CN118250811A - 通信方法、信道资源分配方法及通信网络*** - Google Patents
通信方法、信道资源分配方法及通信网络*** Download PDFInfo
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Abstract
本公开提出通信方法、信道资源分配方法及通信网络***，涉及无线通信领域。网关节点同时使用多个扫频系数，每个扫频系数都对应特定正弦频增函数和正弦频减函数，进而在相同的物理信道上构建出多个不同的逻辑信道。网关节点为不同接入节点的数据传输分配不同的逻辑信道。在逻辑信道上，发送方使用扫频系数，生成正弦频增函数，发送比特序列时，先将比特序列映射为初始频率值，再使用正弦频增函数在通信带宽内扫频，生成已调信号；接收方使用扫频系数，生成正弦频减函数，接收基带信号后，使用正弦频减函数对基带信号进行解扩处理，获得初始频率值，并将其映射为比特序列，完成数据接收。该公开可以极大扩充网络容量，减少网络碰撞的发生。
Description
技术领域
本公开涉及无线通信领域，特别涉及通信方法、信道资源分配方法及通信网络***。
背景技术
无线通信已应用到人类社会的方方面面，从楼宇、工厂、城镇，直至乡野、丛林，到处都充满着无线通信信号。广泛部署的各种无线通信***，是关系人类社会发展的关键设施，其安全性至关重要。
对于无线通信技术而言，电磁干扰是一种始终存在的安全威胁。它们或者来源于周围环境，或者来源于恶意第三方，会极大降低接收方的信噪比，增大误码率，破坏或扰乱无线通信***的正常运行。
为此，无线扩频通信技术获得了越来越多的关注。
在实际部署的各种无线通信***中，大多在一定程度上使用了无线扩频通信技术。例如，在WiFi（IEEE 802.11n）中，发送方首先将待发送的比特0转化为扩频序列01001000111，将待发送的比特1转化扩频序列10110111000，然后再执行调制、混频、放大、滤波等操作，生成并向外辐射通信信号。接收方收到电磁信号后，首先执行滤波、放大、混频、解调等操作，获得基带信号；然后对基带信号进行解扩处理，具体方法是：将基带信号与扩频序列01001000111或10110111000相关，对相关运算结果进行判决，即可获得比特0或1。
这是一种典型的直接序列扩频技术。即使存在干扰信号，在接收方，同样会对干扰信号进行解扩处理，即：将干扰信号的基带数据与扩频序列01001000111或10110111000相关，相当于将干扰信号展宽到了更大的频谱范围，可以有效降低干扰信号的功率谱密度，减小干扰信号的危害，使得接收方能够获得较大的扩频增益，在存在干扰信号的前提下，也能保持较高信干噪比，以较低误码率接收数据。
发明人发现，传统的扩频通信技术，虽然可以有效抵御环境中的电磁干扰，但是网络容量却非常有限，以WiFi为例，一个网关节点往往只能容纳有限数量的接入节点。接入节点数量一旦增长到一定程度，极易发生网络拥塞，分组频繁碰撞，整个网络的实际效能剧烈下降。因而，如何在提供一定抗干扰能力的同时，提高网络能够支持的节点数量，适于大规模节点的动态接入，已经成为亟待解决的问题。
发明内容
本公开实施例所要解决的一个技术问题是：如何设计通信方法、信道资源分配方法及通信网络***，可以在提供较好抗干扰性能的同时，在有限的频率资源上，大幅提高网络容量，以适于大规模节点的动态接入。
本公开一些实施例采用的技术方案为：
一种通信方法，包括发送方过程和接收方过程，发送方和接收方之间共享公共参数，包括：中心频点，通信带宽/>，序列长度/>，扩频符号周期/>，扫频系数/>；发送方过程包括以下步骤：
步骤T1，使用扫频系数，生成正弦频增函数；
步骤T2，将比特序列映射为初始频率值；
步骤T3，以初始频率值为起点，使用正弦频增函数在通信带宽内扫频，对待发送比特数据进行调制，得到调制好的基带信号；
步骤T4，将调制好的基带信号发送出去；
接收方过程包括以下步骤：
步骤R1，使用扫频系数，生成正弦频减函数；
步骤R2，接收到发送方发送的基带信号后，使用正弦频减函数对基带信号进行解扩处理，获得初始频率值；
步骤R3，将初始频率值映射为比特序列，完成数据接收。
进一步地，步骤T1的具体方式为：
