【技术实现步骤摘要】
一种TFDMA随机自组织adhoc网络的构造方法
本专利技术属于通信传输系统中无线通信网络
，更具体地，涉及一种TFDMA随机自组织adhoc网络的构造方法，更具体地涉及时频分多址(TFDMA)随机接入自组织(adhoc)网络的框架结构设计，以及适合于接入TFDMAadhoc网络的多维双域调制信号建模和多维高阶双域调制信号置换格码星座图体系结构，及其它们的结构设计方法。
技术介绍
为了满足未来多个机器人能够同步运行的应用需求，例如多个飞行机器人(无人机)在空中飞行期间，执行同时转弯的动作和完成共同抬重物飞行的行为，需要对多个机器人的同步行为的测量和控制信号进行无干扰的传输，为此，本专利申请专利技术人提出时频分多址随机自组无线接入的adhoc网络模型，称为时频分多址自组(TFDMAadhoc)网络，以支持多机器人处在可共同协调的信号传输环境下尽可能自由地传输无干扰的测控信号的通信需求。为了使这个TFDMAadhoc网络正常运行，需要设计使多用户能够无相互干扰地接入TFDMA网络的收发信机物理层的编码调制接入信号模型，以及...
【技术保护点】
1.一种TFDMA随机自组织ad hoc网络的构造方法，其特征在于，对网络系统所占用的全频域的频谱资源和一天24小时的全时域资源进行划分，首先将划分后的频域和时域单元构成时段-频隙环网，然后N个时段-频隙环网按照时隙对齐原则堆叠成圆柱形格网，最终将U个圆柱形格网形成覆盖全频域和全时域的时频分多址随机自组织ad hoc网络，网络构造的具体步骤为：/n所述全频域资源为分配给所述TFDMA ad hoc网络的总频谱，设W表示这个总频谱的带宽，将带宽为W的网络系统总频谱划分为N个子信道，设Δf表示每个子信道的带宽，Δf＝f
【技术特征摘要】
1.一种TFDMA随机自组织adhoc网络的构造方法，其特征在于，对网络系统所占用的全频域的频谱资源和一天24小时的全时域资源进行划分，首先将划分后的频域和时域单元构成时段-频隙环网，然后N个时段-频隙环网按照时隙对齐原则堆叠成圆柱形格网，最终将U个圆柱形格网形成覆盖全频域和全时域的时频分多址随机自组织adhoc网络，网络构造的具体步骤为：
所述全频域资源为分配给所述TFDMAadhoc网络的总频谱，设W表示这个总频谱的带宽，将带宽为W的网络系统总频谱划分为N个子信道，设Δf表示每个子信道的带宽，Δf＝fi-fi-1，则这个TFDMAadhoc网络包括N个跳频频点或N个子信道中心频率，N＝W/Δf，其中Δf称为频隙或者频元；
所述全时域资源的一天24小时作如下划分，24小时被划分为U个时段，每个时段确定了一个圆柱形格网，进而确定一个TFDMAadhoc网络的最小循环时间；一个时段被被划分成V个时帧，每个时帧是时分多址工作模式的基本时间单元；一个时帧被划分成S个时隙，每一个时隙是一个用户终端能够接入这个TFDMAadhoc网络的基本时间单元；一个时隙被划分成E个时元，每一个时元是具有确定或可调占空比的脉冲符号包所占用的时间，也是置换群码中一个码字内一个码元的持续时间；
所述时段-频隙环网，简称环网或子网，由U个时段中的一个时段结合一个频隙Δf确定，具体为一个时段的V·S个时隙的最后一个时隙与第一个时隙相连，形成由V·S个时隙和一个频隙Δf构成的时段-频隙环网，也称为时隙-频隙环网或环网，所述网络系统一共包括N个可独立运行的环网，每一个环网分配一个确定的跳频频点或子信道的中心频率；
所述圆柱形格网，由所述N个可独立运行的环网按照时隙对齐的方式堆叠成一个圆柱形格网；在N个环网的每一个对应时隙均对齐的情况下，格网包含V·S个时条，每一个时条由一个时隙和N个频隙构成；
