针对军民用多业务场景下多平台终端之间的信息交互问题，本发明提供了一种点到点实时抗扰猝发通信链路构建方法。本发明融合点到点通信和猝发通信优势，采用了一种面向任务的点对点猝发通信的信息交互机制，实现信息交互通道实时按需构建，多样化信息交互的安全可靠。

本发明通过下述技术方案实现：

点到点实时抗扰猝发通信链路构建方法，包括：

构建随遇接入的点到点通信信息交互协议；

确定数据帧格式和数据帧组帧方式，形成面向任务的点到点猝发通信信息交互通道。

作为优选实施方式，本发明的构建随遇接入的点到点通信信息交互协议，包括：

发送方通信设备唤醒并感知信道；

当发送方通信设备感知结束且信道空闲时，发送前导码；

当预期接收方通信设备接收并正确解码前导码时，反馈ACK信号；

当发送方通信设备接收到ACK信号后，进行突发传输。

作为优选实施方式，本发明的方法还包括：

当接收方通信设备接收到的数据帧包含需要转发的数据包时，接收方通信设备作为发送方设备进行数据转发。

作为优选实施方式，本发明的发送方通信设备周期性地交替工作在两种状态：等待状态和信道感知状态；且所有发送方通信设备的信道感知状态持续时间均相同，但设备不同步。

作为优选实施方式，本发明的数据帧包含同步字段、控制字段、数据字段和校验字段；

其中，所述同步字段用于界定数据帧的边界；

所述控制字段用以给出数据帧的性质，以此确定处理该段数据的方法；

所述数据字段为需要传输的数据信息；

所述校验字段为CRC校验字段。

作为优选实施方式，本发明控制字段包括版本号字段、源ID字段、目的ID字段、帧类型字段、上层协议字段、帧头长字段和可选字段；

其中，所述版本号字段表示该数据帧执行协议版本号；

所述源ID字段用于接收方对数据帧进行归类；

所述目的ID字段用于接收方判断该数据帧的目的地是不是自己，如果目的ID与接收方ID不同，则接收方需要转发该数据帧，如果相同，则将所述数据字段和源ID一并交于所述上层协议处理；

所述帧类型字段的最高位用于指示该数据帧的数据类型；

所述上层协议字段提供了与上层的接口；

所述帧头长字段用于判断接收到的数据帧中是否包含可选字段；

所述可选字段用于指明额外处理的类型和处理方法。

作为优选实施方式，本发明版本号字段长设置为1字节；

所述源ID字段和目的ID字段长均设置为4字节；

所述帧类型字段长设置为1字节；

所述上层协议字段长设置为1字节；

所述帧长度字段长设置为1字节；

所述可选字段根据需要进行设置。

作为优选实施方式，本发明的数据字段长度根据数据类型、信道占用时间、带宽、干扰约束和实时传输要求确定。

作为优选实施方式，本发明的数据帧组帧方式包括CRC校验、信道编码、扩频、跳频和调制。

作为优选实施方式，本发明根据链路特点、应用场景和数据帧格式要求选择信道编码模式和参数、扩频模式和参数、跳频模式和参数、调制模式和参数。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明大大提高了点对点传输的可靠性，避免了入网认证与网络维护开销。

本发明基于平台猝发通信的基准准则，设计了随遇接入的信息交互协议，完成数据帧格式的设计和数据帧组帧设计，克服收发双发时间失步、未开机、无可用资源、多用户收发等问题，形成了面向任务的低时延、高可靠性的突发信息传输通道，保障复杂电磁环境下不同平台间突发连接和随遇接入需求，实现了信息交互的实时抗扰。

本发明保障了多业务、多终端之间随遇接入、动态建链的实现，可广泛应用于军民用多场景信息交互。本发明建立了突发通信信息通道保障，大大提升对复杂电磁环境、干扰设备和侦察设备能力日益增强的应对水平，支持军民用复杂环境下安全可靠信息传输。

本发明建立了实时定时传输的信息交互机制，形成面向突发任务(随任务生成发起，随任务结束撤销)的实时、定时(任务确定，时延确定)、高确定(时延固定、低抖动、高可靠、无需组网认证与网络维护)的信息通道，减小不确定传输对任务的影响。

附图说明

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，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例的点到点实时抗扰猝发通信链路构建方法流程示意图。

