CN101646260B - 同频点无线网络的融合方法及相关网络 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信领域，公开了一种同频点无线网络的融合方法及相关网络。本发明中，传感网节点在时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙发射信号，可以有效地避免两个同频点的网络之间的相互干扰，传感网节点可以通过小区搜索获得蜂窝网的定时信息，实现起来比较方便。如果蜂窝网终端可能会对传感网节点产生干扰，从而使传感网节点无法得到足够的时间完成无干扰的信号发射，则蜂窝网可以不分配第一个上行时隙的资源，将该时隙让给传感网节点发射信号，从而使传感网获得更大的发射窗口。

Description

同频点无线网络的融合方法及相关网络

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及同频点的传感网与时分双工蜂窝网的融合。

背景技术

伴随全球移动通信系统(Global System for Mobile communication，简称“GSM”)、码分多址(Code Division Multiple Access，简称“CDMA”)等移动网络在过去的二十年中的广泛普及，全球语音通信业务获得了巨大的成功。目前，全球的移动语音用户已超过了18亿。同时，我们的通信习惯也从以往的点到点(Place to Place)演进到人与人。个人通信的迅猛发展极大地促使了个人通信设备的微型化和多样化，结合多媒体消息、在线游戏、视频点播、音乐下载和移动电视等数据业务的能力，大大满足了个人通信和娱乐的需求。

目前主流的通信系统绝大部分为蜂窝网，所谓蜂窝网简单地说，就是把移动电话的服务区别分为一个个正六边形的小区，每个小区设一个基站，形成了形状酷似“蜂窝”的结构。

蜂窝网可以采用不同的双工模式，例如时分双工(Time Division Duplex，简称“TDD”)、频分双工(Frequency Division Duplex，简称“FDD”)等。

在时分双工蜂窝网中，接收和传送在同一频率信道(即载波)的不同时隙，用保证间隔来分离接收和传送信道。

一种正在发展中的时分双工蜂窝网是第三代合作伙伴项目(3rd Generation Partnership Project，简称“3GPP”)组织的长期演进(Long TermEvolution，简称“LTE”)项目。图1示出了TDD方式的LTE短帧的格式，时域5ms的无线帧被划分成5个1ms的时隙，分别编号为0，1，2，3，4。其中0时隙是下行时隙，2时隙是上行时隙，3时隙和4时隙的配置可以为“上上”、“上下”、“下下”三种配置方式的一种。图1中选用的配置为“上下”，在3时隙和4时隙交界处有个上下行转换点。另外，1时隙被分为下行部分(Downlink Pilot Time Slot，简称“DwPTS”)，保护间隔(GuardPeriod，简称“GP”)，上行部分(Uplink Pilot Time Slot，简称“UpPTS”)三个部分。

闭环时间间隔传输时，基站与终端之间建立了无线信号链接，基站可以通过下行信道传输对于终端上行发射时间的控制调节信息。在工作状态下，基站控制目标终端，使到达基站的终端上行信号的帧头与基站对应的系统帧头一致。在时间同步控制稳定之后，定时关系如图2所示。

可以通过同步控制，使得基站上行信号按照基站的时序关系到达基站。具体方法是控制终端提前于其接收帧的2TA(传输时延)发射上行信号。对于距离较近的终端，TA较小，所以下行-上行间隔较大；反之，对于距离较远的终端，TA较大，所以下行-上行间隔较小。

除了传统的蜂窝网，目前还有许多新型的网络正在发展中，其中无线传感器网络(简称“传感网”)就是其中的一个代表。无线传感器网络是当代科学技术的热点也是难点之一，无线传感器网络由随机布设的大量多种类传感器节点组成，能够迅速组成自适应的网络拓扑结构，对分布式动态信息进行协同感知与处理，形成残缺、受限的自治综合信息系统，是人类的远程神经末梢。无线传感器网络是众多的传感器通过无线通信的方式，相互联系，处理、传递信息的网络。该网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，可以实时监测、感知和采集网络分布区域内的 各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，传送给所需用户。无线传感器网络在军事、工业、交通、安全、医疗、探测以及家庭和办公环境等很多方面都有着广泛的用途，其研究、开发和应用，关系到国家安全、经济发展等各个重大方面，近年来在国际上引起了广泛的重视和投入。专利号为7119676的美国专利就提出了一种无线传感器网络的实施方案。

