CN101202682B - 提高容错能力的方法和保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了提高容错能力的方法，该方法包括：次要保护设备接收到超帧的设定数目的同步突发后，计算所述同步突发的同步索引的误码率，判断所述误码率是否大于预置的误码率门限值，如果是，丢弃所述超帧，否则，继续接收所述超帧。本发明可以提高次要保护设备的接收容错能力，提升设备性能。

Description

提高容错能力的方法和保护系统

技术领域

本发明涉及容错能力技术，尤其涉及提高容错能力的方法和保护系统。

背景技术

IEEE802.22称为无线区域网(WirelessRegionalAreaNetwork，WRAN)，致力于在47MHz-910MHz带宽之间的VHF/UHF(VeryHighFrequency/UltraHighFrequency，甚高频/超高频)电视广播信道上采用未使用的电视广播信道，基于无干扰情况，在农村、偏远地区和低人口密度地区提供类似于ADSL(AsymmetricalDigitalSubscriberLoop，非对称数字用户线路)和电缆调制解调技术的宽带接入能力。在1.25人/km₂或以上类型区域内，在4瓦特用户设备全向发射功率的情况下(4WattCPEEIPR)，系统典型的覆盖半径为33公里(km)，如果允许更高站址基站的功率进入调整区域，其最大覆盖半径可达100km。WRAN系统是一种免许可运营(License-exemptOperation)系统，目的是使用一种称为感知无线电的技术，将分配给电视广播的VHF/UHF频带用作宽带访问线路，寻找LU(LicensedUser，许可用户)的空闲频带进行通信，比如在DTV(无线数字电视)的VHF/UHF等许可频带中，寻找没有被占用的频段作为WRAN网络的承载频段。WRAN技术是实现民用的“UWB”(UltraWideband，超宽带)之后又一新的无线频率应用技术；同时，WRAN系统之间也都是免许可的，可以被多个运营商使用。

由于WRAN系统是免许可的，需要使用已有用户的频带，所以WRAN系统必须对所用信道进行感应，以确定信道上是否已存在用户的信号，避免对已有用户产生干扰。为了检测WRAN低功率设备，摩托罗拉公司提出了一种用于加强保护低功率设备的保护设备，这种设备监测低功率设备的工作信道，如果检测到低功率设备的存在，就向WRAN设备发送信标(beacon)，发送低功率设备的存在信息及相关信息。这种保护设备分为两种工作方式，一种是主要保护设备(PrimaryProtectingDevice，PPD)方式，工作在这种方式下称该保护设备为主要保护设备；另外一种是次要保护设备(SecondaryProtectingDevice，SPD)方式，工作在这种方式下称该保护设备为次要保护设备。它们区别在于beacon信息都是由PPD设备进行发送，包括SPD设备的beacon，PPD设备除了发送自己的beacon信息之外，还负责发送SPD设备的beacon。如果SPD需要发送beacon信息，那么SPD设备就会通知PPD设备，并且将其beacon信息发送给PPD设备，然后由PPD设备进行发送。PPD以超帧的方式与SPD保持通信，超帧结构包括同步突发和beacon等。通常，将PPD和SPD组成的系统称为保护系统。

在WRAN系统中，由于PPD和SPD大多情况下是静止的，信道条件变化较慢，如果PPD向SPD发送超帧的一段时间内，信道条件都不好，SPD接收到超帧的同步突发的同步索引误码率将会很高，导致译码出错。SPD在信道条件不好的时候所做的译码工作无效，只会增加设备负担，浪费设备资源，现有技术并没有提供在发现同步索引误码率过高时丢弃所述超帧的方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供提高容错能力的方法和次要保护设备及保护系统，以实现提高次要保护设备的接收容错能力，提升设备性能。

为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种提高容错能力的方法，包括：次要保护设备接收到超帧的设定数目的同步突发后，计算所述同步突发的同步索引的误码率，判断所述误码率是否大于预置的误码率门限值，如果是，丢弃所述超帧，否则，继续接收所述超帧，次要保护设备接收到的超帧由主要保护设备发出；在发出超帧前，主要保护设备对超帧的同步突发的同步索引进行调制。

