CN101207534B - 一种信号发送方法以及通讯系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信号发送方法以及通讯系统，用于提高被保护设备的保护效果。所述方法包括：基本保护设备发送包含信标数据帧长度信息的同步帧；基本保护设备或第二保护设备发送信标数据帧；免许可系统根据接收到的信标数据帧长度信息设置对应的静默时间接收信标数据帧。所述系统包括：基本保护设备，用于发送包含信标数据帧长度信息的同步帧以及发送信标数据帧；第二保护设备，用于发送信标数据帧；免许可系统，根据接收到的信标数据帧长度信息设置对应的静默时间接收信标数据帧。本发明可以提高对被保护设备的保护效果。

Description

一种信号发送方法以及通讯系统

技术领域

本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种信号发送方法以及通讯系统。

背景技术

近年来随着无线技术的快速发展和普及，频谱资源日益紧缺。为了解决这一问题，目前出现了一些频谱共享系统。这些系统的特征是其工作频段不需要授权。在工作频段内，这些免许可系统需要和授权系统进行共存并利用其暂时空闲的频段。免许可系统的工作前提是不能对许可系统的正常工作造成干扰，而且一旦检测到许可授权系统存在于某个它正在使用的频段，免许可系统必须无条件地退出该频段，并跳转到其他没有被许可系统占用的频段上继续工作。这种工作模式，也就是通常说的频谱池系统，许可用户具有使用频谱的优先权利，免许可用户(也叫租借用户，第二用户)在不影响许可用户的前提下可以使用这些频段。

为了不影响许可用户对频段的使用，所以就需要对许可用户设备占用的信道情况进行检测，以保护许可用户设备。

例如在无线区域网络(WRAN，Wireless Regional Area Network)系统中，有被保护设备，例如Part 74设备，还有保护设备，即用来保护被保护设备的设备，保护设备分为基本保护设备(PPD，Primary Protecting Device)和第二保护设备(SPD，Secondary Protecting Device)。

保护设备在初始化时，会对信道监测一定的时间，如果在该时间内，没有发现在该信道已经存在保护设备，那么该保护设备将作为一个PPD工作。如果检测到已经有保护设备存在，那么该保护设备将根据上层的指示，可以选择作为PPD或SPD。

图1是PPD的超帧结构。前面是N个同步burst，同步burst结构如图2所示，每一同步burst含有一个15比特的同步头和一个9比特的随burst的传输而递减的序号。SPD和WRAN系统根据这些同步burst快速检测到PPD，并且SPD通过这些同步burst与PPD同步，N值由PPD确定。这N个同步burst只能由PPD周期性的发送，SPD只能接收。同步burst后是一个beacon frame，由第0个同步burst和一个beacon PSDU组成，PPD和SPD可在该时间内发送beacon通知WRAN系统哪些频段被Part 74设备占用。图3为保护设备发送的物理协议数据单元(PPDU，PHY Protocol Data Unit)的格式。其中MAC payload前有一个MAC头(MHR)和后有一个MAC尾(MFR)。

MHR含有三个参数和源地址，位置，子信道Map，和时间戳。MFR含有一个16字节的信息完整性码。MHR、MAC payload、MFR构成媒体访问控制协议数据单元(MPDU，MAC Protocol Data Unit)即物理服务数据单元(PSDU，PHY Service Data Unit)。PSDU、SHR、PHR构成了beacon帧。MAC作为PSDU传送给PHY成为PHY payload。PHY payload前有一同步头(SHR)含有Sync和序号0，一个PHY头(PHR)含有PHY payload长度。SHR、PHR和PHY payload构成PPDU。紧接着就是beacon帧的是Rx period，在该周期内，PPD将接收来自SPD发送的RTS(Request to Send)burst，SPD通过该burst通知PPD自己要发送beacon，如果PPD在接下来的ANP内发送ACK，那么该SPD将在下一个超帧的beacon时间内发送beacon，而此时PPD只能作为接收机接收该SPD发送的beacon。接收到该beacon后，PPD可以选择将该beacon消息与自己侦测的数据结合起来，在下一个发送时刻发送，WRAN既可以接收PPD发送的beacon，也可以接收SPD发送的beacon获取信道占用信息。如果PPD在ANP内发送了NACK(这有可能是同时有多个SPD在Rx period发送RTS而造成冲突所致)，此时这些发送RTS的SPD将不能在下一超帧内发送beacon，这些SPD会使用一个随机的回退时间来确定下一次发送RTS的时间来减小RTS的冲突，直到接收到PPD发送的ACK时才能发送beacon。也就是说，一个帧周期内，同步burst和ANP是由PPD发送的，而beacon可能是PPD或SPD发送的，Rx period则是SPD发送的时刻。

