本發(fā)明屬于短波接入通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種短波網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

短波通信利用電離層反射，可實(shí)現(xiàn)無(wú)中繼遠(yuǎn)距離通信，具有通信距離遠(yuǎn)、開(kāi)設(shè)方便、抗毀能力強(qiáng)，重構(gòu)快捷等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用軍事、遠(yuǎn)洋與應(yīng)急救災(zāi)等領(lǐng)域。短波接入組網(wǎng)通信，可實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)用戶隨遇接入、干擾抗毀、優(yōu)選路由，能有效拓展短波通信能力。國(guó)內(nèi)外已構(gòu)建了多個(gè)短波通信接入網(wǎng)，國(guó)外比較典型的有瑞典HF2000短波通信系統(tǒng)、美國(guó)空軍全球短波通信系統(tǒng)、澳大利亞LONGFISH短波通信系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)比較典型的有軍用短波網(wǎng)和工信部的民用短波網(wǎng)。實(shí)現(xiàn)短波可靠與高效傳輸?shù)年P(guān)鍵在于能夠?qū)崟r(shí)選擇可用頻率，相應(yīng)地，在短波接入網(wǎng)中，構(gòu)建具有實(shí)時(shí)頻譜信息收集、快速頻率規(guī)劃與分發(fā)能力的頻率管理系統(tǒng)，是短波接入組網(wǎng)通信的關(guān)鍵所在。

軍民結(jié)合短波接入通信網(wǎng)絡(luò)通過(guò)融合軍用短波網(wǎng)與民用短波網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)資源，搭建了軍民短波通信網(wǎng)互聯(lián)互通的橋梁，構(gòu)建了具有導(dǎo)航音、專網(wǎng)選頻、3G-ALE、專向語(yǔ)音、快速選頻與分集接收等多種模式接入與信道資源融合能力的異構(gòu)接入網(wǎng)。針對(duì)不同網(wǎng)系、不同接入模式和不同用戶需求，構(gòu)建具有全頻段實(shí)時(shí)頻率態(tài)勢(shì)感知、多網(wǎng)系資源與能力感知、實(shí)時(shí)頻率規(guī)劃與分發(fā)能力的短波網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)是當(dāng)前短波應(yīng)急通信迫切需要解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種短波網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知實(shí)現(xiàn)方法及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)時(shí)感知和頻率態(tài)勢(shì)生成等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)覆蓋、用戶位置實(shí)時(shí)感知，以及用戶接入路由實(shí)時(shí)優(yōu)選、臺(tái)站資源動(dòng)態(tài)調(diào)配，為短波異構(gòu)接入網(wǎng)及不同模式短波用戶提供精準(zhǔn)的頻率管理服務(wù)，為各級(jí)指揮員與用戶在應(yīng)急指揮通信時(shí)頻率使用管理與資源調(diào)度提供決策支持。。

一方面，所述短波網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知實(shí)現(xiàn)方法包括下述步驟：

收集、存儲(chǔ)并管理網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點(diǎn)以及用戶的位置信息，所述位置信息來(lái)自于地理信息系統(tǒng)或者通過(guò)短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)中的短波信道傳輸實(shí)現(xiàn)；

收集來(lái)自于不同短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源信息；

接收定時(shí)或者按需收集到的探測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)預(yù)測(cè)并結(jié)合接入節(jié)點(diǎn)以及用戶的位置信息形成各接入節(jié)點(diǎn)和用戶的可用頻率窗口；

根據(jù)所述可用頻率窗口并結(jié)合禁用頻率得到可用頻率范圍，然后基于所述探測(cè)數(shù)據(jù)形成鏈路信道質(zhì)量，共同構(gòu)成短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)各接入節(jié)點(diǎn)和用戶的可用頻率范圍和信道質(zhì)量，再通過(guò)時(shí)空二維外推，并結(jié)合歷史頻率，綜合形成短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的頻譜覆蓋態(tài)勢(shì)以及用戶頻譜覆蓋態(tài)勢(shì)。

進(jìn)一步，短波網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知實(shí)現(xiàn)方法還包括：