步骤T11，生成正弦函数：
步骤T12，以正弦函数为频率，生成正弦频增函数/>：
。
进一步地，步骤T2的具体方式为：
对于比特序列，将/>当作是一个左边为高位，右边为低位的二进制数，将该二进制数转化为十进制数/>，然后按照下列公式计算得到/>对应的初始频率值/>：
步骤R3的具体方式为：
步骤R31，按照下列公式计算得到初始频率值对应的十进制数/>：
步骤R32，将十进制数转化为二进制比特序列/>，/>的左边为高位，右边为低位。
进一步地，步骤T3的具体方式为：
步骤T31，对于任一比特序列，其对应的初始频率值为/>，将频率为同正弦频增函数/>相乘，得到/>；
步骤T32，对进行处理，记/>的瞬时频率为/>，/>一旦达到了/>，立刻减去/>，从而将/>搬移到了/>，然后，从/>开始重新按照正弦频增函数/>的曲线增加，直至到达符号截止时间/>；
步骤T33，将和载波信号/>混频，获得调制好的基带信号。
进一步地，步骤R1的具体方式为：
接收方可以按照如下步骤生成正弦频减函数：
步骤R11，接收方生成正弦函数。
步骤R12，接收方以正弦函数为频率，生成正弦频减函数。
进一步地，步骤R2的具体方式为：
步骤R21，获得基带信号=/>；
步骤R22，将和正弦递减函数/>相乘，得到；
步骤R23，对做快速傅里叶变换，获得幅值最高的频点所对应的频率值/>，/>即为发送方的初始频率值/>。
一种信道资源分配方法，网关节点同时使用多个扫频系数，在相同的物理信道上，构建出不同的逻辑信道，不同节点使用不同的逻辑信道发送数据，具体包括如下步骤：
步骤1：网关节点设定正整数，选择/>个不同的扫频系数，记作/>,/>,...,/>；
步骤2：网关节点选择一条逻辑信道充当随机接入信道，假设该逻辑信道对应的扫频系数为，设定正弦频增函数为/>，正弦频减函数为/>；
步骤3：当网络中任一接入节点A需要发送数据时，首先生成信道申请消息，并使用完成正弦频增调制，然后在随机接入信道上发送该消息；接入节点使用ALOHA或CSMA/CA机制选择发送该消息的具体时刻；
步骤4：网关节点使用完成正弦频减解扩，得到接入节点A发送的信道申请消息；
步骤5：网关节点为接入节点A动态分配扫频系数，将信道分配结果封装成信道通告消息，并使用完成正弦频增调制，然后在随机接入信道上发送；
步骤6：接入节点使用完成正弦频减解扩，得到网关节点发送的信道通告消息，并从中提取出信道分配结果；
步骤7：如果信道分配结果为失败，则接入节点A等待一段时间，重新跳转到步骤3；如果信道分配结果为成功，则接入节点A使用网关节点为其分配的扫频系数，生成对应的正弦频增函数和正弦频减函数，并使用这些参数完成后续的数据收发工作。
进一步地，步骤5中，网关节点为接入节点A动态分配扫频系数，具体方式为：
步骤51：对于网关节点拥有的个扫频系数/>,/>,...,/>，为每个扫频系数定义数组/>，其中，/>为任一扫频系数，/>为使用该扫频系数通信的节点数，/>的初始值为0；
步骤52：对于任一扫频系数而言，每分配出去一次，将/>的值加1，每回收一次，将/>的值减1；
步骤53：当网关节点接收到新的信道申请消息后，网关节点优先选择分配值最小的扫频系数；当有多个扫频系数的/>值均最小时，网关节点优先选择数值较小的扫频系数/>分配。
一种正弦跳扫通信方法，包括以下步骤：
步骤1：发送方和接收方预先共享扫频系数时间序列；
步骤2：发送方和接收方依次使用中的扫频系数生成正弦频增函数和正弦频减函数，并在需要发送、接收数据时，分别完成正弦频增调制和正弦频减解扩；
步骤3：每隔一段时间，发送方和接收方同步切换到新的扫频系数，并使用新的扫频系数，生成正弦频增函数和正弦频减函数，分别按需完成正弦频增调制和正弦频减解扩。
一种通信网络***，包括网关节点和接入节点，网关节点包括第一存储器、耦接至所述第一存储器的第一处理器以及发信模块，所述第一处理器被配置为基于存储在所述第一存储器中的指令，执行上述的通信方法；接入节点包括第二存储器、耦接至所述第二存储器的第二处理器以及收信模块，所述第二处理器被被配置为基于存储在所述第二存储器中的指令，执行上述的通信方法。
本发明的有益效果在于：
