CN106973439A - 一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法和系统 - Google Patents

一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法，包括以下步骤：获取预先建立的广电频谱超窄带通信网络中蜂窝数量信息和每个蜂窝的位置信息；查询所述广电频谱超窄带通信网络的白频谱数据库，并根据蜂窝数量信息和每个蜂窝的位置信息，为每个蜂窝分配一组原始频率；当判断任一蜂窝受到干扰时，采用预设的跳频算法调整受到干扰的蜂窝的频率，直到干扰消失后，将所述蜂窝的当前频率恢复为原始频率。本发明的方法根据蜂窝位置，为蜂窝分配原始频率，并在出现干扰时，采用跳频技术改变受到干扰的蜂窝的频率，从而实现了抗干扰的效果。本发明还提供了一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制系统。

Description

一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法和系统
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法和系统。
背景技术
随着通信技术的不断发展，不仅能实现人与人之间的连通，物与物之间的连通也变得越来越普遍。现有的无线物联网通信系统，近距离的几米十几米范畴的，主要是用到的ZIGBEE，WIFI技术，稍远一点的只能是移动运营商的技术。采用2G,3G网络需要终端与基站随时保持连通状态，这种方式并不适合物联网，不仅设备费用高，要收取昂贵的通信费用，而且在物联网大量接入终端面前，接入数量有限。时下，由于技术的高速发展，中国广播电视正全面由模拟向数字转化，这样将释放出大量UHF频段(470～784MHz)资源。UHF频段信号比起2G\3G网络信号更具有穿透性，传输距离更远，干净干扰少，利于远距离(几百米到几公里)的通信。利用这个特点和相关的技术，产生了一个可以支持数十亿设备以不同的时间间隔发送相对较少数据的网络，即白频谱物联网通信网络。但是白频谱是一个存在许多噪声的环境，因此需要抗干扰的方法防止数据传输中的干扰问题。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提供一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法,该方法能够有效地保证通信过程中频率干扰较小，因此数据传输过程更加准确，防窃听、抗干扰能力更好。
本发明的另一个目的在于提供一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制系统。
为了实现上述目的，本发明的一个实施例提出了一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法，包括以下步骤：
步骤S1，获取预先建立的广电频谱超窄带通信网络中蜂窝数量信息和每个蜂窝的位置信息；
步骤S2，查询所述广电频谱超窄带通信网络的白频谱数据库，并根据蜂窝数量信息和每个蜂窝的位置信息，为每个蜂窝分配一组原始频率；
步骤S3，当判断任一蜂窝受到干扰时，采用预设的跳频算法调整受到干扰的蜂窝的频率，直到干扰消失后，将所述蜂窝的当前频率恢复为原始频率。
根据本发明实施例的一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法，根据蜂窝位置，为蜂窝分配原始频率，并在出现干扰时，采用跳频技术改变受到干扰的蜂窝的频率，从而实现了抗干扰的效果。
另外，根据本发明上述实施例的广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，步骤S2中，为每个蜂窝分配一组原始频率时，相邻蜂窝的原始频率不相同。
在一些示例中，步骤S2中，每间隔预设时间对每个蜂窝的原始频率进行更新。
在一些示例中，所述预设时间为15～20分钟。
在一些示例中，所述步骤S3中，记录干扰持续时间，若所述干扰持续时间超过所述预设时间，则将所述蜂窝的当前频率调整为更新后的频率。
在一些示例中，所述跳频算法包括功率自适应跳频、空闲信道搜索跳频算法、分跳频算法的任意一种。
在一些示例中，步骤S3中，判断蜂窝是否受到干扰的具体方法为：对于蜂窝中的任一终端，若任一频率与发射信号调频序列的差错超过预设阈值时，就判断所述蜂窝受到了干扰。
在一些示例中，所述步骤S3中，当判断任一蜂窝受到干扰，且所述蜂窝的当前频率没有超帧时，采用预设的跳频算法调整受到干扰的蜂窝的频率，直到干扰消失后，将所述蜂窝的当前频率恢复为原始频率。
本发明第二方面的实施例还提出了一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制系统，包括：
获取模块，用于获取预先建立的广电频谱超窄带通信网络中蜂窝数量信息和每个蜂窝的位置信息；
分配模块，用于查询所述广电频谱超窄带通信网络的白频谱数据库，并根据蜂窝数量信息和每个蜂窝的位置信息，为每个蜂窝分配一组原始频率；
调整模块，用于当判断任一蜂窝受到干扰时，采用预设的跳频算法调整受到干扰的蜂窝的频率，直到干扰消失后，将所述蜂窝的当前频率恢复为原始频率。
根据本发明实施例的广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制系统，根据蜂窝位置，为蜂窝分配原始频率，并在出现干扰时，采用跳频技术改变受到干扰的蜂窝的频率，从而实现了抗干扰的效果。
另外，根据本发明上述实施例的广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制系统，还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，所述跳频算法包括功率自适应跳频、空闲信道搜索跳频算法、分跳频算法的任意一种。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法的流程示意图；