一种保护系统，包括主要保护设备和次要保护设备；主要保护设备包括：同步突发发送单元，用于向次要保护设备发送超帧的同步突发；次要保护设备包括：误码率计算单元，用于接收到超帧的设定数目的同步突发后，计算所述同步突发的同步索引的误码率；门限值比较单元，用于判断所述误码率是否大于预置的误码率门限值，并向同步突发处理单元发送判断结果；同步突发处理单元，当所述误码率大于预置的误码率门限值时，丢弃所述超帧，当所述误码率小于等于预置的误码率门限值时，继续接收所述超帧。

从以上技术方案可以看出，由于在本发明中，次要保护设备接收到超帧的设定数目的同步突发后，计算所述同步突发的同步索引的误码率，判断所述误码率是否大于预置的误码率门限值，如果是，丢弃所述超帧，否则，继续接收所述超帧；通过设置同步索引误码率门限值，主动发现译码出错，在误码率大于门限值时丢弃同步索引误码率过高的超帧，从而提高接收容错能力，提升设备性能。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2a和图2b为现有技术的超帧结构示意图；

图3为同步索引调制前后的性能比较示意图；

图4为在30个超帧中小于门限的比特数示意图；

图5为本发明的保护系统示意图。

具体实施方式

本发明提供提高容错能力的方法和次要保护设备及保护系统，其核心思想为，预置同步索引误码率门限值，当次要保护设备接收到超帧的设定数目的同步突发后，计算所述同步突发的同步索引的误码率，将同步索引的误码率与同步索引误码率门限值进行比较，如果前者大于后者，说明误码率过高，丢弃所述超帧，如果前者小于等于后者，说明误码率在正常范围内，继续接收所述超帧。本发明能够提高次要保护设备的接收容错能力。所述容错能力是指当设备译码出现错误时，设备应付出错情况的能力。

请参考图1，为本发明的方法流程图：

步骤101.次要保护设备接收到超帧的设定数目的同步突发。

步骤102.计算同步突发的同步索引的误码率。

步骤103.判断所述误码率是否大于预置的误码率门限值，如果是，继续步骤103a，丢弃所述超帧；如果否，继续步骤103b，继续接收所述超帧。

为进一步理解本发明，以下通过具体实施例对本发明提高容错能力的方法进行详细的描述。

请参考图2a和图2b，为现有技术超帧结构示意图。

其中，图2a为摩托罗拉公司提出的超帧结构，该超帧结构由同步突发、beacon数据、接收周期和确认周期组成。同步突发包含同步头和同步索引，图中的N，N-1，N-2…表示同步索引，该同步索引可以使得接收端能够很快的确定同步头的位置。同步突发之后是beacon数据。Beacon数据之后是可选的接收周期，在接收周期，PPD设备停止监控信道，准备接收SPD设备发送的RTS(RequestToSend)突发。如果PPD接收到SPD的RTS突发，那么在下一个周期，PPD就停止发送自己的beacon，而改发SPD的beacon。最后是一个可选的确认周期，在确认周期，PPD设备将会发送ACK/NACK(Acknowledge/non-acknowledge)突发给SPD设备，以确认收到SPD设备发送的RTS突发。

图2b为三星公司提出的超帧结构。摩托罗拉公司提出的超帧结构为同步突发和信标数据串行发送，发送完了同步突发之后再发送信标数据。而三星公司提出的超帧结构为同步突发和信标数据并行发送，信标数据和同步突发同时发送。

在发送超帧的同步突发前，PPD对同步突发的同步索引进行调制，其中包括扩频调制和编码调制。

首先采用8位沃尔什码(Walsh)对同步突发进行扩频调制。Walsh函数是一类取值+1与-1的二元正交函数系。它有多种等价定义方法，常用的是哈达码(Hadamard)编号方法。