1、本公开提出的正弦扫频通信和信道资源分配方法，可以在通信带宽内，以正弦函数形式进行曲线扫频，由于扫频系数可以有多种取值，从而可以在相同物理信道上构建出多条逻辑信道，不同节点使用不同的逻辑信道发送数据，从而极大扩充网络容量，减少网络碰撞的发生。
2、本公开提出的正弦扫频通信方法和跳扫通信方法还具有一定程度的抗干扰性。
附图说明
下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。根据下面参照附图的详细描述，可以更加清楚地理解本公开。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出网络拓扑结构。
图2示出发送方和接收方的工作原理。
图3示出正弦频增函数的图形。
图4示出正弦频减函数的图形。
图5示出跳扫图案。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
除非特别说明，否则，本公开中的“第一”“第二”等描述用来区分不同的对象，并不用来表示大小或时序等含义。
一种通信方法，包括发送方过程和接收方过程，发送方和接收方之间共享公共参数，包括：中心频点，通信带宽/>，序列长度/>，扩频符号周期/>，扫频系数/>；发送方过程包括以下步骤：
步骤T1，使用扫频系数，生成正弦频增函数；
步骤T2，将比特序列映射为初始频率值；
步骤T3，以初始频率值为起点，使用正弦频增函数在通信带宽内扫频，对待发送比特数据进行调制，得到调制好的基带信号；
步骤T4，将调制好的基带信号发送出去；
接收方过程包括以下步骤：
步骤R1，使用扫频系数，生成正弦频减函数；
步骤R2，接收到发送方发送的基带信号后，使用正弦频减函数对基带信号进行解扩处理，获得初始频率值；
步骤R3，将初始频率值映射为比特序列，完成数据接收。
进一步地，步骤T1的具体方式为：
步骤T11，生成正弦函数：
步骤T12，以正弦函数为频率，生成正弦频增函数/>：
。
进一步地，步骤T2的具体方式为：
对于比特序列，将/>当作是一个左边为高位，右边为低位的二进制数，将该二进制数转化为十进制数/>，然后按照下列公式计算得到/>对应的初始频率值/>：
步骤R3的具体方式为：
步骤R31，按照下列公式计算得到初始频率值对应的十进制数/>：
步骤R32，将十进制数转化为二进制比特序列/>，/>的左边为高位，右边为低位。
进一步地，步骤T3的具体方式为：
步骤T31，对于任一比特序列，其对应的初始频率值为/>，将频率为同正弦频增函数/>相乘，得到/>；
步骤T32，对进行处理，记/>的瞬时频率为/>，/>一旦达到了/>，立刻减去/>，从而将/>搬移到了/>，然后，从/>开始重新按照正弦频增函数/>的曲线增加，直至到达符号截止时间/>；
步骤T33，将和载波信号/>混频，获得调制好的基带信号。
进一步地，步骤R1的具体方式为：
接收方可以按照如下步骤生成正弦频减函数：
步骤R11，接收方生成正弦函数。
步骤R12，接收方以正弦函数为频率，生成正弦频减函数。
进一步地，步骤R2的具体方式为：
步骤R21，获得基带信号=/>；
步骤R22，将和正弦递减函数/>相乘，得到；
步骤R23，对做快速傅里叶变换，获得幅值最高的频点所对应的频率值/>，/>即为发送方的初始频率值/>。
一种信道资源分配方法，网关节点同时使用多个扫频系数，在相同的物理信道上，构建出不同的逻辑信道，不同节点使用不同的逻辑信道发送数据，具体包括如下步骤：
步骤1：网关节点设定正整数，选择/>个不同的扫频系数，记作/>,/>,...,/>；
步骤2：网关节点选择一条逻辑信道充当随机接入信道，假设该逻辑信道对应的扫频系数为，设定正弦频增函数为/>，正弦频减函数为/>；
步骤3：当网络中任一接入节点A需要发送数据时，首先生成信道申请消息，并使用完成正弦频增调制，然后在随机接入信道上发送该消息；接入节点使用ALOHA或CSMA/CA机制选择发送该消息的具体时刻；
步骤4：网关节点使用完成正弦频减解扩，得到接入节点A发送的信道申请消息；
步骤5：网关节点为接入节点A动态分配扫频系数，将信道分配结果封装成信道通告消息，并使用完成正弦频增调制，然后在随机接入信道上发送；
步骤6：接入节点使用完成正弦频减解扩，得到网关节点发送的信道通告消息，并从中提取出信道分配结果；
