CN105099542A - 无线自组织网络帧产生方法 - Google Patents
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Abstract
一种无线自组织网络帧产生方法。LTE(Long？Term？Evolution，长期演进)是由3GPP(The3rd？Generation？Partnership？Project，第三代合作伙伴计划)组织制定的UMTS(Universal？Mobile？Telecommunications？System，通用移动通信系统)技术标准的长期演进，LTE技术具较高的吞吐量，较低的网络时延，更值得一提的是LTE技术还在不断的进行吞吐量和网络时延性能的演进。但LTE是一种蜂窝技术，因此不能进行自组织网络的部署。但基于LTE网络技术的无线自组织网络将继承LTE的特点。本发明中，设计了一种适合小规模组网的无线自组织网络帧产生方法，基于LTE技术设计了一个广播控制子帧和一个数据子帧。将LTE技术运用于无线自组织网络将会提供大带宽，低时延，提高无线自组织网络的性能，适合更多的无线自组织网络应用。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，更具体地，涉及无线自组织网络中的帧产生方法。
背景技术
(1)无线自组织网络介绍
无线自组织网络即MANET(MobileAdHocNetwork)，是一种不同于传统无线通信网络的技术。
传统的无线蜂窝通信网络，需要固定的网络设备，如基站的支持，进行数据的转发和用户服务控制。而无线自组织网络不需要固定设备支持，各节点即用户终端自行组网。通信时，由其他用户节点进行数据的转发。这种网络形式突破了传统无线蜂窝网络的地理局限性，能够更加快速、便捷、高效地部署，适合于一些紧急场合的通信需要，如战场的单兵通信系统等。但无线自组织网络也存在网络带宽受限、对实时性业务支持较差、安全性不高的弊端。目前，国内外有大量研究人员进行此项目研究。
无线自组织网络是一个由几十到上百个节点组成的、采用无线通信方式的，动态组网的多跳的移动性对等网络。其目的是通过动态路由和移动管理技术传输具有服务质量要求的多媒体信息流。
无线自组织网络是基于IP协议的无线宽带接入技术，支持多点对多点的网状结构，具有自组网、自修复、多跳级联、节点自我管理等智能优势以及移动宽带、无线定位等特点，是一种大容量、高速率、覆盖范围广的网络，成为宽带接入的一种有效手段。从某种意义上讲，无线自组织网络更主要的是一种网络架构思想，主要功能体现在无中心、自组网、多级跳接和路由判断选择等。
无线自组织网络是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。在传统的无线局域网(WLAN)中，每个客户端均通过一条与接入点(AP)相连的无线链路访问网络，用户若要进行相互通信，必须首先访问一个固定的AP，这种网络结构称为单跳网络。而在无线自组织网络中，任何无线设备节点都可同时作为路由器，网络中的每个节点都能发送和接收信号，每个节点都能与一个或多个对等节点进行直接通信。
这种结构的最大好处在于：如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话，数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依此类推，数据包还可以根据网络的情况，继续路由到与之最近的下一个节点进行传输，直到到达最终目的地为止。这样的访问方式就是多跳访问。
其实我们熟知的互联网(Internet)就是一个无线自组织网络的典型例子。当我们发送一份电子邮件时，邮件并不是直接到达收件人的信箱中，而是通过路由器从一个服务器转发到另外一个服务器，经过多次路由转发才到达用户的信箱。在转发过程中，路由器一般会选择效率最高的传输路径，以便使电子邮件能尽快到达用户的信箱。因此，无线自组织网络可看作“互联网的无线版”。
(2)LTE技术简介