现有技术中一种信号发送方法如图4所示，保护设备采用的是双相相位键控(BPSK，Binary Phase Shift Keying)调制方式，首先PPD发送同步burst，一直等到burst减为1，如果是PPD发送beacon帧的话，那么PPD发完同步burst后继续发送beacon，如果是SPD发送beacon帧的话，那么PPD发送完burst后，SPD接着发送beacon。然后是Rx period和ANP。

但是当WRAN接收到同步burst时，不能从同步burst中知道此超帧中的PSDU的长度信息，因此就不能够安排一个长度合适的静默周期来接收PSDU；

另外，发送PSDU时，没有同步burst在发送，当WRAN在该时期内调度感知窗时，因为检测不到同步burst且不能完整接收到PSDU，则可能认为在该信道上没有保护设备在发送信号，容易导致beacon的丢失。

现有技术中另一种信号发送方法为提案《22-06-0244-00-0001_Dual_Channel_Beacon_with_FEC》，具体为：先把要发送的数据经过四相相位键控(QPSK，Quaternary Phase Shift Keying)调制后分成I路和Q路，然后再进行复数扩频调制，最后一起发送出去。QPSK的作用是将要传输的数据分成两组，然后经过串/并电路成I，Q路，此技术方案对要发送的数据进行I路和Q路分离时，采取的是如图5所示的方式。

但是，在该方案中，PPDU的长度为大于等于44字节。根据图2的PPDU格式，可以计算得到一个beacon PSDU的长度在一帧中的比例至少为44/(10+44)＝0.818(其中一个同步burst的大小取为6个字节，加上frame长度和initialization的1字节，RTS和ANP的3字节等于10个字节)，也就是说保护设备在大部分时间内都在发送beacon，即WRAN系统在大部分时间内都需要检测保护设备的发送数据。如果WRAN系统调度一个静默周期感知保护设备发送的同步burst，而这个同步burst正好落在发送beacon的时刻内，则系统不能正确解出该beacon。而且由于beacon在帧中所占的比例很大，所以系统很容易丢失beacon。虽然该提案在同步burst中加入了几个比特，用于指示下一帧中PSDU的长度或指示下一帧WRAN需要调度的静默周期大小，使得WRAN能够调度合适大小的静默周期来检测下一帧的beacon。但是如果下一帧的beacon是其他保护设备通过RTS请求得到允许后发送的，那么当前的保护设备将不能预知该beacon的PSDU长度，也就不能正确发送PSDU的长度或静默周期长度。所以说，该方案并不能很好的解决WRAN系统对beacon的正确接收问题。

现有技术中再一种信号发送方法为《22-06-0xxx-00-0000_I2R_Enhancement_of_Beacon_Design》，如图6所示，具体为：采用QPSK的方式进行数据调制，I路进行如下调制：首先调制同步burst中的15比特的同步头，把同步burst中的index序列用Q路来调制。调制完同步burst后，再调制beacon，此时把I路填充0，beacon的信息全部调制到Q路上，然后发送出去。用这种分组方式实现I路和Q路的同时传输。

但是，WRAN检测到同步burst时，不能够获得本帧中beacon的大小，也就不能安排一个合理的静默周期来接收beacon；

另外，该方案中，一个超帧周期为0.508秒，一个数据帧为83.25毫秒，假设beacon的大小是50个字节，则PSDU为47字节，根据已知的保护设备发送符号速率9609波特，计算得到PSDU所占的时间为83.25*47/50＝78.255ms，所以WRAN捕获beacon PSDU的概率将会是78.255/508＝0.154，这样WRAN任意调度一个感知窗，感知到beacon PSDU的概率是0.154，如果WRAN的感知窗在beacon PSDU内，那么WRAN将不能正确解出该beacon。在现有技术一中，一个超帧周期为0.99936秒，由于采用BPSK模式调制，一个比特对应0.1041毫秒，所以PSDU同为47字节时，WRAN捕获beacon PSDU的概率是47*8*0.1041/999.36＝0.0392，远比本方案的概率低，由于概率低有利于WRAN系统对同步burst的捕获，合理安排静默周期，正确接收保护设备发送的beacon，所以该方案也不能很好的解决WRAN系统对beacon的正确接收问题；