步骤7：如果信道分配结果为失败，则接入节点A等待一段时间，重新跳转到步骤3；如果信道分配结果为成功，则接入节点A使用网关节点为其分配的扫频系数，生成对应的正弦频增函数和正弦频减函数，并使用这些参数完成后续的数据收发工作。
进一步地，步骤5中，网关节点为接入节点A动态分配扫频系数，具体方式为：
步骤51：对于网关节点拥有的个扫频系数/>,/>,...,/>，为每个扫频系数定义数组/>，其中，/>为任一扫频系数，/>为使用该扫频系数通信的节点数，/>的初始值为0；
步骤52：对于任一扫频系数而言，每分配出去一次，将/>的值加1，每回收一次，将/>的值减1；
步骤53：当网关节点接收到新的信道申请消息后，网关节点优先选择分配值最小的扫频系数；当有多个扫频系数的/>值均最小时，网关节点优先选择数值较小的扫频系数/>分配。
一种正弦跳扫通信方法，包括以下步骤：
步骤1：发送方和接收方预先共享扫频系数时间序列；
步骤2：发送方和接收方依次使用中的扫频系数生成正弦频增函数和正弦频减函数，并在需要发送、接收数据时，分别完成正弦频增调制和正弦频减解扩；
步骤3：每隔一段时间，发送方和接收方同步切换到新的扫频系数，并使用新的扫频系数，生成正弦频增函数和正弦频减函数，分别按需完成正弦频增调制和正弦频减解扩。
一种通信网络***，包括网关节点和接入节点，网关节点包括第一存储器、耦接至所述第一存储器的第一处理器以及发信模块，所述第一处理器被配置为基于存储在所述第一存储器中的指令，执行上述的通信方法；接入节点包括第二存储器、耦接至所述第二存储器的第二处理器以及收信模块，所述第二处理器被被配置为基于存储在所述第二存储器中的指令，执行上述的通信方法。
上述方法可以极大扩充网络容量，减少网络碰撞的发生，在提供抗干扰保护的同时，便于大规模节点的动态接入。
下面为更具体的例子：
在网络中，网关节点同时使用多个扫频系数，每个扫频系数都对应着特定的正弦频增函数和正弦频减函数，进而在相同的物理信道上，构建出多个不同的逻辑信道。网关节点为不同接入节点的数据传输，分配不同的逻辑信道。在逻辑信道上，发送方使用扫频系数，生成正弦频增函数，在发送比特序列时，首先将比特序列映射为初始频率值，然后使用正弦频增函数在通信带宽内扫频，生成已调信号；接收方使用扫频系数，生成正弦频减函数，接收到基带信号后，使用正弦频减函数对基带信号进行解扩处理，以获得初始频率值，并进一步将其映射为比特序列，完成数据接收。
具体来说，一种通信方法，包括以下要点：
1. 网络结构
网络拓扑结构如图1所示。主要包括网关节点和接入节点两种网元。其中，网关节点是整个网络中心，负责响应接入节点的信道申请，并为接入节点分配通信资源。
2. 网络中的公共参数
网关节点和接入节点之间共享多个公共参数，这些参数主要包括：
（1）预先选择中心频点，通信带宽/>和序列长度/>。
（2）预先定义扩频符号的周期和扫频系数/>。
网关节点和接入节点之间共享公共参数的方法有多种，包括但不限于：（1）网关节点周期性向外广播中心频点、通信带宽、序列长度、扩频符号周期等参数，接入节点监听该广播信道，获取上述公共参数；（2）网关节点和接入节点以预配置的方式，共享公共参数。
3. 正弦扫频通信
在图1所示网络中，主要涉及网关节点到接入节点，接入节点到网关节点、接入节点到接入节点之间的数据传输，这三种形式的数据传输都使用正弦扫频通信方法。
在该通信方法中，假设发送方和接收方预先共享扫频系数。
1）发送方
如图2所示，发送方生成正弦频增函数，将待发送比特序列/>映射为初始频率值/>，并使用/>对/>进行正弦扫频扩频处理，最终生成已调信号，并将已调信号发送到信道中。
（1）生成正弦频增函数
发送方根据公共参数生成正弦函数，其解析式为：
其中，为公共参数中的“通信带宽”，/>为公共参数中的“扩频符号周期”，/>为公共参数中的“扫频系数”。
发送方以正弦函数为频率，生成正弦频增函数/>
的解析式为：
即：
在时间内，/>的频率按照正弦曲线/>从/>增加到。图3给出了当/>取不同值时，/>的频率变化情况。
（2）根据比特序列确定初始频率值
步骤1：将待发送数据截断为多个长度为的比特序列；