基于網(wǎng)管系統(tǒng)提交的用頻需求，進(jìn)行頻率使用規(guī)劃，形成網(wǎng)絡(luò)資源/設(shè)備與頻率保障方案，并發(fā)回短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)各個(gè)網(wǎng)管系統(tǒng)。

另一方面，所述短波網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，包括：

設(shè)備位置信息管理模塊，用于收集、存儲(chǔ)并管理網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點(diǎn)以及用戶的位置信息，所述位置信息來(lái)自于地理信息系統(tǒng)或者通過(guò)短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)中的短波信道傳輸獲?。?/p>

網(wǎng)絡(luò)資源管理模塊，用于收集來(lái)自于不同短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源信息；

頻率預(yù)測(cè)模塊，用于接收定時(shí)或者按需收集到的探測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)預(yù)測(cè)并結(jié)合接入節(jié)點(diǎn)以及用戶的位置信息形成各接入節(jié)點(diǎn)和用戶的可用頻率窗口；

頻率態(tài)勢(shì)生成模塊，用于根據(jù)所述可用頻率窗口并結(jié)合禁用頻率得到可用頻率范圍，然后基于所述探測(cè)數(shù)據(jù)形成鏈路信道質(zhì)量，共同構(gòu)成短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)各接入節(jié)點(diǎn)和用戶的可用頻率范圍和信道質(zhì)量，再通過(guò)時(shí)空二維外推，并結(jié)合歷史頻率，綜合形成各接入節(jié)點(diǎn)的頻譜覆蓋態(tài)勢(shì)以及用戶頻譜覆蓋態(tài)勢(shì)。

進(jìn)一步的，短波網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)還包括：

頻率規(guī)劃模塊，用于基于網(wǎng)管系統(tǒng)提交的用頻需求，進(jìn)行頻率使用規(guī)劃，形成網(wǎng)絡(luò)資源/設(shè)備與頻率保障方案，并發(fā)回短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)各個(gè)網(wǎng)管系統(tǒng)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明利用網(wǎng)系資源數(shù)據(jù)、地里位置數(shù)據(jù)、頻率數(shù)據(jù)，通過(guò)時(shí)空二維的修正，生成各個(gè)接入節(jié)點(diǎn)與用戶的覆蓋數(shù)據(jù)，能夠?yàn)槎滩ó悩?gòu)接入網(wǎng)絡(luò)及不同模式短波用戶提供精準(zhǔn)的頻率管理服務(wù)，可為各級(jí)指揮員與用戶在應(yīng)急指揮通信時(shí)頻率使用管理與資源調(diào)度提供決策支持。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的短波網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知實(shí)現(xiàn)方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的短波網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖；

圖3是外推得到國(guó)土范圍內(nèi)所有小區(qū)域到接入節(jié)點(diǎn)的信號(hào)能量的理論誤差仿真結(jié)果示意圖；

圖4是計(jì)算每個(gè)接入節(jié)點(diǎn)各個(gè)頻率覆蓋質(zhì)量情況的流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

為了說(shuō)明本發(fā)明所述的技術(shù)方案，下面通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的短波網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知實(shí)現(xiàn)方法的流程，圖2是短波網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的方框結(jié)構(gòu)，為了便于說(shuō)明僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。

結(jié)合圖1、2所示，本發(fā)明實(shí)施例方法包括下述步驟：

步驟S1、收集、存儲(chǔ)并管理網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點(diǎn)以及用戶的位置信息，所述位置信息來(lái)自于地理信息系統(tǒng)或者通過(guò)短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)中的短波信道傳輸獲得。

在短波網(wǎng)絡(luò)中，所述地理信息系統(tǒng)可以為北斗系統(tǒng)或者其他定位系統(tǒng)，分布在短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)接入節(jié)點(diǎn)及用戶的位置信息均可通過(guò)地理信息系統(tǒng)獲取。對(duì)于位置信息，也可以利用短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)中用戶在建鏈成功后的位置上報(bào)功能通過(guò)短波信道傳輸獲取用戶位置信息。

步驟S2、收集來(lái)自于短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)各個(gè)網(wǎng)管系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源信息。

