一种短波应急通信信道评估和分配方法

技术领域

本发明属于应急通信技术领域，具体涉及一种短波应急通信信道评估和分配方法和系统。

背景技术

短波通信依靠1.5-30MHz范围内的电磁波通过大气电离层的反射进行信号传输，是最早出现并被广泛应用的无线通信方式，至今仍是中远距离无线通信的重要手段。

传统的短波自动链路建立(ALE)通信系统的频率使用方式是依据频率规划部门下发的指定频率集，其准确性建立在长期统计结果分析和预报上，已经不能适应日益拥挤的电离层电磁环境下可靠短波通信。

随着通信技术在不同领域的应用日益广泛，尤其是当终端设备在恶劣通信环境或者应急环境下，需要有极快的反应速度迅速进行呼救或者数据传输，原有的短波应急通信方式以及对应的数据传输效率满足不了某些应急信息需求，由此，优化短波通信是大势所需，此过程中的传输数据能量效率影响至关重要。

现有技术中的短波通信频率不稳定，造成了搜索节点和信号连接的低效，可能带来应急信息的延迟和通信不畅。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：[l1]

一种短波应急通信信道评估和分配方法，该方法包括：

(1)接收多个时隙的信号参数，得到相邻上下行子帧信道的参数序列N；

(2)通过马尔科夫模型(或者其他类似模型)进行预测评估，得到每一个信道当前状态信息，所述信道当前状态信息包括丢包率、平均延迟；

(3)利用预先设置的规则计算每一个信道当前状态不同传输质量，用百分比或者其他参数表示；

(4)获取当前用户终端传输环境参数和用户应急数据量，得到应急数据传输对应的最小带宽信息；

(5)根据上述最小带宽信息和各个信道的实际传输质量，计算多个信道的传输效率，并根据传输效率确定合适的信道进行应急数据传输。

优选的，该方法还包括：(6)当t时刻有多个用户应急传输业务时，收集t时刻的业务集，设置业务优先级，生成样本业务集及分类树，并根据分类结果对t+1时刻的业务集进行预测，同时，为应急业务提供备用信道服务，当备用信道不足时，牺牲部分业务，满足应急业务的需要。

优选的，步骤(1)具体为：首先获取上下行子帧信道不同探测时隙上的差分信息，其次，依据相邻探测时隙上的上下行子帧的差分信息，获取通信双方终端的相邻上下行子帧信道特征参数序列，最后，利用上行信道相位和下行子帧估计下行信道相位，得到相邻上下行子帧信道参数序列。

优选的，步骤(3)具体为：提取丢包率、平均延迟，并且结合各个信道的带宽信息，利用预设的评价比例标准计算每一个信道的传输质量。

优选的，步骤(6)具体为：当有多个应急业务，超出预测结果且需要接入信道时，基于应急业务优先级最高的原则，对t+1时刻的信道进行调整,将备用信道数量与应急业务数量进行比较，当应急业务数量不大于备用信道数量时，备用信道满足应急业务的需要，将应急业务依次接入备用信道；当应急业务数量大于备用信道数量时，牺牲优先级为“低”的业务，对优先级为“低”的业务集，等概率随机剔除。

本发明还提供一种短波应急通信信道评估和分配系统，该系统包括：序列获取模块、信道状态模块、信道评价模块和信道计算选择模块。

其中，所述序列获取模块，用于接收多个时隙的信号参数，得到相邻上下行子帧信道的参数序列N；

所述信道状态模块，用于通过马尔科夫模型(或者其他类似模型)进行预测评估，得到每一个信道当前状态信息，所述信道当前状态信息包括丢包率、平均延迟；

所述信道评价模块，用于利用预先设置的规则计算每一个信道当前状态不同传输质量，用百分比或者其他参数表示；并且获取当前用户终端传输环境参数和用户应急数据量，得到应急数据传输对应的最小带宽信息；