LTE(LongTermEvolution，长期演进)是由3GPP(The3rdGenerationPartnershipProject，第三代合作伙伴计划)组织制定的UMTS(UniversalMobileTelecommunicationsSystem，通用移动通信系统)技术标准的长期演进，于2004年12月在3GPP多伦多TSGRAN#26会议上正式立项并启动。
LTE系统引入了OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用)和MIMO(Multi-Input&Multi-Output，多输入多输出)等关键传输技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率(20M带宽2X2MIMO在64QAM情况下，理论下行最大传输速率为201Mbps，除去信令开销后大概为140Mbps，但根据实际组网以及终端能力限制，一般认为下行峰值速率为100Mbps，上行为50Mbps)，并支持多种带宽分配：1.4MHz，3MHz，5MHz，1OMHz，15MHz和20MHz等，且支持全球主流2G/3G频段和一些新增频段，因而频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖也显著提升。
LTE系统网络架构更加扁平化简单化，减少了网络节点和系统复杂度，从而减小了系统时延，也降低了网络部署和维护成本。LTE系统支持与其他3GPP系统互操作。LTE系统有两种制式：FDD-LTE和TDD-LTE，即频分双工LTE系统和时分双工LTE系统，二者技术的主要区别在于空中接口的物理层上(帧结构、时分设计、同步等)。FDD-LTE系统空口上下行传输采用一对对称的频段接收和发送数据，而TDD-LTE系统上下行则使用相同的频段在不同的时隙上传输，相对于FDD双工方式，TDD有着较高的频谱利用率和单一频点可部署能力。
(3)基于LTE技术的无线自组织网络
从技术发展看，LTE具较高的吞吐量，较低的网络时延，更值得一提的是LTE还在不断的演进，不断的进行吞吐量和网络时延性能的演进。但LTE是一种蜂窝技术，因此不能进行自组织网络的部署。但基于LTE网络技术的无线自组织网络将继承LTE的特点。因此将LTE技术运用于无线自组织网络将会提供大带宽，低时延，提高无线自组织网络的性能，适合更多的无线自组织网络应用。
发明内容
本发明提供一种无线自组织网络帧产生方法。基于LTE网络技术的无线自组织网络将继承LTE的特点，具较高的吞吐量，较低的网络时延，更值得一提的是LTE技术还在不断的进行吞吐量和网络时延性能的演进。其特征在于：所述帧结构包括至少一个超帧，每个超帧包括至少一个帧，每个帧包括至少一个子帧，每个子帧包括至少一个时隙；将子帧类型设置为广播控制子帧、数据子帧和随机接入子帧之一；将时隙类型设置为同步时隙、广播时隙、控制时隙和数据时隙之一；设置广播控制子帧，该广播控制子帧周期性发送，并携带同步时隙、广播时隙、控制时隙；根据业务情况随机分配数据子帧，该数据子帧携带数据时隙；在每帧的最后设置随机接入子帧，该随机接入子帧用于系统新节点初始接入。
本发明基于LTE系统设计了用于无线自组织网络的广播控制子帧信号。能够最大限度的利用LTE技术为自组织网络服务。本发明中，一个广播控制子帧包含1ms长信号，包括14个SC符号(0-13)，其中符号1为同步信号，符号2承载物理层控制和广播消息，符号3和10为用于解调的参考信号，最后1-N个符号为保护时间间隔，其余符号承载其余的广播和控制信息。
本发明中的广播控制子帧信号以5MHz带宽为例，共300个子载波，每12个子载波、14个符号为一个无线块，共25个无线块。
(1)该子帧信号为单载波(SC)信号，其生成过程与LTE(LongTermEvolution，长期演进)上行信号产生过程相同，
(2)符号1为广播同步信号，该符号内广播信号在频域上只占据中间1.26MHz，即84个子载波，该符号内剩余子载波均不承载任何信号，该同步信号与LTE信号中下行主同步信号相同，