所述網(wǎng)管系統(tǒng)為相互連接的短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)各個(gè)網(wǎng)管系統(tǒng)，收集的網(wǎng)絡(luò)資源信息包括各節(jié)點(diǎn)的收發(fā)信機(jī)設(shè)備的基本信息、空閑狀態(tài)以及用戶的能力與狀態(tài)等。

步驟S3、接收定時(shí)或者按需收集到的探測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)預(yù)測(cè)并結(jié)合接入節(jié)點(diǎn)以及用戶的位置信息形成各節(jié)點(diǎn)和用戶的可用頻率窗口。

所述探測(cè)數(shù)據(jù)包括探測(cè)網(wǎng)、監(jiān)測(cè)網(wǎng)和短波快速建鏈系統(tǒng)輸出的實(shí)時(shí)探測(cè)數(shù)據(jù)，比如探測(cè)網(wǎng)輸出的探測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)網(wǎng)輸出的噪聲數(shù)據(jù)，其中所述探測(cè)網(wǎng)輸出的探測(cè)數(shù)據(jù)為外接的Chirp探測(cè)結(jié)果、Modem探測(cè)結(jié)果、垂測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)等，所述噪聲數(shù)據(jù)為監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)臺(tái)站噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果?？焖俳ㄦ溝到y(tǒng)是具有寬帶接收、快速信號(hào)檢測(cè)和頻譜感知能力的建鏈系統(tǒng)，可用于快速和實(shí)時(shí)信號(hào)質(zhì)量探測(cè)，可以按需利用快速建鏈系統(tǒng)接收探測(cè)數(shù)據(jù)。

具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，本步驟需要分成兩種情況：

(1)當(dāng)系統(tǒng)外部接入有太陽(yáng)黑子數(shù)的預(yù)報(bào)信息時(shí)，即有太陽(yáng)黑子數(shù)的預(yù)報(bào)信息輸入時(shí)，依據(jù)太陽(yáng)黑子數(shù)結(jié)合位置信息，實(shí)時(shí)更新長(zhǎng)期預(yù)報(bào)模型中所用的太陽(yáng)黑子數(shù)，同時(shí)通過(guò)太陽(yáng)黑子數(shù)結(jié)合長(zhǎng)期預(yù)報(bào)模型求得任意鏈路的高可用頻率MUF和最低可用頻率LUF，所述MUF和LUF組成節(jié)點(diǎn)和用戶的可用頻率窗口。

根據(jù)電離層傳播理論，不是所有短波都能從電離層反射而折回地面的。較高頻率的短波要從較高電子密度分布的電離層才能反射折回地面。對(duì)于一定電子密度分布的電離層和一定的收、發(fā)距離,能反射折回地面的電波有一個(gè)頻率最大值,稱為最高可用頻率MUF，它隨收發(fā)間距離的減小而變低。因此，收、發(fā)在同一點(diǎn)時(shí)，所能反射折回地面的電波的最高頻率是這一電子密度分布的電離層所對(duì)應(yīng)的MUF中最低的,稱為電離層臨界頻率。如果收、發(fā)間距離一定，發(fā)射頻率較低，接收點(diǎn)可以收到有一定時(shí)延差的高、低角波；隨著頻率變高,高低角波時(shí)延差縮小以至漸變至零，高低角波重合；若頻率再升高，則接收點(diǎn)落入跳距以內(nèi)，完全收不到發(fā)射信號(hào)。因此，一定距離的電路能傳播的頻率必有一個(gè)上限，這個(gè)上限頻率稱為該電路的最高可用頻率。另外，電波經(jīng)電離層傳播的能量還會(huì)被電離層吸收，吸收大小通常與頻率平方成反比。頻率較低，則信號(hào)電平因吸收增大而降低。當(dāng)電平降低到剛能滿足最低接收信噪比要求時(shí)，所用的頻率稱為該電路的最低可用頻率LUF。由此可見(jiàn)，短波傳播為減少吸收應(yīng)盡可能用高的頻率。