图2为本发明实施例的交互协议构建流程示意图。

图3为本发明实施例的点到点突发通信信息交互协议。

图4为本发明实施例的数据帧格式。

图5为本发明实施例的控制字段格式。

图6为本发明实施例的数据帧组帧流程示意图。

具体实施方式

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。

实施例

随着无线通信技术的发展，各种类型的无线通信技术得到了广泛的应用，多种多样的通信手段不仅能够扩大通信的范围，而且也能够丰富通信的方式和手段。在此背景下，点到点通信、猝发通信等技术得到大力发展。点到点通信技术，即终端直接通信技术，具体来说就是通信终端设备在不需要经过无线接入网或者在基站的控制/协助下进行直接通信的一种通信模式，点到点通信技术拥有众多的优点，如能使双方通信方便、提高***的资源利用率、节省发射功率、降低传输延迟、提升***的整体性能等。猝发通信是收发双方在极短时间内进行信息传输的无线通信方式，又称为突发通信、瞬间通信，猝发通信***将信号设计为短时突发的形式，在时变信道中能够进行可靠的数据传输，由于猝发通信信号空中传输时间短，可大大降低信号被侦察、被检测、被截获的概率，因此猝发通信***在无线通信中具有广泛的应用。

因此，针对军民用多业务场景下多平台间终端直连、猝发通信、随遇接入、按需建链、实时可靠进行信息交互的需求，本实施例提出了一种点到点实时抗扰猝发通信链路构建方法，本发明实施例通过点到点突发通信协议设计保证复杂动态任务需求和环境下按需建链、随遇接入的信息交互；通过可预设的数据帧格式设计保障传输时延可控和实时；通过编码效率高、环境适应强、抗突发、随机错误能力强、复杂度低的信道编码设计，自相关性强，抗干扰能力好的扩频设计，恒包络、频谱利用率高、远距效果好的调制设计，隐蔽性高，抗干扰力强的跳频设计实现数据帧组帧，保证信息传输的抗扰可靠。

如图1所示，本实施例的方法主要包括三部分：

一、构建点到点猝发通信信息交互协议。

其中，点到点猝发通信信息交互协议主要是针对点到点猝发通信需求，面对可能出现的收发双方时间失步、接收端正在发送、接收端未开机、接收端无可用资源、多用户同时发送、多用户同时接收等问题，采用随遇接入的通讯协议，在不需要网络接入和网络认证的条件下，保障信息交互需求。

二、确定数据帧格式。

数据帧格式设计主要完成处理数据的基本单元的规划，界定每个数据段的边界，并告知接收端如何处理该段数据。

三、确定数据组帧方式。

数据组帧设计主要是根据传输任务的功能、性能要求，依次进行CRC编码、信道编码，然后进行扩频处理，产生同步序列并进行扩频，通过调制完成组帧操作。

通过随遇接入的信息交互协议，数据帧格式和数据组帧的设计，形成了面向任务的低时延、高可靠性的点到点猝发信息传输通道，保障复杂电磁环境下不同平台间猝发连接和随遇接入需求，实现了信息交互的实时抗扰，相比传统的通讯链路，本发明实施例针对军民用通信任务中，终端设备越来越多、环境越来越复杂、突发性信息传输需求越加迫切，随遇接入、按需建链要求越来越高，应用场景更加丰富、抗干扰要求更加迫切等问题，提出的通信链路构建方法相比传统通信链路，具有更高的灵活性、更灵活的动态适应性、更低的传输时延，更强的抗扰可靠性、更优的资源利用效率，可广泛应用于军民用任务。

进一步的，如图2所示，本发明实施例点到点猝发通信信息交互协议构的构建，具体包括：

S1，通信设备唤醒并感知信道。

发射端通信设备周期性地交替在两种时间内：等待状态和信道感知(CS)状态。所有设备的CS持续时间都相同，但是不同发射端设备不同步，因此它们可能会在不同的时刻唤醒和感知，即在某一个发射端唤醒感知过程中，可能受到其他发射端发送的前导码，接收端发送的ACK等信号，从而出现阻塞、等待等，导致感知时间变化。假设两个设备都有一些帧要发送，并且两个设备都能够解码所有帧(每个设备都在另一个设备的传输范围内)。如图3所示，发射机1(即Tx1)是第一个唤醒的设备，它将其无线电转为CS过程。

S2，当感知结束且信道空闲时，则发送前导码。

当CS结束且信道空闲时，Tx1开始发送迁到序列，如图3所示，第一个前导码没有被接收设备接收到，因为它们处于睡眠模式。Tx2接收到第二个前导码，因为它不是该帧的预期接收端，因此它会将前导码解释为阻塞信号。