所述TFDMAadhoc网络由U个圆柱形格网构成，即一个格网重复使用U次，由此形成覆盖全频域和全时域的时频分多址自组织网络。
2.根据权利要求1所述的TFDMA随机自组织adhoc网络的构造方法，其特征在于，TFDMA随机自组织adhoc网络的多用户的接入方式包括：
方式1：N个用户分别接入N个独立的环网，以频分多址和时分复用的模式接入网络，即N个用户使用不同的N个频率复用同一个时隙，提供了N个机器人终端在一个时隙内同时接入N个独立环网的多机器人同步运行的工作方式；
方式2：S个用户在一个时帧内接入一个环网，以时分多址和复用一个频率的模式接入网络；
方式3：S·N个用户在一个时帧内接入N个独立的环网或者接入一个格网，其中在N个环网的每一个中，均有S个用户以时分多址和复用同一个频率的形式接入网络；在格网一个时帧的持续时间内，在其S个时条的每一个中，均有N个用户以频分多址和复用同一个时隙的形式接入网络；
方式4：接入某个环网的一个用户将占有一个时频隙，即T·Δf，其中T表示一个时隙的持续时间，T＝E·Δt；在环网中的一个用户可以使用来自V个不同时帧的V个时隙，也可以使用下一个时段中来自V个不同时帧的V个时隙，再来下一个时段这样一直下去，因此24小时内一个用户最多可以使用V·U个时隙；
方式5：在N个环网的相同时帧内，最大用户数是N·S；一个环网包含V个TDMA-时帧，所容纳的最大用户数是S·V；一个格网所容纳的最大用户数是N·S·V；
由此形成覆盖全频域和全时域的时频分多址自组织(TFDMAadhoc)网络。
3.根据权利要求1所述的TFDMA随机自组织adhoc网络的构造方法，其特征在于，能够接入这个网络的收发信机终端应该配备具有时频分多址特征的n维双域调制信号；所述n维双域调制信号的构造方法是用一个n×n的置换矩阵来构成信号图案，这个置换矩阵取自置换群码的一个码字，置换矩阵的行索引和列索引分别用于建立调制多的域元或域隙索引和时间域的时元索引，导致调制多域和时域协同工作构成n维双域调制信号，n维双域调制信号图案的构建方法为：
n维双域调制信号以置换矩阵为模型进行构造，置换矩阵的行索引1，2，...，n从下到上用来确定纵轴上连续调制多域的具体取值，设di表示调制多域的n个域值中的第i个值，并给出取值的索引，i＝0，1，2，...，n，d0＝0表示调制多域的起始0值；多域调制是指幅度调制域、相位调制域、频率调制域、脉冲位置调制域、极化调制域、空间调制域以及这些调制多域的有效组合，如幅度域和相位域的联合调制多域等；设Δdb＝di-di-1表示调制多域的值元或值隙，它是调制多域的某个域内，n个值按从小到大排列d1，d2，...，dn的相邻两个值的差值，或者是n个调制多域值中任意两个值的最小差值，b＝1，2，...，n，给出了调制多域的值元或值隙，Δdb，的索引；
所述置换矩阵的列索引1，2，...，n从左到右被处理成横轴上连续时间域中的n个时刻，记为ti，表示时间域中n个时刻的第i个时刻，并给出连续时刻的索引，i＝0，1，2，...，n，t0＝0表示时间域的起始0时刻；双域调制信号的一个域是由上述置换矩阵的行索引确定的调制多域，另一个域则是由置换矩阵的列索引确定的时间域；时间域中n个时刻的相邻两个时刻的差值定义为时元，n个时刻对应n个时元，其中每个时元的持续时间是Tc＝Δtb＝ti-ti-1，b＝1，2，...，n给出了时元索引；Tc＝Δtb也是一个置换码字中一个码元的持续时间；那么Tw＝nTc是一个码字的持续时间，也是一个n维双域调制信号的持续时间；