長(zhǎng)期預(yù)報(bào)模型是短波在電離層中傳播的一個(gè)模型描述，而太陽(yáng)黑子數(shù)會(huì)影響到短波傳輸，因此太陽(yáng)黑子數(shù)也是模型的一個(gè)參數(shù)，因此當(dāng)外部接入有太陽(yáng)黑子數(shù)的預(yù)報(bào)信息時(shí)，首先要根據(jù)太陽(yáng)黑子數(shù)對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和修正。本步驟中，還要結(jié)合各個(gè)接入節(jié)點(diǎn)和用戶的位置信息，而網(wǎng)絡(luò)資源信息反應(yīng)了接入節(jié)點(diǎn)和用戶的使用狀態(tài)，這樣即可得到各個(gè)空閑節(jié)點(diǎn)和用戶的可用頻率窗口。

(2)當(dāng)外部沒(méi)有接入太陽(yáng)黑子數(shù)預(yù)報(bào)信息時(shí)，即沒(méi)有太陽(yáng)黑子數(shù)預(yù)報(bào)信息輸入時(shí)，只有探測(cè)網(wǎng)、監(jiān)測(cè)網(wǎng)和短波快速建鏈系統(tǒng)輸出的實(shí)時(shí)探測(cè)數(shù)據(jù)，利用偽太陽(yáng)黑子數(shù)預(yù)報(bào)法，通過(guò)一條或多條探測(cè)鏈路某時(shí)刻的最高可用頻率MUF，計(jì)算出該時(shí)刻的偽太陽(yáng)黑子數(shù)PSSN，得到偽太陽(yáng)黑子數(shù)后，實(shí)時(shí)更新長(zhǎng)期預(yù)報(bào)模型中所用的太陽(yáng)黑子數(shù)，通過(guò)偽太陽(yáng)黑子數(shù)結(jié)合長(zhǎng)期預(yù)報(bào)模型求得任意鏈路的MUF和LUF。系統(tǒng)配置的短波快速建鏈系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)且按需更新探測(cè)數(shù)據(jù)。

步驟S4、根據(jù)所述可用頻率窗口并結(jié)合禁用頻率得到可用頻率范圍，然后基于所述探測(cè)數(shù)據(jù)形成鏈路信道質(zhì)量，共同構(gòu)成短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)各接入節(jié)點(diǎn)和用戶的可用頻率范圍和信道質(zhì)量，再通過(guò)時(shí)空二維外推，并結(jié)合歷史頻率，綜合形成短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的頻譜覆蓋態(tài)勢(shì)以及用戶頻譜覆蓋態(tài)勢(shì)。

本步驟實(shí)現(xiàn)通過(guò)探測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合禁用頻率和歷史頻率實(shí)現(xiàn)頻譜覆蓋態(tài)勢(shì)以及用戶頻譜覆蓋態(tài)勢(shì)。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，包括下述步驟：

S41、首先從軍網(wǎng)頻率管理系統(tǒng)中獲取禁用頻率信息，然后從接入節(jié)點(diǎn)和用戶的可用頻率窗口中剔除所述禁用頻率以及干擾大頻率，形成接入節(jié)點(diǎn)與用戶的未來(lái)一定時(shí)間內(nèi)可用頻率范圍。

在軍網(wǎng)頻率管理系統(tǒng)中會(huì)采集錄入國(guó)土及周邊5000公里范圍內(nèi)短波禁用頻率和保護(hù)頻率，這些頻率屬于軍用頻段，他方不能使用。因此需要在節(jié)點(diǎn)和用戶的可用頻率窗口中剔除所述禁用頻率以及一些干擾大頻率，得到可用頻率范圍。

S42、通過(guò)匯集探測(cè)網(wǎng)、監(jiān)測(cè)網(wǎng)、短波快速建鏈系統(tǒng)的探測(cè)數(shù)據(jù)形成鏈路探測(cè)數(shù)據(jù)，得到鏈路信道質(zhì)量。

通過(guò)實(shí)時(shí)探測(cè)(如外接的Chirp探測(cè)結(jié)果、Modem探測(cè)結(jié)果、垂測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù))與噪聲監(jiān)測(cè)(監(jiān)測(cè)臺(tái)站噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果)獲取鏈路信道質(zhì)量。此外，通過(guò)研制的具有頻譜噪聲感知和快速信號(hào)探測(cè)的短波快速建鏈系統(tǒng)，進(jìn)行信道質(zhì)量探測(cè)和噪聲感知、實(shí)時(shí)地獲取鏈路信道質(zhì)量。