无线传感器网络是集计算机、通信、网络、智能计算、传感器、嵌入式系统、微电子等多个领域交叉综合的新兴学科，它将大量的多种类传感器节点(传感、采集、处理、收发、网络于一体)组成自治的网络，实现对物理世界的动态智能协同感知。如果说移动通信联接的是人和人，传感器网络连接的则是物和物，预计物与物的互联业务将远远超过现在移动通信人与人的互联业务。

无线传感器网络利用Ad hoc通信技术，将邻近的各个传感节点组成一个自组织的网络。各个传感节点通过自组织网络交换传感器采集的数据，通过集中或分布式处理后得到有价值的信息。

无线传感器网络常会部署在蜂窝网覆盖的区域，这样无线传感器网络可以利用蜂窝网的远程通信能力将采集到的信息快速地传输出去。

在图3的系统方案中，传感节点之间构成自组织的传感网，各个传感节点携带的传感器采集的数据在此自组织网络中传播，并通过集中式或者分布式处理得到客户需要的有价值的信息。同时，此自组织网络通过高层协议协商选举出某个指定传感网节点，来代表整个自组织网络的成员通过蜂窝网基站向远程目标客户提供信息。

因为频率资源有限，所以传感网内部所使用的频点可能与蜂窝网所使用的频点相同，此时两个网络会相互干扰。通常蜂窝网的功率较大，所以蜂窝网对传感网的阻塞尤为严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同频点无线网络的融合方法及相关网络，使得同频点的时分双工蜂窝网与传感网不会相互干扰。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种同频点无线网络的融合方法，包括以下步骤：

传感网节点获取与本传感网同频点的时分双工蜂窝网的定时信息；

传感网节点根据所获取的定时信息，在时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙发射信号。

本发明的实施方式还提供了一种传感网节点，包括：

定时获取单元，用于获取与本传感网同频点的时分双工蜂窝网的定时信息；

发射单元，用于根据所获取的定时信息，在时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙发射信号。

本发明的实施方式还提供了一种时分双工蜂窝网系统，在该时分双工蜂窝网的覆盖区内有工作在同频点的传感网节点，系统包括：

位置估计单元，用于对接入本网络的蜂窝网终端进行定位；

发送单元，用于发送消息；

控制单元，用于根据位置估计单元的定位结果，判断是否蜂窝网终端与传感网节点的距离小于预定门限，并且该传感网节点与时分双工蜂窝网基站的距离小于(Tg-T)＊c/2，如果是则不分配下行-上行时间间隙之后第一个上行时隙的资源，并指示发送单元通知该传感网节点使用下行-上行时间间隙以及第一个上行时隙发射信号；其中Tg为时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙，T为传感网所需发射时间，c为光速。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

传感网节点在时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙发射信号，可以有效地避免两个同频点的网络之间的相互干扰，特别是避免了蜂窝网的无线信号对传感网的阻塞问题。因为传感网的数据包通常较小，所以蜂窝网的下行-上行时间间隙一般可以满足传感网的传输需要。

进一步地，传感网节点可以通过小区搜索获得蜂窝网的定时信息，因为小区搜索是一种成熟的技术，所以实现起来比较方便。

进一步地，如果蜂窝网终端可能会对传感网节点产生干扰，从而使传感网节点无法得到足够的时间完成无干扰的信号发射，则蜂窝网可以不分配第一个上行时隙的资源，将该时隙让给传感网节点发射信号，从而使传感网获得更大的发射窗口。

附图说明

图1是现有技术中TDD方式的LTE短帧格式示意图；

图2是现有技术中TDD系统基站和终端帧定时关系示意图；

图3是现有技术中蜂窝网与传感网融合的网络结构示意图；

图4是本发明第一实施方式中传感网节点处理流程示意图；

图5是本发明第二实施方式中同频点无线网络的融合方法流程示意图；

图6是本发明第二实施方式中蜂窝网对接入本网络的蜂窝网终端进行定位一种方法流程图；

图7是本发明第二实施方式中蜂窝网通知传感网节点可以使用第一个上行时隙发射信号的示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施方式涉及一种同频点无线网络的融合方法，其流程如图4所示。