如果Tx2有数据需要传输，则以一定规则等待一段时间。如果在等待阶段收到前导码、ACK或数据，则再次进入等待阶段。否则，Tx2发送前导码。

S3，当预期接收端接收并正确解码前导码时，则反馈ACK信号。

如图3所示，当预期接收端(即Rx)接收并正确解码前导码(即没有发生冲突)时，则预期接收端会立即发回一个ACK信号，该ACK信号强制发送方停止发送短前导码。

S4，接收到ACK信号后，进行突发传输。

如图3所示，当发送方Tx1接收到ACK信号后，发送方Tx1在规定时刻后发送信息数据DATA。

本发明实施例的点到点猝发通信信息交互协议构建方法还可包括：

S5，数据转发。

如果接收到的数据帧包含要转发到接收方之一的数据包，则接收方Rx将扮演发送发设备的角色并开始发送其前导码，如果Rx的唤醒时间表未知，则立即发送，否则在特定时刻发送。

进一步的，本发明实施例根据固定帧长度、任务确定、时延确定，从而确定数据帧长度，数据帧包含同步字段、控制字段、数据字段和校验字段，如图4所示。

其中，同步字段用于界定数据帧的边界，做频率估计和补偿，完成定时同步；同步字段的序列需要具有良好的自相关特性，同时为了应对传输过程中可能存在的传输错误，同步头需要一定的长度以便足够的累积值。综合考虑数据帧长度约束，本发明实施例设置同步字段长度为4字节，从而保障具有较好检出率和误报率的同时尽可能减少数据帧长。

控制字段用以给出数据帧的性质，以此确定处理该段数据的方法，控制字段格式如附图5所示，包含版本号、源ID、目的ID、帧类型、上层协议、帧头长、可选字段。

其中，版本号字段：为了避免由于协议更新不同步导致的错误，需要在控制字段加入该数据帧执行的协议版本号。接收端根据此字段判断自己是否具备处理该数据的能力。为了满足更新迭代的需求，同时考虑到内存对齐，此字段长1字节。

源ID和目的ID字段：源ID用于接收端对数据帧进行归类，目的ID用于接收端判断该数据帧的目的地是否是自己。如果目的ID与接收端ID不同，则接收端需要转发该数据帧，如果相同，则将数据字段和源ID一并交于上层协议处理。源ID和目的ID长度均为4字节。

帧类型字段：本字段长1字节，其中，最高位用于指示该数据帧为突发数据还是连续数据。如果为突发数据，则后续7位用于指示该数据的延时要求，如果是连续数据，则后续7位保留。

上层协议字段：本字段提供了与上层的接口，可以提升协议的可移植性，目的节点根据该字段的内容，调用相应的函数接口程序，完成将数据字段和源ID交于上层协议的操作。为了覆盖所有可能的上层协议，也为了满足内存对齐要求，该字段长1字节。

帧头长字段：由于存在可选字段，因此需要通过该字段来判断收到的数据帧中是否包含可选字段。根据前述部分字段的长度，同时预留出可选字段部分，因此该字段长1字节。

可选字段：由于安全等因素，前述部分字段可能会进行额外处理(如加密)。此时，就需要在可选字段中，指明额外处理的类型和处理方法，以便接收端顺利完成数据的接收。

数据字段越长，同步字段和控制字段等的***开销占比越低，同时，数据字段越长，在相同编码码率下，信道编码有更好的纠错性能，数据字段长度增加后，传输一帧所用时间也会相应增加，因此为了保证数据传输实时性，同时留出足够的余量用于扩频等处理，数据字段的长度应该在某个区间内取多个配置项，如16字节、32字节、64字节、128字节、256字节、512字节等，满足不同应用需求。

本实施例的校验字段采用长度为2字节的CRC校验字段。

进一步的，本发明实施例根据上述数据帧格式，为了保证实时抗扰性能，适应复杂多变环境和多业务需求，根据链路特点、应用场景和数据帧格式要求选择信道编码、扩频、调制等技术方法和参数，实现实时抗扰的数据帧组帧，涵盖了包括CRC校验、信道编码、扩频、跳频、调制等流程，其具体如图6所示。

信道编码。信道编码选择编码效率高、环境适应强、抗突发、随机错误能力强、复杂度低的编码，当数据量较小(小于1000bit)，采用Polar码或RS码，当数据量较大(大于1000bit)采用LDPC编码；在干扰较强环境下，采用多元准循环非规则LDPC编码。