針對(duì)已知用戶的信道質(zhì)量預(yù)報(bào)，通過(guò)即時(shí)探測(cè)數(shù)據(jù)得出實(shí)時(shí)信道質(zhì)量，并通過(guò)實(shí)時(shí)結(jié)果修正長(zhǎng)期預(yù)報(bào)，預(yù)測(cè)一段時(shí)間內(nèi)的信道質(zhì)量。針對(duì)非指定用戶的信道質(zhì)量預(yù)報(bào)，通過(guò)頻譜感知數(shù)據(jù)獲取區(qū)域干擾，并通過(guò)插值計(jì)算信道能量，獲取區(qū)域的頻率覆蓋質(zhì)量(區(qū)域內(nèi)每個(gè)細(xì)分網(wǎng)格的頻率質(zhì)量數(shù)據(jù))。

計(jì)算每個(gè)接入節(jié)點(diǎn)各個(gè)頻率覆蓋質(zhì)量情況的步驟如圖4所示，其中傳播損耗采用長(zhǎng)期預(yù)報(bào)，覆蓋區(qū)計(jì)算考慮了地波、D層、E層、F層天波的綜合影響.

1)將全網(wǎng)保障區(qū)域按一定粒度(經(jīng)緯度各一度的區(qū)域)劃分成一個(gè)一個(gè)小區(qū)域；

2)對(duì)每個(gè)小區(qū)，計(jì)算接入節(jié)點(diǎn)到小區(qū)的傳播損耗，得到信號(hào)能量；

3)根據(jù)頻譜感知數(shù)據(jù)得到背景噪聲，計(jì)算信噪比作為小區(qū)信噪比；

4)比較小區(qū)信噪比與門限，若大于門限，則該小區(qū)被覆蓋，否則不被覆蓋；

5)重復(fù)2)、3)、4)步驟，計(jì)算所有小區(qū)域的覆蓋情況，得到接入節(jié)點(diǎn)的覆蓋情況。

S43、空間上，在形成的可用頻率范圍內(nèi)，利用空間外推法，基于已知若干條鏈路上探測(cè)到的信道質(zhì)量數(shù)據(jù)，利用空間距離與信道質(zhì)量數(shù)據(jù)的關(guān)系，插值得到對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的其他鏈路的信道質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行外推。

S44、時(shí)間上，建立長(zhǎng)期預(yù)報(bào)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，首先神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行初始化訓(xùn)練，然后利用探測(cè)數(shù)據(jù)以及歷史頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的修正，利用修正后的長(zhǎng)期預(yù)報(bào)模型來(lái)計(jì)算接入節(jié)點(diǎn)和用戶未來(lái)一段時(shí)間可用頻率的覆蓋情況。

本發(fā)明實(shí)施例基于鏈路實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)空二維外推方法，獲取一定時(shí)間和空間范圍內(nèi)可用頻率范圍的頻譜態(tài)勢(shì)。時(shí)間維度上，通過(guò)實(shí)時(shí)探測(cè)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)修正長(zhǎng)期預(yù)報(bào)模型，提高預(yù)報(bào)精度和時(shí)域有效性?？臻g維度上，使用空間外推法擴(kuò)大探測(cè)數(shù)據(jù)有效地域范圍，避免探測(cè)數(shù)據(jù)不能覆蓋計(jì)算區(qū)域?qū)е掠?jì)算精度下降。這里歷史頻率數(shù)據(jù)代表了某頻率某鏈路上的通信質(zhì)量，可以將其轉(zhuǎn)換為局部的覆蓋區(qū)域分析結(jié)果，用于數(shù)據(jù)融合處理，也可以用于分析接入節(jié)點(diǎn)各信道的可通情況。