在步骤401中，传感网节点获取与本传感网同频点的时分双工蜂窝网的定时信息。具体地说，传感网节点通过完成时分双工蜂窝网的小区搜索过程，获取该时分双工蜂窝网的定时信息。小区搜索是一种成熟的技术，实现起来比较方便。可以理解，传感网节点也可以通过其它方式来获得时分双工蜂窝网的定时信息，例如可以在传感网节点人为地设置时分双工蜂窝网的定时信息。

本发明中所称的同频点既包括传感网的频点与蜂窝网的频点完全重叠的情况，也包括传感网的频点与蜂窝网的频点部分重叠的情况。

此后进入步骤402，传感网节点根据所获取的定时信息，在时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙发射信号。本发明中，下行-上行时间间隙指时分双工网络的下行时隙结束之后、上行时隙开始之前的时间间隙。

传感网节点在时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙发射信号，可以有效地避免两个同频点的网络之间的相互干扰，特别是避免了蜂窝网的无线信号对传感网的阻塞问题。因为传感网的数据包通常较小，所以蜂窝网的下行-上行时间间隙一般可以满足传感网的传输需要。

本发明第二实施方式涉及一种同频点无线网络的融合方法，其流程如图5所示。

在传感网一侧，在步骤501中，传感网通过小区搜索获得时分双工蜂窝网的定时信息。该步骤与第一实施方式中的步骤401相同，相关详细说明请参见步骤401。

在时分双工蜂窝网一侧，在步骤502中，时分双工蜂窝网对接入本网络的蜂窝网终端进行定位。此前时分双工蜂窝网还记录了传感网节点的位置，可以是由初始传感网络布置得到；也可以在传感网节点接入蜂窝网时通过蜂窝网定位测量得到；如果传感网节点上有全球定位系统(Global PositionSystem，简称“GPS”)功能的话，也可以将所测到的位置信息传给蜂窝网。

此后进入步骤503，根据定位的结果，时分双工蜂窝网判断，是否蜂窝网终端与传感网节点的距离小于预定门限，并且该传感网节点与时分双工蜂窝网基站的距离小于(Tg-T)＊c/2，如果是则执行步骤504，其中Tg为所述时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙，T为所述传感网所需发射时间，c为光速。预定门限是蜂窝网终端对于传感网节点的最大影响距离，可通过网络规划或者实际测量获得。

在步骤504中，时分双工蜂窝网不分配下行-上行时间间隙之后第一个上行时隙的资源，并且通知传感网节点可以使用下行-上行时间间隙以及第一个上行时隙发射信号。时分双工蜂窝网通过在广播信道或者专用控制信道发送通知消息通知传感网节点，在该通知消息中携带表示可以使用第一上行时隙的信息，如图7所示。

在传感网一侧，在步骤505中，传感网节点判断是否从时分双工蜂窝网得到使用下行-上行时间间隙以及第一个上行时隙发射信号的通知，此后进入步骤506。

在步骤506中，如果传感网节点从时分双工蜂窝网得到使用下行-上行时间间隙以及第一个上行时隙发射信号的通知，则在该时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙和第一个上行时隙发射信号，否则仅在该时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙发射信号。

传感网节点在时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙发射信号，可以有效地避免两个同频点的网络之间的相互干扰，特别是避免了蜂窝网的无线信号对传感网的阻塞问题。

如果蜂窝网终端可能会对传感网节点产生干扰，从而使传感网节点无法得到足够的时间完成无干扰的信号发射，则蜂窝网可以不分配第一个上行时隙的资源，将该时隙让给传感网节点发射信号，从而使传感网获得更大的发射窗口。

本实施方式中是以时分双工蜂窝网放弃第一个上行时隙为例进行说明的，可以理解，在特定的应用场景下，蜂窝网也可以放弃其它的时隙，例如放弃最后一个下行时隙，或者放弃第一和第二个上行时隙，以进一步扩大传感网的发射窗口，等等。

