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MimoMesh/SmartMesh宽带自组网强大的抗干扰:智能选频,增强智能选频,自主跳频,自适应跳频,动态自适应抗干扰

时间:2023-10-30 17:41:30 来源: 点击:

A.智能选频

      当前无线自组织网络定频点工作时,为了避免干扰,需要根据全网各个节点频谱扫描结果,人为介入来选择一个相对优良的频点进行工作。一方面这种人工介入的方式效率很低且对使用人员要求较高,另一方面由于地理位置上的差异性导致往往无法选出一个全网都干扰较小的频点进行组网及传输。

       当前系统中所采用的自适应智能选频技术,依照系统工作时所配置的频点列表,在工作过程中针对这些频点,进行全网无线环境的实时感知和频谱监测,各节点根据外部电子环境、干扰情况等因素,智能动态调整自身工作频点,各节点动态选取工作频点,以该频点接收性能最优为准则,各节点独立选取,互不依赖,从而实现智能动态异频组网,达到规避干扰,提升整体网络传输性能的目的,实现全网性能最优,同时由于无需人为介入,大大降低网络配置和使用复杂度,增强了网络易用性。

        举例而言,如下图,节点1、2、3,根据自身无线环境实时感知和频谱监测情况,分别选择频点f1、f2、f3作为工作频点(f1、f2、f3,两两之间可以相同,也可以不同,各节点独立选取,互不依赖)。则2、3两节点向节点1发送数据时,采用频点f1;1、3两节点向节点2发送数据时,采用频点f2;1、2两节点向节点3发送数据时,采用频点f3。有更多节点存在时,以此类推。简而言之,由于各节点智能动态调整自身工作频点,且独立选取,互不依赖,因此网络中,各条边(两节点间某一方向称为一条边,如节点1→2、节点2→1分别为一条边)所采用的频点是互不相同的,从而实现全网最优。同时此功能完全由系统自动完成,且根据外部无线环境和频谱检测情况实时做出调整,无需人工介入,简单易用。

不同的工作模式,体现不同的抗干扰效果,根据具体情况合理选择(图1)

       实际外场应用时,各节点干扰情况一致,且存在同一频点是最优接收频点的情况,几乎不存在。因此,相较于其他电台的干扰躲避(Inference Avoidance,全网在某一统一频点工作时,当受到干扰后,全网统一切换到另一频点)技术而言,显然智能选频技术在鲁棒性、易用性、抗干扰能力以及传输性能等诸多方面,要远优于干扰躲避技术,并可以实现全网最优解,达到全网传输性能的最优。

B.增强型智能选频

       普通智能选频技术,工作过程中实时进行探测和感知,并进行后续选取的频点,都是基于事先配置好的频点列表,因此,频点列表的选取,显得尤为重要。由于频点列表是人为选取和配置的,如果频点列表选取不佳,则会影响整体系统性能和表现。

       增强型智能选频技术,可以有效解决上述问题。增强型智能选频技术,不再依托于已有频点列表,而是在硬件整机设备所支持的频段内(这一频段由具体硬件实现所决定),以较小频率步进(如1MHz),在组网工作的同时,对整个频段进行全网无线环境的实时感知和频谱监测,从而选取出最优的工作频点。

       各节点根据动态感知结果,综合外部电子环境、干扰情况等因素,以该频点接收性能最优为准则,在全频段内智能动态调整自身工作频点,各节点动态、独立选取工作频点,且互不依赖,从而在全频段范围内实现智能动态异频组网,达到规避干扰,提升整体网络传输性能的目的,实现全网性能最优,进一步降低网络配置和使用复杂度,增强了网络易用性。

       在组网逻辑,功能表现方面,增强型智能选频技术与智能选频技术基本相同,其最大的提升,在于更加精准的对整个频段做检测、扫描和分析,对环境适应性更强,性能表现会更优,同时对控制信息、数据信息的发送机制做了进一步优化,提升了抗干扰能力,增强了复杂环境下系统的鲁棒性。