S45、經(jīng)過(guò)時(shí)空二維外推后，最終得到各接入節(jié)點(diǎn)和用戶的頻率態(tài)勢(shì)信息。所述頻率態(tài)勢(shì)信息包括節(jié)點(diǎn)和用戶(或節(jié)點(diǎn)對(duì)一定區(qū)域)當(dāng)前和未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的可用頻率和對(duì)應(yīng)的頻率質(zhì)量。

本發(fā)明的頻率態(tài)勢(shì)生成方法的主要特點(diǎn)有：

1、過(guò)多種途徑實(shí)時(shí)匯集頻譜態(tài)勢(shì)。包括實(shí)時(shí)頻率探測(cè)(Chirp探測(cè)結(jié)果、Modem探測(cè)結(jié)果、垂測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù))，得出實(shí)時(shí)信號(hào)能量強(qiáng)度以及可用頻率范圍。每個(gè)區(qū)域的空閑設(shè)備對(duì)該區(qū)域的頻率干擾進(jìn)行監(jiān)測(cè)掃描，得出當(dāng)?shù)氐母蓴_分布。另外，短波快速建鏈系統(tǒng)可按需隨時(shí)獲得信號(hào)能量強(qiáng)度和可用頻率范圍，以及干擾分布。還使用歷史頻率針對(duì)當(dāng)前使用的鏈路，收集用戶的頻率使用質(zhì)量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)歷史可通頻率積累。

2、使用二維外推法擴(kuò)大探測(cè)數(shù)據(jù)有效地域范圍，避免探測(cè)數(shù)據(jù)不能覆蓋計(jì)算區(qū)域?qū)е掠?jì)算精度下降。

3、通過(guò)實(shí)時(shí)探測(cè)數(shù)據(jù)修正長(zhǎng)期預(yù)報(bào)模型，提高預(yù)報(bào)精度和時(shí)域有效性。

4、使用歷史頻率數(shù)據(jù)優(yōu)化指配結(jié)果。

本發(fā)明克服了傳統(tǒng)頻率管理系統(tǒng)僅依托長(zhǎng)期預(yù)報(bào)和單一模式chirp探測(cè)作為頻率選擇和指配依據(jù)的不足。同時(shí)，傳統(tǒng)探測(cè)與監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)部署地點(diǎn)與范圍受限，探測(cè)能力與監(jiān)測(cè)能力受限，短波快速建鏈系統(tǒng)用戶設(shè)備可隨意移動(dòng)且具備全頻段探測(cè)與感知能力，可實(shí)時(shí)反饋頻率質(zhì)量信息，并根據(jù)需求部署在任意位置，以提高信道質(zhì)量獲取的實(shí)時(shí)性和提高地域覆蓋精度。

對(duì)于空間外推法，即上述步驟S43，通過(guò)插值方法進(jìn)行外推。針對(duì)沒(méi)有實(shí)時(shí)探測(cè)數(shù)據(jù)和使用數(shù)據(jù)的區(qū)域或鏈路采用空間外推算法得出預(yù)測(cè)值。通過(guò)實(shí)測(cè)鏈路的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和實(shí)際探測(cè)數(shù)據(jù)，以及附近的同向鏈路預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行等比計(jì)算，可以預(yù)測(cè)出該鏈路的有效能量：

L＝a₁(L"/L"_c)*L_c+a₂

其中L為預(yù)測(cè)鏈路損耗，L_c為長(zhǎng)期預(yù)報(bào)計(jì)算損耗，L″,L″_c分為已知鏈路的實(shí)際損耗和預(yù)報(bào)損耗，a₁,a₂為計(jì)算常量。

對(duì)于1000km范圍內(nèi)的傳播鏈路，這種預(yù)測(cè)方法的理論誤差一般在2dB以內(nèi)，在工程上是可以接受的。圖3是已知南京到廣州、長(zhǎng)沙的信號(hào)能量，外推得到國(guó)土范圍內(nèi)所有小區(qū)域到接入節(jié)點(diǎn)的信號(hào)能量的理論誤差仿真結(jié)果。