扩频处理。在常规条件下，采用直接序列扩频(如M序列扩频，Barker码扩频等)，对于传输数据量较大(上千bit)，时延、抗干扰要求较高的场景，采用直接序列扩频与编码相结合的扩频方式，即多进制扩频方式；在隐蔽性要求较高的场景采用自编码扩频提升低截获性。

跳频处理。本发明实施例采用一种基于随机平移替代法的自适应宽间隔跳频序列用于实现工作频率的跳变，跳频方案采用Logistic满映射法产生混沌序列X＝{x_0,x_1,…}作为跳频基序列。按照频点受干扰概率越大，跳频序列相应地选择该频点的概率越小思想，在跳频基序列基础上构建自适应宽间隔调频序列为Y＝{y_0,y_1,…}。

调制处理，调制方式的选择需要在频谱利用率、误码率性能和抗干扰性能上进行综合衡量，根据应用场景不同，在常规场景下，选择BPSK或QPSK调制，在干扰严重，频谱资源有限的场景采用MSK或OFDM调制。

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。

Claims (10)

1.点到点实时抗扰猝发通信链路构建方法，其特征在于，包括：

构建随遇接入的点到点通信信息交互协议；

确定数据帧格式和数据帧组帧方式，形成面向任务的点到点猝发通信信息交互通道。

2.根据权利要求1所述的点到点实时抗扰猝发通信链路构建方法，其特征在于，构建随遇接入的点到点通信信息交互协议，包括：

发送方通信设备唤醒并感知信道；

当发送方通信设备感知结束且信道空闲时，发送前导码；

当预期接收方通信设备接收并正确解码前导码时，反馈ACK信号；

当发送方通信设备接收到ACK信号后，进行突发传输。

3.根据权利要求2所述的点到点实时抗扰猝发通信链路构建方法，其特征在于，还包括：

当接收方通信设备接收到的数据帧包含需要转发的数据包时，接收方通信设备作为发送方设备进行数据转发。

4.根据权利要求2所述的点到点实时抗扰猝发通信链路构建方法，其特征在于，发送方通信设备周期性地交替工作在两种状态：等待状态和信道感知状态；且所有发送方通信设备的信道感知状态持续时间均相同，但设备不同步。

5.根据权利要求1-4任一项所述的点到点实时抗扰猝发通信链路构建方法，其特征在于，所述数据帧包含同步字段、控制字段、数据字段和校验字段；

其中，所述同步字段用于界定数据帧的边界；

所述控制字段用以给出数据帧的性质，以此确定处理该段数据的方法；

所述数据字段为需要传输的数据信息；

所述校验字段为CRC校验字段。

6.根据权利要求5所述的点到点实时抗扰猝发通信链路构建方法，其特征在于，所述控制字段包括版本号字段、源ID字段、目的ID字段、帧类型字段、上层协议字段、帧头长字段和可选字段；

其中，所述版本号字段表示该数据帧执行协议版本号；

所述源ID字段用于接收方对数据帧进行归类；

所述目的ID字段用于接收方判断该数据帧的目的地是不是自己，如果目的ID与接收方ID不同，则接收方需要转发该数据帧，如果相同，则将所述数据字段和源ID一并交于所述上层协议处理；

所述帧类型字段的最高位用于指示该数据帧的数据类型；

所述上层协议字段提供了与上层的接口；

所述帧头长字段用于判断接收到的数据帧中是否包含可选字段；

所述可选字段用于指明额外处理的类型和处理方法。

7.根据权利要求6所述的点到点实时抗扰猝发通信链路构建方法，其特征在于，所述版本号字段长设置为1字节；

所述源ID字段和目的ID字段长均设置为4字节；

所述帧类型字段长设置为1字节；

所述上层协议字段长设置为1字节；

所述帧长度字段长设置为1字节；

所述可选字段根据需要进行设置。

8.根据权利要求5所述的点到点实时抗扰猝发通信链路构建方法，其特征在于，所述数据字段长度根据数据类型、信道占用时间、带宽、干扰约束和实时传输要求确定。

9.根据权利要求1-4任一项所述的点到点实时抗扰猝发通信链路构建方法，其特征在于，所述数据帧组帧方式包括CRC校验、信道编码、扩频、跳频和调制流程。

10.根据权利要求9所述的点到点实时抗扰猝发通信链路构建方法，其特征在于，根据链路特点、应用场景和数据帧格式要求选择信道编码模式和参数、扩频模式和参数、跳频模式和参数、调制模式和参数。

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