(3)符号2为物理层广播和控制信号，该信号占据300个子载波，采用LTE的咬尾卷积编码作为编码方式，采用QPSK作为调制方式，其承载60个bit和16位CRC校验位，其信号生成过程与LTE上行SC信号生成方式相同，物理层控制和广播信号在此符号内复用为一个编码块进行编码，
(4)符号3和10为解调用参考信号，其生成过程与LTE上行信号参考信号生成过程相同，其生成参数与主同步信号(PSS)信号相对应，每个PSS序列对应一组参考信号生成参数，
(5)该子帧中最后1-N个SC符号为时间保护间隔，不承载任何信号，N取决于系统传输距离限制，
(6)其余符号承载高层广播和控制信令。
本发明基于LTE系统设计了用于无线自组织网络的数据子帧信号。能够最大限度的利用LTE技术为自组织网络服务。并且在数据符号中插入同步信号便于其他节点对本节点的发现。本发明中，一个数据信号子帧包含1ms长信号，包括14个SC符号(0-13)其中符号1在一些情况下为同步信号，而在另一些情况下为数据信号，与其它数据信号相同，符号2承载物理层控制和数据信号，符号3和10为用于解调的参考信号，最后N个符号的保护时间间隔，其余符号承载数据信号。
本发明中的数据子帧信号以5MHz带宽为例，共300个子载波，每12个子载波、14个符号为一个无线块，共25个无线块。
(1)该子帧信号为单载波(SC)信号，其生成过程与LTE上行信号产生过程相同，
(2)一些情况下符号1为同步信号符号，该符号内广播信号在频域上只占据中间1.26MHz，即84个子载波，该符号内剩余子载波均不承载任何信号，该信号用于其它与本节点无连接的节点对本节点的发现，该同步信号与LTE信号中下行主同步信号相同，
(3)一些情况下符号1为数据信号，其全部子载波或者部分子载波承载数据信号，
(4)符号1为同步信号或者数据信号在层一(L1)控制信号中指示，
(5)符号2为物理层控制和数据信号，其中物理层控制信号采用独立的编码调制，编码方式为卷积吗，调制方式为QPSK，该信号占据144个子载波，采用LTE的咬尾卷积编码作为编码方式，采用QPSK作为调制方式，其承载30个bit和16位CRC校验位，控制信号调制信号与数据信号占据该符号的不同的子载波，生成一个SC信号，其生成方式与LTE上行信号生成方式相同，
(6)符号3和10为解调用参考信号，其生成过程与LTE上行信号参考信号生成过程相同，其生成参数与主同步信号(PSS)信号相对应，每个PSS序列对应一组参考信号生成参数，
(7)该子帧中最后1-N个SC符号为时间保护间隔，不承载任何信号，N取决于系统传输距离限制，
(8)其余符号承载节点间的数据和信令信号。
附图说明
图1表示本发明所述的无线自组织网络帧结构示意图。
图2表示本发明所述的无线自组织网络广播控制子帧示意图。
图3表示本发明所述的无线自组织网络数据子帧示意图。
具体实施方式
为了达到本发明的目的，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
根据本发明的实施例，提供一种无线自组织网络帧产生方法。其特征在于：所述帧结构包括至少一个超帧，每个超帧包括至少一个帧，每个帧包括至少一个子帧，每个子帧包括至少一个时隙；将子帧类型设置为广播控制子帧、数据子帧和随机接入子帧之一；将时隙类型设置为同步时隙、广播时隙、控制时隙和数据时隙之一；设置广播控制子帧，该广播控制子帧周期性发送，并携带同步时隙、广播时隙、控制时隙；根据业务情况随机分配数据子帧，该数据子帧携带数据时隙；在每帧的最后设置随机接入子帧，该随机接入子帧用于系统新节点初始接入。
本发明基于LTE系统设计了用于无线自组织网络的广播控制子帧信号。能够最大限度的利用LTE技术为自组织网络服务。本发明中，一个广播控制子帧包含1ms长信号，包括14个SC符号(0-13)，其中符号1为同步信号，符号2承载物理层控制和广播消息，符号3和10为用于解调的参考信号，最后1-N个符号为保护时间间隔，其余符号承载其余的广播和控制信息。
本发明中的广播控制子帧信号以5MHz带宽为例，共300个子载波，每12个子载波、14个符号为一个无线块，共25个无线块。
(1)该子帧信号为单载波(SC)信号，其生成过程与LTE上行信号产生过程相同，