一般Hadamard矩阵为n×n的正交方阵，其中n是2的幂，即n＝2_m。它的实质是任何不同的两行有n/2个位置对应值不同；矩阵中有一行含全+1，其他行含有数目相等的+1和-1，各占n/2；而且，H_n第一行和第一列元素全为+1，只有当n是2的幂时才存在Hadamard矩阵n×n。Hadamard矩阵具有下列递推关系：

$H_{2^0}=H_1=1,$ $H_{2^r}=\left[\begin{array}{cc}{H}_{2^{r-1}}& H_{2^{r-1}}\\ H_{2^{r-1}}& -H_{2^{r-1}}\end{array}\right]$

其中r＝1，2，...

当r＝1时，有 $H_{2^1}=H_2=\left[\begin{array}{cc}{H}_1& H_1\\ H_1& -H_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right]$

当r＝2时，有 $H_{2^2}=H_4=\left[\begin{array}{cc}{H}_2& H_2\\ H_2& -H_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& -1& 1& -1\\ 1& 1& -1& -1\\ 1& -1& -1& 1\end{array}\right]$

如此类推。

Hadamard矩阵与Walsh矩阵对应关系如下：

$W_{2^r}^n={\left[H_{2^r}\right]}_{n+1}$

其中r＝1，2，...，n＝0，1...，2_r-1。它表示以2_r为周期，编号为n的离散Walsh函数是由

的第n+1行确定。

Walsh函数最重要的性质之一是正交性，若r为非负整数，而n＝0，1，...，2_r-1，则：

即在同一周期中，Walsh序列是正交的。

本方案利用Walsh序列的正交特性，对同步突发的同步索引进行扩频调制。

使用二进制相移键控(BinaryPhaseShiftKey，BPSK)对扩频调制后的同步索引进行编码调制；然后进入高斯白噪声信道，即将高斯白噪声添加到编码调制后的同步索引中；添加高斯白噪声的同步索引与同步码合并，得到同步突发。

在进行编码调制时，除了BPSK调制之外，还可以采用其他的调制方式，如正交相移键控(QuadraturePhaseShiftKeying，QPSK)，正交振幅调制(QuadratureAmplitudeModulation，16QAM)等。

请参考图3，为同步索引调制前后的性能比较示意图。图中的曲线表示误码率(BER)与信噪比(SNR)的变化关系，其中，上面的曲线为调制前误码率与信噪比的关系，下面的曲线为调制后误码率与信噪比的关系。从图中可以看出，采用了Walsh扩频后，性能得到了很大的提升，同样的信噪比情况下，提高了将近4.5dB左右。说明采用Walsh扩频增加同步索引的稳定性，提高了抗干扰能力，从而提高接收端的同步译码概率。

PPD将同步突发发送给SPD。SPD在接收到超帧的同步突发后，计算同步突发的同步索引的误码率。判断所述误码率是否大于预置的误码率门限值，如果是，丢弃所述超帧；如果否，继续接收所述超帧。

上述的误码率门限值根据实际工作情况而定。本技术方案将SNR＝-1.5dB看成分界点，取SNR＝-1.5dB时BER的数值作为门限值。比如，在图3中，选中调制后的曲线，当取SNR＝-1.5dB时，BER为0.117，把该值作为调制后的同步索引误码率门限值。可以理解的是，由于门限值是在一定环境下计算出来的误码率，不同的工作环境门限值可能有所不同。

同步突发中的同步码为15bits，同步突发中的同步索引为9bits；即同步突发长度为24bits。在一个超帧中，最大可有382个同步突发。请参考图4，为实际应用场景下，在30个超帧中小于门限的比特数示意图。从图中可以看出，经过30个超帧后，平均下来大概有1717个比特数目满足门限要求，这就是说大概经过1717/24＝72个同步突发后，能够满足所设定的门限要求。如果SPD在接收了72个突发之后，BER大于门限值，那么SPD就认为没有和PPD达到同步，停止接收这个超帧剩下的数据，即将所述数据丢弃；如果BER小于等于门限值，SPD就认为已经和PPD达到了同步，继续接收同步突发直到接收完这个超帧。