最后，发送PSDU时，没有同步burst在发送，当WRAN在该时期内调度感知窗时，因为检测不到同步burst且不能完整接收到PSDU，则可能认为在该信道上没有保护设备在发送信号，容易导致beacon的丢失。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种信号发送方法以及通讯系统，能够提高对被保护设备的保护效果。

本发明提供的信号发送方法，包括：基本保护设备发送包含信标数据帧长度信息的同步帧；基本保护设备或第二保护设备发送信标数据帧；免许可系统根据接收到的信标数据帧长度信息设置对应的静默时间接收信标数据帧。

本发明提供的通讯系统，包括：基本保护设备，第二保护设备以及免许可系统；所述基本保护设备用于发送包含信标数据帧长度信息的同步帧以及发送信标数据帧；所述第二保护设备用于发送信标数据帧；所述免许可系统根据接收到的信标数据帧长度信息设置对应的静默时间接收信标数据帧。

以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明实施例中PPD进行同步时向WRAN系统发送包含信标数据帧长度信息的同步帧，所以WRAN系统在检测到同步burst时可以解调出信标数据帧长度信息，WRAN就可以准确的调用静默时间来接收后续信标数据帧，所以增强了WRAN系统对信标数据帧的捕获能力，提高了对被保护设备的保护效果；

本发明实施例中同步burst帧由同步头，序号以及校验位组成，在同步头为15比特，序号为8比特，校验位为25比特时，信标数据帧在一帧中所占的比例很低，有利于WRAN系统检测到同步burst，从而安排合适的静默时间，用于接收后续的信标数据帧，所以进一步增强了WRAN系统对信标数据帧的捕获能力，进一步提高了对被保护设备的保护效果。

附图说明

图1为PPD超帧结构示意图；

图2为同步burst结构示意图；

图3为PPDU结构示意图；

图4为现有技术一方法流程图；

图5为现有技术二数据发送方式示意图；

图6为现有技术三数据发送方式示意图；

图7为本发明方法实施例流程图；

图8为本发明方法实施例数据发送方式示意图；

图9为本发明装置实施例示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种信号发送方法以及通讯系统，用于提高对被保护设备的保护效果。

请参阅图7，本发明信号发送方法实施例流程包括：

701、同步；

其中，PPD发送包含信标数据帧长度信息的同步帧进行同步。

702、发送信标数据帧；

其中，同步之后，PPD或SPD采用广播/组播方式发送信标数据帧。

703、接收信标数据帧.

其中，WRAN系统根据同步时接收到的信标数据帧长度信息设置对应的静默时间接收信标数据帧。

在上述实施例中，采用WRAN系统作为免许可系统的例子，可以理解的是，同样可以采用其它类似的免许可系统，处理流程一致。

下面对本发明信号发送方法进行详细描述，请参阅图8，本实施例采用QPSK调制方式：

1、PPD发送同步burst。

I路调制的是同步burst，Q路调制的为N值和M值，N值由PPD控制来表示下一个超帧中同步burst的数目，缺省值为最大。M值也由PPD控制，它表示下一个超帧中信标数据帧所占的同步burst的数目。

其中第一个burst序号X可以随机指定或由预置规则生成，发送同步burst，序号由X递减。

2、在发送了同步burst之后，发送的是beacon数据帧。

可以由PPD或SPD发送，包括I路和Q路数据。I路也需要调制同步burst，首先是同步burst 0，接着是同步burstN-1到同步burst N-M+2，这些同步burst由发送beacon的PPD或者SPD发送，其中N和M与上面所说的N、M相同。Q路调制的为frame length，Initialization以及PSDU。

3、SPD发送RTS的时刻Rx period。

此时I路不再调制同步burst，而是发送RTS的SPD用I路和Q路来共同调制RTS。这样RTS的时间缩短为原来的1/2。这样是为了减小RTS所占的时间，从而降低了WRAN在感知的时候，落在RTS处的概率。在SPD发送RTS周期两端分别有2bit的间隔，是PPD和SPD发送的转换时间，主要是考虑到PPD与SPD的距离及多径的影响。