调制多域的n个域元Δdb和时间域的n个时元Δtb构成了调制多域和时间域构成的n维双域调制信号模型，当b＝1，2，...，n；在置换矩阵中n个“1”元素所对应的n个时元Δtb的时间间隔内，由一个置换矢量的n个值所调制的n个载波在每一个时元Δtb被分别发射，在置换矩阵中每个“0”元素所在的位置，不发射信号；n维时域和n维调制多域的信号图案中，置换矩阵中“1”元素所在的位置，被调制域元Δdb和时元Δtb所形成调制载波信号所取代，表示成一个方形色块；置换矩阵中“0”元素所在的位置，用一个无填充方块取代。
4.根据权利要求3所述的TFDMA随机自组织adhoc网络的构造方法，其特征在于，所述n维双域调制信号具体为：双域调制中一个域指的是时间域，另一个是调制多域，确定为载波的幅度调制域、相位调制域和频率调制域，n维双域调制信号是由时间域和调制多域(主要指幅度域、相位域、频率域或者它们的两两组合或者三者组合的多域)所构成信号模型，其信号模型一般表达式的结构为：
构造一个表示Pn中任意置换码字的符号Xm(a；l1；(tl1)q)，其中X∈{A，P，F}，A表示幅度，P表示相位，F表示频率，Xm的下标m给出了n维双域调制信号集合中信号数量的索引或编号，m的值由陪集编号a和移位次数q确定，即m＝f(a，q)；
当Xm＝Am时，置换码字Am(a；l1；(tl1)q)是调制载波幅度的n维置换矢量；当Xm＝Pm时，置换码字Pm(a；l1；(tl1)q)是调制载波相位的n维置换矢量；当Xm＝Fm时，置换码字Fm(a；l1；(tl1)q)是调制载波频率的n维置换矢量；
圆括号中的三个符号，(a；l1；(tl1)q)，给出了产生这个置换码字的三个要素，当a和q确定时，这三个要素能够形成一个计算指定置换码字的表达式Xm(a；l1；(tl1)q)＝(tl1)q(a·l1)；这三个符号的含义：a是陪集首集合Ln中置换码字的索引，也是陪集的编号，a的取值范围为1≤a≤n-1，当n是素数时，a能够取到最大值a＝|Ln|＝n-1，当n不是素数时，a的所有取值相对于任意n＞1是互斥的，所有a的值应该满足GCD(a，n)＝1(要求a的每一个取值和n之间的最大公因子均为1)，这时a的所有取值都小于n-1；l1是单位置换码字，l1＝[12...n]；设(tl1)Q表示循环左移复合函数(tl1)n-1的降阶函数，Q是循环移位次数索引q的最大值，降阶的原因是数字通信要求Q必须是2的幂，q的取值为1≤q≤Q≤n-1，Q使(tl1)Q作用于陪集首集合Ln＝{a·l1}，能够产生置换格码Γn＝{(tl1)QLn}＝{(tl1)Q{al1}}，给定q和a的具体值，可以准确的计算置换格码Γn中对应码字的索引或编号，m＝(a-1)(Q+1)+q；用于载波的幅度、相位和频率调制的n维矢量一定是置换格星座图中的置换码字；
矢量表示幅度调制置换码字，是用于幅度调制的置换格码；表示相位调制置换码字，是用于相位调制的置换格码；表示频率调制置换码字，是用于幅度调制的置换格码；均是Pn的子集，它们的尺寸均是2的幂，它们可以是相同的，也可以是不同的；这种不同的差异表现为：所包含的置换码字不同，尺寸不同；1≤q1≤Q1，1≤q2≤Q2，1≤q3≤Q3，Q1，Q2，Q3≤n-1，它们可以是不同的值，也可以是相同的值；
n维双域调制信号的一般模型是同时用置换码字对载波的幅度进行调制、用置换码字对载波的相位进行调制和用置换矢量对载波的频率进行调制，n维双域调制信号模型的一般表达式为：
5.根据权利要求3所述的TFDMA随机自组织adhoc网络的构造方法，其特征在于，所述n维双域调制信号具体为：n维双域调制信号的“双域”是指：一个域是时间域，另一个域是调制单域或者多域的联合域，其中调制单域是指幅度调制域、相位调制域和频率调制域，调制多域是指三个调制域的两两联合甚至三个调制域的联合，具体构成6种n维双域调制信号模型的表达式和信号图案：