步骤2：对于步骤1产生的任一比特序列，将/>当做是一个左边为高位，右边为低位的二进制数，将该二进值数按照标准方法转化为十进制数/>，然后按照下列公式计算得到/>对应的初始频率值/>：
（3）正弦频增调制
步骤1：对于任一比特序列，其对应的初始频率值为/>。使用/>构建符号/>，具体方法为：将频率为/>同正弦频增函数/>相乘，得到/>的解析式为：
可见，的初始频率为/>，在时间/>内，/>的频率从/>开始，按照曲线/>的形式随/>的增加而增加。
步骤2：对进行处理，使其瞬时频率总是处于/>之间。具体如图4所示：记/>的瞬时频率为/>，/>一旦达到了/>，立刻将其减去/>，这时/>被搬移到了/>，并从/>开始重新按照曲线/>的形式增加，直至到达符号截止时间/>。
步骤3：将和载波信号/>进行混频，从而获得已调信号/>。发送方通过射频链路和天线将已调信号/>辐射出去。
2）接收方
如图2所示，接收方根据公共参数，生成正弦频减函数；之后，使用/>对接收到的基带信号进行解扩处理，获得初始频率值，并进一步将初始频率值映射为比特序列。
（1）生成正弦频减函数
接收方根据公共参数生成正弦函数，其解析式为：
其中，为公共参数中的“通信带宽”，/>为公共参数中的“扩频符号周期”，/>为公共参数中的“扫频系数”。
接收方以正弦函数为频率，生成正弦频减函数/>
的解析式为：
即：
在时间内，/>的频率按照正弦曲线/>从/>减少到-。图4给出了/>取不同值时，/>频率的变化关系。
（2）正弦频减解扩
步骤1：在接收方，经天线、射频链路、混频器、滤波器等模块后，获得基带信号，理想情况下，/>的解析式可以记为：
=/>
步骤2：将和正弦递减函数/>相乘，可以得到：
步骤3：对做快速傅里叶变换（FFT），获得幅值最高的频点所对应的频率值=/>。
（3）根据频率值确定比特序列
步骤1：按照下列公式计算得到对应的十进制数/>：
步骤2：将十进制数按照标准方法转化为二进制比特序列/>，/>的左边为高位，右边为低位。
即为最终的解扩输出结果。
4. 正弦扫频信道资源分配
在图1所示网络中，信道资源就是网关节点拥有的扫频系数。
网关节点可以同时使用多个扫频系数，在相同的物理信道上，构建出不同的逻辑信道。不同节点使用不同的逻辑信道发送数据，从而极大扩充网络容量，减少网络碰撞的发生。
具体方法为：
步骤1：网关节点选择正整数，并选择/>个不同的扫频系数，记作/>,/>,...,/>。每个扫频系数/>对应着正弦频增函数/>和正弦频减函数/>。/>和/>、组成了一条逻辑信道，/>个不同的扫频系数就对应着/>个逻辑信道。
步骤2：网关节点选择一条逻辑信道充当随机接入信道，假设该逻辑信道对应的扫频系数为，正弦频增函数为/>和正弦频减函数为/>。
步骤3：当网络中任一接入节点（记作A）需要发送数据时，需要首先生成信道申请消息，并使用函数完成正弦频增调制，然后在随机接入信道上发送。接入节点可以使用ALOHA或CSMA/CA等机制选择发送该消息的具体时刻。
步骤4：网关节点使用函数完成正弦频减解扩，得到接入节点A发送的信道申请消息。
步骤5：网关节点为A动态分配扫频系数，将信道分配结果封装成信道通告消息，并使用函数完成正弦频增调制，然后在随机接入信道上发送。
步骤6：接入节点使用完成正弦频减解扩，得到网关节点发送的信道通告消息从中提取出信道分配结果。
步骤7：如果信道分配结果为失败，则接入节点A等待一段时间，重新跳转到步骤3；如果信道分配结果为成功，则接入节点A使用网关节点为其分配的扫频系数，生成对应的正弦频增函数和正弦频减函数，并使用这些参数完成后续的数据收发工作。
5. 正弦跳扫通信
可以在正弦扫频通信的基础上，进一步构建跳扫通信，具体地：
步骤1：生成扫频系数时间序列；
步骤2：发送方和接收方预先共享扫频系数时间序列。
步骤3：发送方和接收方分别按照图2所示方法，依次使用中的扫频系数生成正弦频增函数和正弦频减函数，并在需要发送、接收数据时，分别完成正弦频增调制和正弦频减解扩。
步骤4：每隔一段时间，发送方和接收方同步切换到新的扫频系数，并使用新的扫频系数，生成正弦频增函数和正弦频减函数，分别按需完成正弦频增调制和正弦频减解扩。