所述信道计算选择模块，用于根据上述最小带宽信息和各个信道的实际传输质量，计算多个信道的传输效率，并根据传输效率确定合适的信道进行应急数据传输。

优选的，该系统还包括：业务协调模块，用于当t时刻有多个用户应急传输业务时，收集t时刻的业务集，设置业务优先级，生成样本业务集及分类树，并根据分类结果对t+1时刻的业务集进行预测，同时，为应急业务提供备用信道服务，当备用信道不足时，牺牲部分业务，满足应急业务的需要。

优选的，所述序列获取模块具体用于：首先获取上下行子帧信道不同探测时隙上的差分信息，其次，依据相邻探测时隙上的上下行子帧的差分信息，获取通信双方终端的相邻上下行子帧信道特征参数序列，最后，利用上行信道相位和下行子帧估计下行信道相位，得到相邻上下行子帧信道参数序列。

优选的，所述信道评价模块具体用于：获取各个信道当前状态信息，并提取丢包率、平均延迟并且结合各个信道的带宽信，并利用预设的评价比例标准计算每一个信道的传输质量。

优选的，所述业务协调模块具体用于：当有多个应急业务，超出预测结果且需要接入信道时，基于应急业务优先级最高的原则，对t+1时刻的信道进行调整,将备用信道数量与应急业务数量进行比较，当应急业务数量不大于备用信道数量时，备用信道满足应急业务的需要，将应急业务依次接入备用信道；当应急业务数量大于备用信道数量时，牺牲优先级为“低”的业务，对优先级为“低”的业务集，等概率随机剔除。

由于采用以上所述的技术方案，本发明可以达到以下有益效果：利用本发明的方法和系统可提高应急通信连接和数据传输的速度和效率，提高了恶劣域和全天候条件下的无线通信能力。

附图说明

图1是一种短波应急通信信道评估和分配方法流程图；

图2是一种短波应急通信信道评估和分配系统示意图。

这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

现在参考附图来更加充分地描述本公开的例子。以下描述实质上只是示例性的，而不旨在限制本公开、应用或用途。

提供了示例实施例，以便本公开将会变得详尽，并且将会向本领域技术人员充分地传达其范围。阐述了众多的特定细节如特定部件、装置和方法的例子，以提供对本公开的实施例的详尽理解。对于本领域技术人员而言，不需要使用特定的细节，示例实施例可以用许多不同的形式来实施，它们都不应当被解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，没有详细地描述众所周知的过程、众所周知的结构和众所周知的技术。

下面将对本公开内容所提出的技术问题进行详细说明。需要注意的，该技术问题仅是示例性的，目的不在于限制本发明的应用。

一种短波应急通信信道评估和分配方法，该方法包括：

(1)接收多个时隙的信号参数，得到相邻上下行子帧信道的参数序列N。

具体为：首先获取上下行子帧信道不同探测时隙上的差分信息，即根据两次上行信道估计，可计算得到上行信道相位差分值ΔU，同样，终端根据两次下行信道估计，可计算得到下行信道相位差分值ΔD。

其次，依据相邻探测时隙上的上下行子帧的差分信息，获取通信双方终端的相邻上下行子帧信道特征参数序列，即在选取的一个或数个接收信噪比较高的子载波中，根据上行信道相位差分值ΔU，在上行子帧估计上行信道相位θU1；选取子载波与基站相同，根据下行信道相位差分值ΔD，在下行子帧估计下行信道相位θD1。

最后，利用上行信道相位θU1和下行子帧估计下行信道相位θD1，得到相邻上下行子帧信道参数序列N。

(2)通过马尔科夫模型等(或者其他类似模型)进行预测评估，得到每一个信道当前状态信息，所述信道当前状态信息包括丢包率、能量效率。

具体为：使用考虑服务时间指数分布的马尔科夫模型，并使用CT(MCU状态转换时间/CCA检测时间，取整)次短暂的CCA空闲信道检测对信道状态进行评估，当检测到信道繁忙时能快速进行退避。再考虑到基于副载波调制的唤醒模块与主收发器模块共用天线在同一信道通信以增加唤醒请求传输范围，随后，得到能量效率和丢包率综合指标。CT是CCA信道检测计时器初始值。