模型1：设n维调制域是载波幅度，di＝Ai，置换矩阵的行索引1，2，...，n从下到上用来确定幅度值A1，A2，...，An，其中i＝0，1，2，...，n是幅度值的索引，幅度值的起始值为A0＝0；相邻两个幅度值的差值构成幅元(amplitudechip)或幅隙(amplitudeslot)，Δdb＝di-di-1＝ΔAb＝Ai-Ai-1，b＝1，2，...，n是幅元或幅隙的索引；这就是用一个n×n置换矩阵来构造一个n维时间域和n维幅度域的双域调制信号模型，简称为n维时幅调制信号(n-TAM)；置换矩阵中从左到右的第i个“1”元素由对应第b个时元Δtb的幅度值Ai取代，Ai是置换码字中的一个码元值，对于每一个确定的q1和a，得到Ai＝ui(i＝1，2，...，n)；如果，一个k比特的二进制信息序列选择置换格码中的一个码字[u1u2...un]，Q1≤n-1，1≤q1≤Q1，a≤|Ln|，那么载波的n维时间幅度调制信号n-TAM可以建模成如下的数学表达式，包括复信号模型和实信号模型：
0≤t≤Tw，0≤t1，t2...，tn≤Tc，
n维时幅调制信号图案n-TAP是由n2个方块构成的平面图案，这个图案的横坐标是时元Δtb＝ti-ti-1序列Δt1，Δt2，...，Δtb，...，Δtn，纵坐标是幅元或者幅隙Δdb＝ΔAb＝Ai-Ai-1＝1序列ΔA1，ΔA2，...，ΔAb，...，ΔAn，每一个方块是ΔAb和Δtb的乘积ΔAb·Δtb，b＝1，2，...，n；置换码字中每个对应时元Δtb的码元值Ai取代n×n置换矩阵中从左到右的第i个“1”元素；
模型2：设n维调制域是载波相位，di＝pi，置换矩阵的行索引1，2，...，n从下到上用来确定相位值p1，p2，...，pn，其中i＝0，1，2，...，n是相位值的索引，相位值的起始值为p0＝0；相邻两个相位值的差值构成相元(phasechip)或相隙(phaseslot)，Δdb＝di-di-1＝Δpb＝pi-pi-1，b＝1，2，...，n是相元或相隙的索引；这就是用一个n×n置换矩阵来构造一个n维时间域和n维相位域的双域调制信号模型；简称为n维时相调制信号(n-TAM)；置换矩阵中从左到右的第i个“1”元素由对应第b个时元Δtb的相位值pi取代，pi是置换码字中的一个码元值vi确定，当q2和a是确定的，得到具体的相位值如果，一个k比特的二进制信息序列选择置换格码中的一个码字[v1v2...vn]，Q2≤n-1，1≤q2≤Q2，a≤|Ln|，那么载波的n维时间相位调制信号n-TPM可以建模成如下的数学表达式，包括复信号模型和实信号模型：
0≤t≤Tw，0≤t1，t2...，tn≤Tc，m＝1，2，...，M
n维时相调制信号图案n-TPP是由n2个方块构成的平面图案，这个图案的横坐标是时元Δtb＝ti-ti-1序列Δt1，Δt2，...，Δtb，...，Δtn，纵坐标是相元或者相隙Δdb＝Δpb＝pi-pi-1序列Δp1，Δp2，...，Δpb，...，Δpn，每一个方块是Δpb和Δtb的乘积Δpb·Δtb，b＝1，2，...，n；置换码字中每个对应时元Δtb的码元值vi所确定的相位值取代n×n置换矩阵中从左到右的第i个“1”元素；
模型3：设n维调制多域是载波频率，di＝fi，置换矩阵的行索引1，2，...，n从下到上用来确定系统分配个一个用户n个频率f1，f2，...，fn的编号i＝0，1，2，...，n是频率值的索引，频率值的起始值为f0≠0是分配给一个用户n个频率的最小频率的前一个频率；相邻两个频率值的差值构成频元(frequencychip)或频隙(frequencyslot)，Δdb＝di-di-1＝Δpb＝pi-pi-1，b＝1，2，...