步骤502中时分双工蜂窝网对接入本网络的蜂窝网终端进行定位的方法有多种，可以利用终端上的全球定位系统(Global Position System，简称“GPS”)功能直接获得终端的位置信息，也可以采用图6所示的定位方法等等。

在图6的步骤601中，服务无线网络控制器(Serving Radio NetworkController，简称“SRNC”)向终端(UE)发送基站间接收时延测量请求。请求终端测量该终端与多个基站间的接收时延，以便根据该时延计算该终端与各基站之间的距离，最终通过已知的各基站的位置，以及终端与各基站之间的距离，计算出终端的位置。

此后进入步骤602，SRNC向终端发送接收-发射时间测量请求。

此后进入步骤603，终端根据SRNC的测量请求执行测量过程。

此后进入步骤604，终端向SRNC上报基站间接收时延测量结果。

此后进入步骤605，终端向SRNC上报手机接收-发射时间测量结果。

此后进入步骤606，SRNC向基站(Node B)发送基站发射时延测量请求。

此后进入步骤607，基站执行测量过程。

此后进入步骤608，基站向SRNC上报基站发射时延测量结果。

此后进入步骤609，SRNC根据各测量结果进行终端位置的计算。

本发明的方法实施方式可以以软件、硬件、固件等等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可是换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable Array Logic，简称“PAL”)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，简称“PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory，简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versatile Disc，简称“DVD”)等等。

本发明第三实施方式涉及一种传感网节点，包括：

定时获取单元，用于获取与本传感网同频点的时分双工蜂窝网的定时信息。定时获取单元通过小区搜索获取时分双工蜂窝网的定时信息。

发射单元，用于根据所获取的定时信息，在时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙发射信号。

第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明第四实施方式涉及一种传感网节点。第四实施方式在第三实施方式的基础上进行了改进，增加了以下单元：

接收单元，用于从时分双工蜂窝网接收表示可以使用下行-上行时间间隙以及第一个上行时隙发射信号的通知消息。

控制单元，用于判断接收单元是否收到通知消息，如果是则控制发射单元在时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙和第一个上行时隙发射信号，否则控制发射单元仅在该时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙发射信号。

第二实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

本发明第五实施方式涉及一种时分双工蜂窝网系统，在该时分双工蜂窝网的覆盖区内有工作在同频点的传感网节点，该系统包括：

位置估计单元，用于对接入本网络的蜂窝网终端进行定位。

发送单元，用于发送消息。

控制单元，用于根据位置估计单元的定位结果，判断是否蜂窝网终端与传感网节点的距离小于预定门限，并且该传感网节点与时分双工蜂窝网基站的距离小于(Tg-T)＊c/2，如果是则不分配下行-上行时间间隙之后第一个上行时隙的资源，并指示发送单元通知该传感网节点使用下行-上行时间间隙以及第一个上行时隙发射信号。其中Tg为所述时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙，T为所述传感网所需发射时间，c为光速；预定门限是蜂窝网终端对于传感网节点的最大影响距离，可通过网络规划或者实际测量获得。

发送单元通过在广播信道或者专用控制信道发送通知消息通知传感网节点，在该通知消息中携带表示可以使用下行-上行时间间隙以及第一上行时隙的信息。

第二实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

需要说明的是，本发明各设备实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合是才解决本发明所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明上述各设备实施方式并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，这并不表明上述设备实施方式并不存在其它的单元。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (13)

1.一种同频点无线网络的融合方法，其特征在于，包括以下步骤：

传感网节点获取与本传感网同频点的时分双工蜂窝网的定时信息；

所述传感网节点根据所获取的定时信息，在所述时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙发射信号，其中下行-上行时间间隙指时分双工蜂窝网的下行时隙结束之后、上行时隙开始之前的时间间隙。

2.根据权利要求1所述的同频点无线网络的融合方法，其特征在于，所述传感网节点获取所述时分双工蜂窝网的定时信息的步骤中，所述传感网节点通过完成所述时分双工蜂窝网的小区搜索过程，获取该时分双工蜂窝网的定时信息。