实际上，扫频系数时间序列以及扫频系数在收、发双方之间的同步切换，构成一种类似于跳频图案一样的跳扫图案，具体如图5所示。在跳频图案中，随时间跳变的是中心频率值，在图5所示的跳扫图案中，随时间跳变的是扫频系数。
在正弦跳扫通信中，发送方和接收方可以使用独立信道法、前置信道法、自同步法等方法，在两者之间同步扫频系数时间序列。网关节点接收到接入节点发送的信道申请消息后，为该接入节点动态分配扫频系数，分配扫频系数的方法可以为：
步骤1：对于网关节点拥有的个扫频系数/>,/>,...,/>，为每个扫频系数定义数组/>，其中，/>为任一扫频系数，/>为使用该扫频系数通信的节点数。/>的初始值为0。
步骤2：对于任一扫频系数而言，每分配出去一次，/>的值加1，每回收一次，/>的值减1。
步骤3：当网关节点接收到新的信道申请消息后，网关节点优先选择分配值较小的扫频系数。当有多个扫频系数的/>值均最小时，网关节点优先选择数值较小的扫频系数/>分配。
本领域内的技术人员应当明白，本公开的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本公开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，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机程序代码的非瞬时性计算机可读存储介质（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。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解为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。
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。
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。
以上所述仅为本公开的较佳实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种通信方法，包括发送方过程和接收方过程，其特征在于，发送方和接收方之间共享公共参数，包括：中心频点，通信带宽/>，序列长度/>，扩频符号周期/>，扫频系数/>；发送方过程包括以下步骤：
步骤T1，使用扫频系数，生成正弦频增函数；
步骤T2，将比特序列映射为初始频率值；
步骤T3，以初始频率值为起点，使用正弦频增函数在通信带宽内扫频，对待发送比特数据进行调制，得到调制好的基带信号；
步骤T4，将调制好的基带信号发送出去；
接收方过程包括以下步骤：
步骤R1，使用扫频系数，生成正弦频减函数；
步骤R2，接收到发送方发送的基带信号后，使用正弦频减函数对基带信号进行解扩处理，获得初始频率值；
步骤R3，将初始频率值映射为比特序列，完成数据接收。
2.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，步骤T1的具体方式为：
步骤T11，生成正弦函数：
步骤T12，以正弦函数为频率，生成正弦频增函数/>：
。
3.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，步骤T2的具体方式为：
对于比特序列，将/>当作是一个左边为高位，右边为低位的二进制数，将该二进制数转化为十进制数/>，然后按照下列公式计算得到/>对应的初始频率值/>：
步骤R3的具体方式为：
步骤R31，按照下列公式计算得到初始频率值对应的十进制数/>：
步骤R32，将十进制数转化为二进制比特序列/>，/>的左边为高位，右边为低位。
4.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，步骤T3的具体方式为：
步骤T31，对于任一比特序列，其对应的初始频率值为/>，将频率为同正弦频增函数/>相乘，得到/>；
步骤T32，对进行处理，记/>的瞬时频率为/>，/>一旦达到了/>，立刻减去/>，从而将/>搬移到了/>，然后，从/>开始重新按照正弦频增函数/>的曲线增加，直至到达符号截止时间/>；