(3)利用预先设置的规则计算每一个信道当前状态不同传输质量，用百分比或者其他参数表示。

具体为：根据各个信道当前状态信息，即丢包率、能量效率，结合各个信道的带宽信息，利用预设的评价比例标准计算每一个信道的传输质量。即信道带宽越大，丢包率、能量效率越高，传输质量越高，反之传输质量越低。随后，综合考虑上述参数后，得到每一个信道的实际传输质量。

(4)获取当前用户终端传输环境参数和用户应急数据量，得到应急数据传输对应的最小带宽信息。

具体为：从获取的当前用户终端传输环境参数中提取用户终端网络延迟以及信道干扰参数，同时，从用户应急数据量中获取应急数据量大小以及占比。随后，利用上述参数计算得到仅传输当前用户应急数据所需的最小带宽信息。

(5)根据上述最小带宽信息和各个信道的实际传输质量，计算多个信道的传输效率，并根据传输效率确定合适的信道进行应急数据传输。

具体为：首先，选择出带宽信息大于或者等于上述最小带宽信息的所有信道，并获取对应的各个信道的实际传输质量，其次，根据上述实际传输质量和当前用户应急数据量大小计算多个信道传输效率。随后，将所述多个信道传输效率进行排序，选择出前3-5个信道进行应急数据传输。所述前3-5个信道中包括为应急业务提供的备用信道。

(6)当t时刻有多个用户应急传输业务时，收集t时刻的业务集，设置业务优先级，生成样本业务集及分类树，并根据分类结果对t+1时刻的业务集进行预测。同时，为应急业务提供备用信道服务，当备用信道不足时，牺牲部分业务，满足应急业务的需要。

具体为：首先，设置的业务优先级分为“高”、“较高”、“较低”和“低，对上述三个等级分别生成样本业务集及分类树，并根据分类结果对t+1时刻的业务集进行所需信道的预测。

当有多个应急业务，超出预测结果且需要接入信道时，基于应急业务优先级最高的原则，对t+1时刻的信道进行调整,将备用信道数量与应急业务数量进行比较，当应急业务数量不大于备用信道数量时，备用信道满足应急业务的需要，将应急业务依次接入备用信道；当应急业务数量大于备用信道数量时，牺牲优先级为“低”的业务，对优先级为“低”的业务集，等概率随机剔除多个业务；当剔除时，高等级的多个应急业务接入空闲的业务信道，进行通信；同时，业务集中的各业务所属终端，通过载波侦听时分多址的多址方式，侦听其在剔除前所属的信道是否空闲。

本发明还公开一种短波应急通信信道评估和分配系统，该系统包括：序列获取模块、信道状态模块、信道评价模块、信道计算选择模块和业务协调模块。

其中，

所述序列获取模块，用于接收多个时隙的信号参数，得到相邻上下行子帧信道的参数序列N。

具体用于：首先所述序列获取模块获取上下行子帧信道不同探测时隙上的差分信息，即根据两次上行信道估计，可计算得到上行信道相位差分值ΔU，同样，终端根据两次下行信道估计，可计算得到下行信道相位差分值ΔD。

其次，所述序列获取模块依据相邻探测时隙上的上下行子帧的差分信息，获取通信双方终端的相邻上下行子帧信道特征参数序列，即在选取的一个或数个接收信噪比较高的子载波中，根据上行信道相位差分值ΔU，在上行子帧估计上行信道相位θU1；选取子载波与基站相同，根据下行信道相位差分值ΔD，在下行子帧估计下行信道相位θD1。