4、PPD发送的ANP。

此刻I路调制同步burst N-M+1，此同步burst由PPD发送。Q路调制ANP数据。在接下来的I路调制的是同步burst N-M到同步burst 0，再又是同步burstN1。该N1值与前面所提及的N值意义相同，即是由PPD通过确定N和M值来确定本帧中发送的beacon的长度。

如果该beacon是由PPD自己发送，则N和M值很容易确定，因为PPD知道自己需要发送的beacon的大小。如果该beacon是由SPD自己发送，而SPD通过M值来调整自己的beacon大小。如果SPD要发送的beacon的小于M的值，SPD应在beacon的payload中填零补充，使得发送的beacon长度与N和M值相符；如果SPD要发送的beacon大于M，则SPD可以压缩beacon中payload的长度，使得发送的beacon长度与M值相符，对于还没有发送的，SPD也可以请求在下一超帧中发送beacon。

在上述的流程中，SPD发送RTS要求发送下一个信标数据帧，PPD分析接收到的RTS，判断是否存在冲突，若不存在冲突，则按照预置的规则选择对应SPD发送下一个信标数据帧，若存在冲突，则由PPD自己发送下一个信标数据帧。

其中，若PPD仅收到一个RTS，则选择发送该RTS的SPD发送下一个信标数据帧，若PPD接收到多个RTS则无法判断各个RTS的发送方，则由PPD自身发送信标数据帧。

其中，WRAN系统可以在以下三个时间段内调度感知窗检测同步burst：

一、PPD发送包含信标数据帧长度信息的同步帧时：

WRAN系统调度感知窗检测同步突发，在检测到同步突发后，对同步帧中Q路解调得到下一个信标数据帧长度信息以及同步突发的数目；

二、PPD或SPD发送信标数据帧时：

WRAN系统调度感知窗检测同步突发，检测到信标数据帧的I路其中一个同步突发后，得到当前同步突发到下一个信标数据帧之间同步突发的数目；

三、PPD发送确认消息时：

WRAN系统调度感知窗检测同步突发，检测到I路的同步突发后，得到当前同步突发到下一个信标数据帧之间同步突发的数目。

另外，本实施例支持的同步burst的格式如下表所示：

表1

同步头	序号	帧长	静默周期	其它字段	校验位
						15比特	a比特	b比特	c比特	d比特	e比特

其中，同步头，序号以及校验位为必须，其它的为可选。具体的a，b，c，d，e的数值根据具体情况来设置。

帧长表示超帧中信标数据帧的长度信息，静默周期表示WRAN系统需要调用多长的静默周期来全部接收当前超帧的信标数据帧，其它字段可以按照需要添加，校验位为当WRAN系统接收到同步burst后进行纠错。

假设将序号的大小改为8比特，采用1比特的奇偶校验位，或25比特的前向纠错码(FEC)，计算WRAN检测到信标数据帧中PSDU的概率。

以PSDU为47字节来计算，因为同步burst中index有8个比特，所以N值缺省为255，同步burst为24比特时PSDU在一帧中所占的比例为47/(3*256)＝0.0612，同步burst为48比特时PSDU在一帧中所占的比例为47/(6*256)＝0.0306，小于现有技术中的概率，有利于WRAN系统对信标数据帧的捕获。

下面对本发明通讯系统进行详细描述，请参阅图9，本发明通讯系统实施例包括：

基本保护设备901，第二保护设备902以及免许可系统903；

所述基本保护设备901用于发送包含信标数据帧长度信息的同步帧以及发送信标数据帧；

所述第二保护设备902用于发送信标数据帧；

所述免许可系统903根据接收到的信标数据帧长度信息设置对应的静默时间接收信标数据帧。

其中，所述基本保护设备901包括：

同步控制单元9011，第一数据发送单元9012以及发送控制单元9013；

所述同步控制单元9011用于向第二保护设备902以及免许可系统903发送包含信标数据帧长度信息的同步帧；

所述发送控制单元9013用于根据第二保护设备902的发送请求选择下一信标数据帧的发送方；

所述第一数据发送单元9012用于根据发送控制单元9013的选择发送信标数据帧；

所述第二保护设备902包括：

第二数据发送单元9021以及发送请求单元9022；

所述发送请求单元9022用于向基本保护设备901发送发送请求；

所述第二数据发送单元9021用于根据发送控制单元9013的选择发送信标数据帧。

以上对本发明所提供的一种信号发送方法以及通讯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 (10)