對(duì)于全頻段態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)，由于一般實(shí)際節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)有效范圍有限，所以往往會(huì)有很多地域上的數(shù)據(jù)缺失，一般鏈路的有效范圍只能覆蓋收發(fā)點(diǎn)附近100公里左右。本發(fā)明使用空間外推算法，通過(guò)有效的實(shí)際鏈路數(shù)據(jù)，計(jì)算出相鄰地域的頻譜態(tài)勢(shì)，作為感知數(shù)據(jù)加入到頻譜態(tài)勢(shì)中，有效減少由于區(qū)域數(shù)據(jù)缺失導(dǎo)致的計(jì)算精度下降，擴(kuò)展探測(cè)數(shù)據(jù)有效地域覆蓋范圍。同時(shí)，通過(guò)部署短波快速建鏈系統(tǒng)，可隨時(shí)隨地按需探測(cè)，形成指定范圍內(nèi)的信道質(zhì)量信息，可以進(jìn)一步提高覆蓋范圍內(nèi)的預(yù)測(cè)精度。

現(xiàn)有頻率預(yù)測(cè)算法一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，由于電離層不斷變化的影響，和經(jīng)驗(yàn)公式得出的均值結(jié)果對(duì)比，往往計(jì)算誤差會(huì)較大。針對(duì)長(zhǎng)期預(yù)報(bào)算法對(duì)于實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)的精準(zhǔn)度不夠的問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)時(shí)間外推引入探測(cè)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)修正，對(duì)當(dāng)前的長(zhǎng)期預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正，使得長(zhǎng)期預(yù)報(bào)模型能更加符合當(dāng)前電離層變化規(guī)律，可以有效提高預(yù)報(bào)計(jì)算的精度。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)修正的實(shí)現(xiàn)以長(zhǎng)期預(yù)報(bào)作為基礎(chǔ)模型，利用實(shí)時(shí)頻率感知數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，可以得到修正后的模型來(lái)計(jì)算接入節(jié)點(diǎn)未來(lái)一段時(shí)間的頻率質(zhì)量，為頻率指配提供支撐。

即上述步驟S44，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，首先建立一個(gè)基礎(chǔ)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，在運(yùn)行過(guò)程中利用收到的接入頻率質(zhì)量數(shù)據(jù)計(jì)算頻率覆蓋情況；然后將頻率覆蓋情況作為樣本輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，進(jìn)行訓(xùn)練修正；利用修正后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算當(dāng)前或下一時(shí)刻頻率的質(zhì)量，然后繼續(xù)循環(huán)自我訓(xùn)練，得到一個(gè)更符合實(shí)際情況的長(zhǎng)期預(yù)報(bào)模型。

步驟S5、基于網(wǎng)管系統(tǒng)提交的用頻需求，進(jìn)行頻率使用規(guī)劃，形成網(wǎng)絡(luò)資源/設(shè)備與頻率保障方案，并發(fā)回短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)網(wǎng)管系統(tǒng)。在頻譜態(tài)勢(shì)生成基礎(chǔ)之上，根據(jù)用頻保障需求，利用遺傳算法針對(duì)多目標(biāo)多體制的指配和調(diào)整，在保證干擾最小化的情況下，解決多目標(biāo)的選頻問(wèn)題，形成頻率保障方案。

系統(tǒng)頻率用戶包括軍用短波、民用短波網(wǎng)、各行業(yè)部門短波通信網(wǎng)等不同的網(wǎng)絡(luò)，每種網(wǎng)絡(luò)有其特定的頻率需求。針對(duì)這樣的多體制用戶的頻率指配，由于需求頻率數(shù)量大，干擾關(guān)系復(fù)雜，解空間相對(duì)于傳統(tǒng)指配更為龐大。為了解決短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)不同網(wǎng)絡(luò)各種短波用戶選頻難的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例采用了多目標(biāo)遺傳算法計(jì)算指配方案。相對(duì)于傳統(tǒng)方法，遺傳算法計(jì)算速度更快。在無(wú)法完成無(wú)干擾的情況下，遺傳算法同樣可以得出干擾最少的極優(yōu)解，對(duì)特殊狀況的處理優(yōu)于傳統(tǒng)算法。同時(shí)遺傳算法支持部分頻率動(dòng)態(tài)調(diào)整，可以在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)正在運(yùn)行的情況下有限制的調(diào)整一部分頻率，使得在不影響其他頻率使用的情況下，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整。遺傳算法通過(guò)采用整數(shù)編碼方法完成指配方案到遺傳算法中個(gè)體的映射，通過(guò)種群的不斷交叉繁衍完成近似最優(yōu)解的搜索。