3.根据权利要求1所述的同频点无线网络的融合方法，其特征在于，还包括以下步骤：

所述时分双工蜂窝网记录所述传感网节点的位置。

4.根据权利要求3所述的同频点无线网络的融合方法，其特征在于，还包括以下步骤：

所述时分双工蜂窝网对接入本网络的蜂窝网终端进行定位；

如果所述蜂窝网终端与所述传感网节点的距离小于预定门限，并且该传感网节点与所述时分双工蜂窝网基站的距离小于(Tg-T)＊c/2，则所述时分双工蜂窝网不分配所述下行-上行时间间隙之后第一个上行时隙的资源；其中Tg为所述时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙，T为所述传感网所需发射时间，c为光速；

所述时分双工蜂窝网通知所述传感网节点使用所述下行-上行时间间隙以及第一个上行时隙发射信号。 

5.根据权利要求4所述的同频点无线网络的融合方法，其特征在于，还包括以下步骤：

如果所述传感网节点从所述时分双工蜂窝网得到使用所述第一个上行时隙发射信号的通知，则在该时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙和第一个上行时隙发射信号，否则仅在该时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙发射信号。

6.根据权利要求4所述的同频点无线网络的融合方法，其特征在于，所述预定门限是所述蜂窝网终端对于所述传感网节点的最大影响距离，可通过网络规划或者实际测量获得。

7.根据权利要求4所述的同频点无线网络的融合方法，其特征在于，所述时分双工蜂窝网通知所述传感网节点使用所述下行-上行时间间隙以及第一个上行时隙发射信号的步骤中，

所述时分双工蜂窝网通过在广播信道或者专用控制信道发送通知消息通知所述传感网节点，在该通知消息中携带表示可以使用下行-上行时间间隙以及第一上行时隙的信息。

8.一种传感网节点，其特征在于，包括：

定时获取单元，用于获取与本传感网同频点的时分双工蜂窝网的定时信息；

发射单元，用于根据所获取的定时信息，在所述时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙发射信号，其中下行-上行时间间隙指时分双工蜂窝网的下行时隙结束之后、上行时隙开始之前的时间间隙。

9.根据权利要求8所述的传感网节点，其特征在于，所述定时获取单元通过小区搜索获取所述时分双工蜂窝网的定时信息。

10.根据权利要求9所述的传感网节点，其特征在于，还包括： 

接收单元，用于从所述时分双工蜂窝网接收表示可以使用所述下行-上行时间间隙之后第一个上行时隙发射信号的通知消息；

控制单元，用于判断所述接收单元是否收到所述通知消息，如果是则控制所述发射单元在所述时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙和第一个上行时隙发射信号，否则控制所述发射单元仅在该时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙发射信号。

11.一种时分双工蜂窝网系统，在该时分双工蜂窝网的覆盖区内有工作在同频点的传感网节点，其特征在于，所述系统包括：

位置估计单元，用于对接入本网络的蜂窝网终端进行定位；

发送单元，用于发送消息；

控制单元，用于根据所述位置估计单元的定位结果，判断是否所述蜂窝网终端与所述传感网节点的距离小于预定门限，并且该传感网节点与所述时分双工蜂窝网基站的距离小于(Tg-T)＊c/2，如果是则不分配下行-上行时间间隙之后第一个上行时隙的资源，并指示所述发送单元通知该传感网节点使用所述下行-上行时间间隙以及第一个上行时隙发射信号；其中Tg为所述时分双工蜂窝网的下行-上行时间间隙，T为所述传感网所需发射时间，c为光速，其中下行-上行时间间隙指时分双工蜂窝网的下行时隙结束之后、上行时隙开始之前的时间间隙。

12.根据权利要求11所述的时分双工蜂窝网系统，其特征在于，所述预定门限是所述蜂窝网终端对于所述传感网节点的最大影响距离，可通过网络规划或者实际测量获得。

13.根据权利要求11所述的时分双工蜂窝网系统，其特征在于，所述发送单元通过在广播信道或者专用控制信道发送通知消息通知所述传感网节点，在该通知消息中携带表示可以使用下行-上行时间间隙以及第一上行时隙的信息。 

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