(2)符号1为广播同步信号，该符号内广播信号在频域上只占据中间1.26MHz，即84个子载波，该符号内剩余子载波均不承载任何信号，该同步信号与LTE信号中下行主同步信号相同，
(3)符号2为物理层广播和控制信号，该信号占据300个子载波，采用LTE的咬尾卷积编码作为编码方式，采用QPSK作为调制方式，其承载60个bit和16位CRC校验位，其信号生成过程与LTE上行SC信号生成方式相同，物理层控制和广播信号在此符号内复用为一个编码块进行编码，
(4)符号3和10为解调用参考信号，其生成过程与LTE上行信号参考信号生成过程相同，其生成参数与主同步信号(PSS)信号相对应，每个PSS序列对应一组参考信号生成参数，
(5)该子帧中最后1-N个SC符号为时间保护间隔，不承载任何信号，N取决于系统传输距离限制，
(6)其余符号承载高层广播和控制信令。
本发明基于LTE系统设计了用于无线自组织网络的数据子帧信号。能够最大限度的利用LTE技术为自组织网络服务。并且在数据符号中插入同步信号便于其他节点对本节点的发现。本发明中，一个数据信号子帧包含1ms长信号，包括14个SC符号(0-13)其中符号1在一些情况下为同步信号，而在另一些情况下为数据信号，与其它数据信号相同，符号2承载物理层控制和数据信号，符号3和10为用于解调的参考信号，最后N个符号的保护时间间隔，其余符号承载数据信号。
本发明中的数据子帧信号以5MHz带宽为例，共300个子载波，每12个子载波、14个符号为一个无线块，共25个无线块。
(1)该子帧信号为单载波(SC)信号，其生成过程与LTE上行信号产生过程相同，
(2)一些情况下符号1为同步信号符号，该符号内广播信号在频域上只占据中间1.26MHz，即84个子载波，该符号内剩余子载波均不承载任何信号，该信号用于其它与本节点无连接的节点对本节点的发现，该同步信号与LTE信号中下行主同步信号相同，
(3)一些情况下符号1为数据信号，其全部子载波或者部分子载波承载数据信号，
(4)符号1为同步信号或者数据信号在层一(L1)控制信号中指示，
(5)符号2为物理层控制和数据信号，其中物理层控制信号采用独立的编码调制，编码方式为卷积吗，调制方式为QPSK，该信号占据144个子载波，采用LTE的咬尾卷积编码作为编码方式，采用QPSK作为调制方式，其承载30个bit和16位CRC校验位，控制信号调制信号与数据信号占据该符号的不同的子载波，生成一个SC信号，其生成方式与LTE上行信号生成方式相同，
(6)符号3和10为解调用参考信号，其生成过程与LTE上行信号参考信号生成过程相同，其生成参数与主同步信号(PSS)信号相对应，每个PSS序列对应一组参考信号生成参数，
(7)该子帧中最后1-N个SC符号为时间保护间隔，不承载任何信号，N取决于系统传输距离限制，
(8)其余符号承载节点间的数据和信令信号。
按照所述方法配置帧结构，系统按照如下方式实施开机过程、业务发起过程、路由关系调整过程和冲突发现过程。
1.开机过程：
(1)如图1所示是本发明的帧结构，即本发明的帧结构包括若干超帧，超帧由若干帧组成，帧由若干子帧组成，子帧由若干时隙组成。
(2)节点开机后先搜索其周围邻节点的广播控制子帧中的主同步信号，如图2所示子帧结构。如果能够搜索到同步相关峰，并完成该子帧内的广播信号解调且校验通过，即完成一次同步搜索过程。
(3)节点向该同步邻节点发送随机接入子帧，周围邻节点收到随机接入子帧后，计算其定时偏移量，并通过广播信道发送给该节点。
(4)节点收到其周围邻节点发送的定时偏移量后，调整其自身的定时至全系统定时点。完成整个开机过程。
2.业务发起过程：
(1)通过广播控制子帧的控制时隙发起业务请求和应答流程。
(2)业务建立后，通过数据子帧进行数据的发送。
(3)数据子帧传输过程中，物理层控制信号采用固定的QPSK调制方式和编码速率。使用物理层控制信号判断当前子帧的其它载波使用调制编码格式进行解调。
3.路由关系调整过程：
(1)系统通过广播控制子帧周期性广播信息。当拓扑结构发生变化的时候，其周围邻节点可以根据是否能够正确解调该广播控制子帧判断是否其周围邻节点的变化情况。
(2)当周围邻节点发生变化时，系统迅速通知高层路由，路由层判断是否需要进行路由关系调整。