C.跳频

       高速跳频也是常规的抗干扰手段,较其他措施而言,可以大大降低被捕获、被跟踪、被探测的风险,有效的对抗诸如跟踪式干扰等多种干扰手段。

       当前系统,支持不低于每秒1000跳的跳频速率,跳频频点数最大可达256个,相关跳频图案进行了充分随机化处理,同时,通过提高跳频图案复杂度、加长重复周期以及灵活的使用相应跳频组网图案,可以使得敌方破译跳频图案的难度大大增加,有效降低系统风险。

D.自适应跳频

       常规跳频,在工作频段受到大范围干扰时,系统会有较高中断概率,错误率上升,导致业务传输能力大大下降甚至中断。自适应跳频技术的引入,可以有效改善这一状况,进一步提升系统抗干扰能力,使得在大范围干扰条件下,数据业务传输能力得到极大的改善。

       自适应跳频技术,在高速跳频工作的同时,引入全网动态实时频谱监测,依托于已有跳频频点列表,或者是在硬件整机设备所支持的频段内(这一频段由具体硬件实现所决定)以较小频率步进(如1MHz),对整个频段进行全网无线环境的实时感知和频谱监测。(注:频点列表或设定频段范围,两种模式二选其一)

       依托于实时频谱监测结果,各节点根据外部电磁环境、干扰情况,各自智能动态选取若干最优频点构成跳频频率集,实现智能、动态、异频率集跳频组网,在高速跳频的同时,有效规避干扰。

       举例而言,如下图,节点1、2、3,根据自身无线环境实时感知和频谱监测情况,在所有可用频率集内分别选择子集S1、S2、S3作为跳频频率集(S1、S2、S3三个集合,其元素两两之间可以相同,也可以不同,各节点独立选取自身,互不依赖)。则2、3两节点向节点1发送数据时,采用频率集S1进行跳频发送;1、3两节点向节点2发送数据时,采用频率集S2进行跳频发送;1、2两节点向节点3发送数据时,采用频率集S3进行跳频发送。有更多节点存在时,以此类推。简而言之,由于各节点智能动态调整自身跳频频率集,且独立选取,互不依赖,因此网络中,各条边(两节点间某一方向称为一条边,如节点1→2、节点2→1分别为一条边)所采用的跳频频率集是互不相同的,从而实现全网最优。同时此功能完全由系统自动完成,且根据外部无线环境、频谱检测情况以及受干扰情况实时做出调整,无需人工介入,简单易用。抗干扰能力强,系统鲁棒性强。

不同的工作模式,体现不同的抗干扰效果,根据具体情况合理选择(图2)

E.动态自适应抗干扰

       为了提升在复杂电磁环境下系统的生存能力,尽力保障数据业务的传输,在采用上述所有跳频、智能选频等技术的同时,系统还具备动态自适应抗干扰的能力。

       在任意两节点数据传输过程中,接收端均会实时统计诸如信噪比、错误率等诸多信息,通过这些信息,选取最优的调制编码格式以及相关重传策略,并将相应结果实时反馈给发端,发端按照反馈的信息调整发送策略(动态调整传输冗余),从而实现动态自适应抗干扰。

       通过动态自适应抗干扰,可以使得系统在未受干扰时,保证最大化传输效率,达到相应环境下最佳的传输能力;而在受到干扰时,可以有效对抗干扰所带来的影响,在牺牲效率的同时,尽力保障数据业务的可靠稳定传输。

目前系统支持4种不同的抗干扰能力,对应4种不同的最大冗余插入、检测、处理能力:

1)抗干扰等级1:在15%以内资源(时间或者频段)受干扰时,能保证正常的通信和数据传输;

2)抗干扰等级2:在30%以内资源(时间或者频段)受干扰时,能保证正常的通信和数据传输;

3)抗干扰等级3:在50%以内资源(时间或者频段)受干扰时,能保证正常的通信和数据传输;

4)抗干扰等级4:在70%以内资源(时间或者频段)受干扰时,能保证正常的通信和数据传输;