需要说明的是，以上72个突发是在一定工作环境与发送一定长度的超帧的情况下，计算出来的。在实施本发明的时候，工作环境不同，超帧长度不同，计算出的同步突发也可能不同。根据本发明的思想，只要选取的数目能够合理的判断BER是否大于门限值即可。

本发明提供的次要保护设备包括：误码率计算单元，用于接收到超帧的设定数目的同步突发后，计算所述同步突发的同步索引的误码率；门限值比较单元，用于判断所述误码率是否大于预置的误码率门限值，并同步突发处理单元发送判断结果；同步突发处理单元，当所述误码率大于预置的误码率门限值时，丢弃所述超帧，当所述误码率小于等于预置的误码率门限值时，继续接收所述超帧。

请参考图5，为本发明的保护系统示意图。该系统包括主要保护设备510和次要保护设备520；

主要保护设备510包括：

扩频调制单元511，用于对同步索引进行扩频调制；

编码调制单元512，用于对所述扩频调制后的同步索引进行编码调制；

同步突发合并单元513，用于把所述编码调制后的同步索引与同步码合并成同步突发，将所述同步突发发送到同步突发发送单元。

同步突发发送单元514，用于向次要保护设备发送超帧的同步突发；

次要保护设备520包括：

误码率计算单元521，用于接收到超帧的设定数目的同步突发后，计算所述同步突发的同步索引的误码率；

门限值比较单元522，用于判断所述误码率是否大于预置的误码率门限值，并同步突发处理单元发送判断结果；

同步突发处理单元523，当所述误码率大于预置的误码率门限值时，丢弃所述超帧，当所述误码率小于等于预置的误码率门限值时，继续接收所述超帧。

以上对本发明所提供的提高容错能力的方法和次要保护设备及保护系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种提高容错能力的方法，其特征在于，包括：

次要保护设备接收到超帧的设定数目的同步突发后，计算所述同步突发的同步索引的误码率，判断所述误码率是否大于预置的误码率门限值，如果是，丢弃所述超帧，否则，继续接收所述超帧；

所述次要保护设备接收到的超帧由主要保护设备发出；在发出超帧前，主要保护设备对超帧的同步突发的同步索引进行调制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，主要保护设备对超帧的同步突发的同步索引进行扩频调制和编码调制。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述扩频调制为沃而什扩频调制。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述编码调制为以下调制方式之一：二进制相移键控、正交相移键控和正交振幅调制。

5.根据权利要求1至4其中之一所述的方法，其特征在于，所述的误码率门限值为，信噪比为-1.5分贝时，同步索引的误码率。

6.一种保护系统，其特征在于，包括主要保护设备和次要保护设备；

主要保护设备包括：

同步突发发送单元，用于向次要保护设备发送超帧的同步突发；

次要保护设备包括：

误码率计算单元，用于接收到超帧的设定数目的同步突发后，计算所述同步突发的同步索引的误码率；

门限值比较单元，用于判断所述误码率是否大于预置的误码率门限值，并向同步突发处理单元发送判断结果；

同步突发处理单元，当所述误码率大于预置的误码率门限值时，丢弃所述超帧，当所述误码率小于等于预置的误码率门限值时，继续接收所述超帧。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，主要保护设备还包括：

扩频调制单元，用于对同步索引进行扩频调制；

编码调制单元，用于对所述扩频调制后的同步索引进行编码调制；

同步突发合并单元，用于把所述编码调制后的同步索引与同步码合并成同步突发，将所述同步突发发送到同步突发发送单元。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述扩频调制单元进行的扩频调制为沃尔什扩频调制。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述编码调制单元进行的编码调制为以下调制方式之一：二进制相移键控、正交相移键控和正交振幅调制。

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