1.一种信号发送方法，其特征在于，包括：

基本保护设备进行四相相移键控调制；

其中，I路调制的为同步突发，Q路调制的为同步突发的数目以及下一个信标数据帧所占的同步突发的数目；

基本保护设备发送包含信标数据帧长度信息的同步帧；

基本保护设备或第二保护设备发送信标数据帧；

免许可系统根据接收到的信标数据帧长度信息设置对应的静默时间接收信标数据帧。

2.根据权利要求1所述的信号发送方法，其特征在于，所述基本保护设备发送包含信标数据帧长度信息的同步帧的过程中包括：

免许可系统调度感知窗检测同步突发；

检测到同步突发后，对同步帧中Q路解调得到下一个信标数据帧长度信息以及同步突发的数目。

3.根据权利要求1所述的信号发送方法，其特征在于，所述基本保护设备或第二保护设备发送信标数据帧的过程中包括：

免许可系统调度感知窗检测同步突发；

检测到信标数据帧的I路其中一个同步突发后，得到当前同步突发到下一个信标数据帧之间同步突发的数目。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的信号发送方法，其特征在于，所述基本保护设备或第二保护设备发送信标数据帧的步骤之前包括：

进行四相相移键控调制；

其中，I路调制的为同步突发，Q路调制的为信标消息。

5.根据权利要求1所述的信号发送方法，其特征在于，所述基本保护设备或第二保护设备发送信标数据帧的步骤之后包括：

第二保护设备利用I路与Q路共同调制发送请求，并将所述发送请求发送至基本保护设备；

所述基本保护设备根据接收到的发送请求确定下一信标数据帧的发送方并将确定的结果通知第二保护设备。

6.根据权利要求5所述的信号发送方法，其特征在于，所述基本保护设备根据接收到的发送请求确定下一信标数据帧的发送方的步骤包括：

对确认消息进行四相相移键控调制，其中，I路调制的为同步突发，Q路调制的为确认消息；

基本保护设备对接收到的发送请求进行分析，判断是否存在冲突，若存在，则确定下一信标数据帧由基本保护设备发送，若不存在冲突，则根据发送请求发送确认消息选择对应的第二保护设备发送下一信标数据帧。

7.根据权利要求6所述的信号发送方法，其特征在于，所述基本保护设备发送确认消息的过程中包括：

免许可系统调度感知窗检测同步突发；

检测到I路的同步突发后，得到当前同步突发到下一个信标数据帧之间同步突发的数目。

8.根据权利要求6所述的信号发送方法，其特征在于，在选择某个第二保护设备发送下一信标数据帧之后包括：

所述第二保护设备判断需要发送的信标数据帧的大小与下一个信标数据帧所占的同步突发的数目之间的关系，若大于下一个信标数据帧所占的同步突发的数目，则对信标数据帧中数据进行压缩或将数据分布于后续若干个信标数据帧，若小于下一个信标数据帧所占的同步突发的数目，则对信标数据帧填零补充。

9.一种通讯系统，其特征在于，包括：

基本保护设备，第二保护设备以及免许可系统；

所述基本保护设备用于进行四相相移键控调制，其中，I路调制的为同步突发，Q路调制的为同步突发的数目以及下一个信标数据帧所占的同步突发的数目，发送包含信标数据帧长度信息的同步帧以及发送信标数据帧；

所述第二保护设备用于发送信标数据帧；

所述免许可系统根据接收到的信标数据帧长度信息设置对应的静默时间接收信标数据帧。

10.根据权利要求9所述的通讯系统，其特征在于，所述基本保护设备包括：

同步控制单元，第一数据发送单元以及发送控制单元；

所述同步控制单元用于向第二保护设备以及免许可系统发送包含信标数据帧长度信息的同步帧；

所述发送控制单元用于根据第二保护设备的发送请求选择下一信标数据帧的发送方；

所述第一数据发送单元用于根据发送控制单元的选择发送信标数据帧；

所述第二保护设备包括：

第二数据发送单元以及发送请求单元；

所述发送请求单元用于向基本保护设备发送发送请求；

所述第二数据发送单元用于根据发送控制单元的选择发送信标数据帧。

Images