步骤T33，将和载波信号/>混频，获得调制好的基带信号。
5.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，步骤R1的具体方式为：
接收方可以按照如下步骤生成正弦频减函数：
步骤R11，接收方生成正弦函数。
步骤R12，接收方以正弦函数为频率，生成正弦频减函数。
6.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，步骤R2的具体方式为：
步骤R21，获得基带信号=/>；
步骤R22，将和正弦递减函数/>相乘，得到；
步骤R23，对做快速傅里叶变换，获得幅值最高的频点所对应的频率值/>，/>即为发送方的初始频率值/>。
7.一种信道资源分配方法，其特征在于，网关节点同时使用多个扫频系数，在相同的物理信道上，构建出不同的逻辑信道，不同节点使用不同的逻辑信道发送数据，具体包括如下步骤：
步骤1：网关节点设定正整数，选择/>个不同的扫频系数，记作/>,/>,...,/>；
步骤2：网关节点选择一条逻辑信道充当随机接入信道，假设该逻辑信道对应的扫频系数为，设定正弦频增函数为/>，正弦频减函数为/>；
步骤3：当网络中任一接入节点A需要发送数据时，首先生成信道申请消息，并使用完成正弦频增调制，然后在随机接入信道上发送该消息；接入节点使用ALOHA或CSMA/CA机制选择发送该消息的具体时刻；
步骤4：网关节点使用完成正弦频减解扩，得到接入节点A发送的信道申请消息；
步骤5：网关节点为接入节点A动态分配扫频系数，将信道分配结果封装成信道通告消息，并使用完成正弦频增调制，然后在随机接入信道上发送；
步骤6：接入节点使用完成正弦频减解扩，得到网关节点发送的信道通告消息，并从中提取出信道分配结果；
步骤7：如果信道分配结果为失败，则接入节点A等待一段时间，重新跳转到步骤3；如果信道分配结果为成功，则接入节点A使用网关节点为其分配的扫频系数，生成对应的正弦频增函数和正弦频减函数，并使用这些参数完成后续的数据收发工作。
8.根据权利要求7所述的一种信道资源分配方法，其特征在于，步骤5中，网关节点为接入节点A动态分配扫频系数，具体方式为：
步骤51：对于网关节点拥有的个扫频系数/>,/>,...,/>，为每个扫频系数定义数组，其中，/>为任一扫频系数，/>为使用该扫频系数通信的节点数，/>的初始值为0；
步骤52：对于任一扫频系数而言，每分配出去一次，将/>的值加1，每回收一次，将/>的值减1；
步骤53：当网关节点接收到新的信道申请消息后，网关节点优先选择分配值最小的扫频系数；当有多个扫频系数的/>值均最小时，网关节点优先选择数值较小的扫频系数/>分配。
9.一种正弦跳扫通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：发送方和接收方预先共享扫频系数时间序列；
步骤2：发送方和接收方依次使用中的扫频系数生成正弦频增函数和正弦频减函数，并在需要发送、接收数据时，分别完成正弦频增调制和正弦频减解扩；
步骤3：每隔一段时间，发送方和接收方同步切换到新的扫频系数，并使用新的扫频系数，生成正弦频增函数和正弦频减函数，分别按需完成正弦频增调制和正弦频减解扩。
10.一种通信网络***，其特征在于，包括网关节点和接入节点，网关节点包括第一存储器、耦接至所述第一存储器的第一处理器以及发信模块，所述第一处理器被配置为基于存储在所述第一存储器中的指令，执行权利要求1-9中任一项所述的通信方法；接入节点包括第二存储器、耦接至所述第二存储器的第二处理器以及收信模块，所述第二处理器被被配置为基于存储在所述第二存储器中的指令，执行权利要求1-7、9中任一项所述的通信方法。
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|---|---|---|---|
| CN202410667298.5A CN118250811A (zh) | 2024-05-28 | 2024-05-28 | 通信方法、信道资源分配方法及通信网络*** |
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