最后，所述序列获取模块利用上行信道相位θU1和下行子帧估计下行信道相位θD1，得到相邻上下行子帧信道参数序列N。

所述信道状态模块，用于通过马尔科夫模型等(或者其他类似模型)进行预测评估，得到每一个信道当前状态信息，所述信道当前状态信息包括丢包率、平均延迟。

具体用于：所述信道状态模块使用考虑服务时间指数分布的马尔科夫模型，并使用CT(MCU状态转换时间/CCA检测时间，取整)次短暂的CCA空闲信道检测对信道状态进行评估，当检测到信道繁忙时能快速进行退避。再考虑到基于副载波调制的唤醒模块与主收发器模块共用天线在同一信道通信以增加唤醒请求传输范围，随后，得到能量效率和丢包率综合指标。

所述信道评价模块，用于利用预先设置的规则计算每一个信道当前状态不同传输质量，用百分比或者其他参数表示。

具体用于：所述信道评价模块获取各个信道当前状态信息，并提取丢包率、平均延迟，并且结合各个信道的带宽信息。所述信道评价模块利用预设的评价比例标准计算每一个信道的传输质量。即信道带宽越大，丢包率、平均延迟越小，传输质量越高，反之传输质量越低。随后，所述信道评价模块综合考虑上述参数后，得到每一个信道的实际传输质量。

所述信道评价模块，还用于获取当前用户终端传输环境参数和用户应急数据量，得到应急数据传输对应的最小带宽信息。

具体还用于：所述信道评价模块从获取的当前用户终端传输环境参数中提取用户终端网络延迟以及信道干扰参数，同时，从用户应急数据量中获取应急数据量大小以及占比。随后，所述信道评价模块利用上述参数计算得到仅传输当前用户应急数据所需的最小带宽信息。

所述信道计算选择模块，用于根据上述最小带宽信息和各个信道的实际传输质量，计算多个信道的传输效率，并根据传输效率确定合适的信道进行应急数据传输。

具体用于：首先，所述信道计算选择模块选择出带宽信息大于或者等于上述最小带宽信息的所有信道，并获取对应的各个信道的实际传输质量，其次，所述信道计算选择模块根据上述实际传输质量和当前用户应急数据量大小计算多个信道传输效率。随后，所述信道计算选择模块将所述多个信道传输效率进行排序，选择出前3-5个信道进行应急数据传输。所述前3-5个信道中包括为应急业务提供的备用信道。

所述业务协调模块，用于当t时刻有多个用户应急传输业务时，收集t时刻的业务集，设置业务优先级，生成样本业务集及分类树，并根据分类结果对t+1时刻的业务集进行预测。同时，为应急业务提供备用信道服务，当备用信道不足时，牺牲部分业务，满足应急业务的需要。

具体用于：首先，业务协调模块设置的业务优先级分为“高”、“较高”、“较低”和“低，对上述三个等级分别生成样本业务集及分类树，并根据分类结果对t+1时刻的业务集进行所需信道的预测。

当有多个应急业务，超出预测结果且需要接入信道时，业务协调模块基于应急业务优先级最高的原则，对t+1时刻的信道进行调整,将备用信道数量与应急业务数量进行比较，当应急业务数量不大于备用信道数量时，备用信道满足应急业务的需要，将应急业务依次接入备用信道；当应急业务数量大于备用信道数量时，业务协调模块牺牲优先级为“低”的业务，对优先级为“低”的业务集，等概率随机剔除多个业务；当剔除时，高等级的多个应急业务接入空闲的业务信道，进行通信。

同时，业务集中的各业务所属终端，通过载波侦听时分多址的多址方式，侦听其在剔除前所属的信道是否空闲。

以上参照附图描述了本公开的优选实施例，但是本公开当然不限于以上示例。本领域技术人员可在所附权利要求的范围内得到各种变更和修改，并且应理解这些变更和修改自然将落入本公开的技术范围内。

在该说明书中，流程图中所描述的步骤不仅包括以所述顺序按时间序列执行的处理，而且包括并行地或单独地而不是必须按时间序列执行的处理。此外，甚至在按时间序列处理的步骤中，无需说，也可以适当地改变该顺序。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。