另外，本發(fā)明實(shí)施例還提供了短波網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的方框結(jié)構(gòu)，如圖2所示，包括：

設(shè)備位置信息管理模塊，用于收集、存儲(chǔ)并管理網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點(diǎn)以及用戶的位置信息，所述位置信息來(lái)自于地理信息系統(tǒng)或者通過(guò)短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)中的短波信道傳輸實(shí)現(xiàn)；

網(wǎng)絡(luò)資源管理模塊，用于收集來(lái)自于不同短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源信息；

頻率預(yù)測(cè)模塊，用于接收定時(shí)或者按需收集到的探測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)預(yù)測(cè)并結(jié)合接入節(jié)點(diǎn)形成各接入節(jié)點(diǎn)和用戶的可用頻率窗口；

頻率態(tài)勢(shì)生成模塊，用于根據(jù)所述可用頻率窗口并結(jié)合禁用頻率得到可用頻率范圍，然后基于所述探測(cè)數(shù)據(jù)形成鏈路信道質(zhì)量，共同構(gòu)成短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)各接入節(jié)點(diǎn)和用戶的可用頻率范圍和信道質(zhì)量，再通過(guò)時(shí)空二維外推，并結(jié)合歷史頻率，綜合形成各接入節(jié)點(diǎn)的頻譜覆蓋態(tài)勢(shì)以及用戶頻譜覆蓋態(tài)勢(shì)。

進(jìn)一步，短波網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)還包括：

頻率規(guī)劃模塊，用于基于網(wǎng)管系統(tǒng)提交的用頻需求，進(jìn)行頻率使用規(guī)劃，形成網(wǎng)絡(luò)資源/設(shè)備與頻率保障方案，并發(fā)回短波異構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)網(wǎng)管系統(tǒng)。

進(jìn)一步，所述頻率態(tài)勢(shì)生成模塊包括：

頻率范圍生成單元，用于從軍網(wǎng)頻率管理系統(tǒng)中獲取禁用頻率信息，然后從接入節(jié)點(diǎn)和用戶的可用頻率窗口中剔除所述禁用頻率以及干擾大頻率，形成接入節(jié)點(diǎn)與用戶的未來(lái)一定時(shí)間內(nèi)可用頻率范圍；

信道質(zhì)量計(jì)算單元，用于通過(guò)匯集探測(cè)網(wǎng)、監(jiān)測(cè)網(wǎng)、短波快速建鏈系統(tǒng)的探測(cè)數(shù)據(jù)形成鏈路的探測(cè)數(shù)據(jù)，得到鏈路信道質(zhì)量；

空間外推單元，用于空間上，在形成的可用頻率范圍內(nèi)，利用空間外推法，基于已知若干條鏈路上探測(cè)到的信道質(zhì)量數(shù)據(jù)，利用空間距離與信道質(zhì)量數(shù)據(jù)的關(guān)系，插值得到對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的其他鏈路的信道質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行外推；

時(shí)間外推單元，用于時(shí)間上，建立長(zhǎng)期預(yù)報(bào)模型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，首先神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行初始化訓(xùn)練，然后利用探測(cè)數(shù)據(jù)以及歷史頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的修正，利用修正后的長(zhǎng)期預(yù)報(bào)模型來(lái)計(jì)算接入節(jié)點(diǎn)和用戶未來(lái)一段時(shí)間可用頻率的覆蓋情況；

結(jié)果生成單元，用于經(jīng)過(guò)時(shí)空二維外推后，最終得到各接入節(jié)點(diǎn)和用戶的頻率態(tài)勢(shì)信息。

本實(shí)施例中的各個(gè)功能模塊對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)了前述的步驟S1-S5，各個(gè)功能模塊的執(zhí)行流程與前述步驟S1-S5對(duì)應(yīng)，這里不贅述。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。