4.冲突发现过程
(1)由于系统拓扑结构的变化，可能造成数据子帧的使用冲突。系统通过广播控制子帧周期性广播数据子帧使用信息。
(2)当发生数据子帧使用冲突时，系统迅速通知高层路由，链路层判断是否需要进行数据子帧重分配过程。
以上为一个无线自组织网络开机过程、业务发起过程、路由关系调整过程和冲突发现过程的实例。
虽然本文已公开了各种方面和实施例，但本领域技术人员将会清楚其他方面和实施例。本文公开的各种方面和实施例是为了说明，而并不打算进行限定，真实的范围由所附权利要求以及权利要求所应享有的完整等同范围来指示。
Claims (3)
1.一种生成无线自组织网络帧的方法，其特征在于：
配置帧结构，所述帧结构包括至少一个超帧，每个超帧包括至少一个帧，每个帧包括至少一个子帧，每个子帧包括至少一个时隙；
将子帧类型设置为广播控制子帧、数据子帧和随机接入子帧之一；
将时隙类型设置为同步时隙、广播时隙、控制时隙和数据时隙之一；
设置广播控制子帧，该广播控制子帧周期性发送，并携带同步时隙、广播时隙、控制时隙；
根据业务情况随机分配数据子帧，该数据子帧携带数据时隙；
在每帧的最后设置随机接入子帧，该随机接入子帧用于系统新节点初始接入。
2.根据权利要求1所述的方法，基于LTE技术设置广播控制子帧，其中，当带宽为5MHz时，广播信号子帧共300个子载波，每12个子载波、14个符号为一个无线块，共25个无线块，其中：
(1)该子帧信号为单载波(SC)信号，其生成过程与LTE(LongTermEvolution，长期演进)上行信号产生过程相同，
(2)符号1为广播同步信号，该符号内广播信号在频域上只占据中间1.26MHz，即84个子载波，该符号内剩余子载波均不承载任何信号，该同步信号与LTE信号中下行主同步信号相同，
(3)符号2为物理层广播和控制信号，该信号占据300个子载波，采用LTE的咬尾卷积编码作为编码方式，采用QPSK作为调制方式，其承载60个bit和16位CRC校验位，其信号生成过程与LTE上行SC信号生成方式相同，物理层控制和广播信号在此符号内复用为一个编码块进行编码，
(4)符号3和10为解调用参考信号，其生成过程与LTE上行信号参考信号生成过程相同，其生成参数与主同步信号(PSS)信号相对应，每个PSS序列对应一组参考信号生成参数，
(5)该子帧中最后1-N个SC符号为时间保护间隔，不承载任何信号，N取决于系统传输距离限制，
(6)其余符号承载高层广播和控制信令。
3.根据权利要求1所述的方法，基于LTE技术设置数据子帧，其中，当带宽为5MHz时，数据子帧共300个子载波，每12个子载波、14个符号为一个无线块，共25个无线块，其中：
(1)该子帧信号为单载波(SC)信号，其生成过程与LTE上行信号产生过程相同，
(2)一些情况下符号1为同步信号符号，该符号内广播信号在频域上只占据中间1.26MHz，即84个子载波，该符号内剩余子载波均不承载任何信号，该信号用于其它与本节点无连接的节点对本节点的发现，该同步信号与LTE信号中下行主同步信号相同，
(3)一些情况下符号1为数据信号，其全部子载波或者部分子载波承载数据信号，
(4)符号1为同步信号或者数据信号在层一(L1)控制信号中指示，
(5)符号2为物理层控制和数据信号，其中物理层控制信号采用独立的编码调制，编码方式为卷积吗，调制方式为QPSK，该信号占据144个子载波，采用LTE的咬尾卷积编码作为编码方式，采用QPSK作为调制方式，其承载30个bit和16位CRC校验位，控制信号调制信号与数据信号占据该符号的不同的子载波，生成一个SC信号，其生成方式与LTE上行信号生成方式相同，
(6)符号3和10为解调用参考信号，其生成过程与LTE上行信号参考信号生成过程相同，其生成参数与主同步信号(PSS)信号相对应，每个PSS序列对应一组参考信号生成参数，
(7)该子帧中最后1-N个SC符号为时间保护间隔，不承载任何信号，N取决于系统传输距离限制，
(8)其余符号承载节点间的数据和信令信号。
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