，n是频元或频隙的索引；这就是用一个n×n置换矩阵来构造一个n维时间域和n维频率域的双域调制信号模型；简称为n维时-频双域调制信号(n-TFM)；置换矩阵中从左到右的第i个“1”元素由对应第b个时元Δtb的频率值fi取代，fi的下标编号i由置换码字中的第i个码元值wi确定，当q3和a是确定的，得到具体的相位值如果，一个k比特的二进制信息序列选择置换格码中的一个码字[w1w2...wn]，Q3≤n-1，1≤q3≤Q3，a≤|Ln|，那么载波的n维时间频率调制信号n-TFM可以建模成如下的数学表达式，包括复信号模型和实信号模型：
0≤t≤Tw，0≤t1，t2...，tn≤Tc，m＝1，2，...，M
n维时频调制信号图案n-TFP是由n2个方块构成的平面图案，这个图案的横坐标是时元Δtb＝ti-ti-1序列Δt1，Δt2，...，Δtn，纵坐标是频元或者频隙Δdb＝Δfb＝fi-fi-1序列Δf1，Δf2，，...，Δfn，每一个方块是Δfb和Δtb的乘积Δfb·Δtb，b＝1，2，...，n：置换码字中每个对应时元Δtb的码元值wi所确定的频率取代n×n置换矩阵中从左到右的第i个“1”元素；
模型4：设n维调制多域是载波幅度域和相位域的联合，di＝Ai和di＝pi，置换矩阵的行索引1，2，...，n从下到上用来确定幅度值A1，A2，...，An和相位值p1，p2，...，pn的联合，其中i＝0，1，2，...，n是幅度值和相位值联合后的索引，可以按照幅度值进行索引，也可以按照相位值进行索引；幅元或幅隙和相元或相隙，Δdb＝di-di-1＝ΔAb＝Ai-Ai-1和Δdb＝di-di-1＝Δpb＝pi-pi-1，由第i个幅度值和第i个相位值共同构成第i个载波，b＝1，2，...，n可以是幅元或幅隙的索引，也可以是相元或相隙的索引；这就是用两个n×n置换矩阵来构造一个n维时间域和n维幅度域与n维相位域的联合多域构成双域调制信号模型，简称为n维时-幅相调制信号(n-TAPM)；两个置换矩阵中的“1”元素分别由对应时元Δtb的幅度值Ai和相位值pi取代，Ai是置换码字中的一个码元值，pi是置换码字中的一个码元值vi确定，当q1，q2和a是确定的，可以得到Ai＝ui和如果，一个k比特的二进制信息序列选中中的一个码字[u1u2...un]，Q1≤n-1，1≤q1≤Q1另一个k比特的二进制信息序列选中中的一个码字[v1v2...vn]，Q2≤n-1，1≤q2≤Q2，a＝|Ln|，那么基于置换矩阵的载波幅度和相位信号n-TAPM将携带2k比特的二进制信息，可以建模成如下数学表达式，包括复信号模型和实信号模型：
n维时幅相调制信号图案n-TAPP是由n2个方块构成的平面图案，每个方块分别由两个图案——n-TAP和n-TPP——的方块中的载波幅度调制和相位调制混合而成；如果幅度信号图案n-TAP的码字来自(但)，那么n-TAPP图案与n-TAP图案有相同的结构，但方块中的多域调制值用幅度值和相位值联合值来取代；如果相位信号图案n-TPP的码字来自(但)，那么n-TAPP图案与n-TPP图案有相同的结构，但方块中的多域调制值用幅度和相位的联合值去取代；
模型5：设n维调制多域是载波幅度域和频率域的联合，di＝Ai和di＝fi，置换矩阵的行索引1，2，...，n从下到上用来确定幅度值A1，A2，...，An和频率值f1，f2，...，fn的联合，其中i＝0，1，2，...，n是幅度值和频率值联合后的索引，可以按照幅度值进行索引，也可以按照频率值进行索引；幅元或幅隙和频元或频隙，Δdb＝di-di-1＝ΔAb＝Ai-Ai-1和Δdb＝di-di-1＝Δfb＝fi-fi-1，...
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