图2为本发明一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制系统的结构示意图。
具体实施方式
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
以下结合附图描述根据本发明实施例的一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法和系统。
图1为本发明一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法的流程示意图，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1，获取预先建立的广电频谱超窄带通信网络中蜂窝数量信息和每个蜂窝的位置信息；
步骤S2，查询所述广电频谱超窄带通信网络的白频谱数据库，并根据蜂窝数量信息和每个蜂窝的位置信息，为每个蜂窝分配一组原始频率；
步骤S3，当判断任一蜂窝受到干扰时，采用预设的跳频算法调整受到干扰的蜂窝的频率，直到干扰消失后，将所述蜂窝的当前频率恢复为原始频率。
本发明实施例的一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法可以根据蜂窝位置，为蜂窝分配原始频率，并在出现干扰时，采用跳频技术改变受到干扰的蜂窝的频率，从而实现了抗干扰的效果。
在具体的实施例中，为每个蜂窝分配一组原始频率时，相邻蜂窝的原始频率不相同，进一步提高了抗干扰的效果。
在另一优选实施例中，步骤S2中，每间隔预设时间对每个蜂窝的原始频率进行更新，比如每隔15～20分钟进行更新，同时所述步骤S3中，记录干扰持续时间，若所述干扰持续时间超过所述预设时间，则将所述蜂窝的当前频率调整为更新后的频率。这样不论干扰什么时候消失，整个通信系统就可以及时进入正常通信状态。
优选的实施例中，所述跳频算法包括功率自适应跳频、空闲信道搜索跳频算法、分跳频算法的任意一种。功率自适应跳频是通信方对每个有效频率自适应地调整发射功率，使功率输出在满足收端正常接收的情况下达到最低，提高信号的隐蔽性，从而达到抗干扰目的，其关键技术是宽带、大动态范围的可变增益功率放大器。空闲信道搜索跳频(FCS)是一种新的跳频自适应技术，法国Thomson－CSF公司的新型战术通信系列电台PR4G在1996年的改进中增加了跳频空闲信道搜索功能，这种方式在每次通话前对全部信道进行空闲信道检测，即使大部分频率被干扰，仍可保持通信。分跳频(DFH)技术是一种新的跳频技术，美国Lockheed Sanders公司1995出品的HF增强型相关跳频电台(CHESS)是一种能保障低截收和检测概率及高抗干扰能力的高速短波跳频系统，它是新一代短波扩展频谱技术的代表。跳速5000跳/秒，信道探测每秒开销200个频率，其余4800个频率用于传数据。无纠错时最高数据率可达19.2kbit/s。
在另一优选实施例中，步骤S3中，判断蜂窝是否受到干扰的具体方法为：对于蜂窝中的任一终端，若任一频率与发射信号调频序列的差错超过预设阈值时，就判断所述蜂窝受到了干扰，根据上述方法可以准确的判断出蜂窝是否受到干扰，从而及时采取跳频技术进行抗干扰。
在另一实施例中，所述步骤S3中，当判断任一蜂窝受到干扰，且所述蜂窝的当前频率没有超帧时，采用预设的跳频算法调整受到干扰的蜂窝的频率，直到干扰消失后，将所述蜂窝的当前频率恢复为原始频率。因为网络在超帧之前要使用广播帧来告诉终端跳频模式的改变。如果跳频太频繁，终端可能由于电池的原因只是侦听超帧，当他们醒来的时候可能找不到网络了。这就导致他们需要重新寻找网络、浪费电池灯，因此若当前频率超帧了，则暂时不采用跳频算法。
图2为本发明一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制系统的结构示意图，如图2所示，包括：
获取模块，用于获取预先建立的广电频谱超窄带通信网络中蜂窝数量信息和每个蜂窝的位置信息；
分配模块，用于查询所述广电频谱超窄带通信网络的白频谱数据库，并根据蜂窝数量信息和每个蜂窝的位置信息，为每个蜂窝分配一组原始频率；
调整模块，用于当判断任一蜂窝受到干扰时，采用预设的跳频算法调整受到干扰的蜂窝的频率，直到干扰消失后，将所述蜂窝的当前频率恢复为原始频率。
根据本发明实施例的广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制系统，根据蜂窝位置，为蜂窝分配原始频率，并在出现干扰时，采用跳频技术改变受到干扰的蜂窝的频率，从而实现了抗干扰的效果。
在一些示例中，所述跳频算法包括功率自适应跳频、空闲信道搜索跳频算法、分跳频算法的任意一种。
本发明的广电频谱超窄带通信系统，包括白频谱数据库，用于向基站提供无线接入频点和频段以及通信模块，用于实现终端与基站之间的通信。
本发明使用的频谱为电视白频谱频段，最大的特点是采用跳频技术，通过跳频来避免干扰电视的传输，其终端可以在所有的地方接入，终端的接入通过扫描当地的无线接入频点来完成接入和认证，其基站通过接入当地白频谱数据库和通过扫描当地的无线接入频点来选择最干净、抗干扰性最强的频段同其它终端通信，使用TAS-FDMA访问方式的系统包括基站和终端两部分。其中，至少有一个基站，可以有许多的终端。在通信上，采用共享频谱的方式，理论上可以容纳一百万个终端。而且，本发明采用超窄带技术，特别适合大范围覆盖、低速、低成本和低功耗。
本发明中，终端在需要发送信息的时候，自己自动选择要进行数据发送的子载波，而不是由基站或者网络来指定，降低了数据传输的复杂性。终端发送信息后，可以在同一个子载波上等待基站的发送到终端的信息，等待的时间是固定的。与一般的FDMA/TDMA/CDMA访问方式不一样，终端只有在需要发送信息的时候，才连接到基站。而且，这种连接是实时的，没有延迟。为了保证通信的信息必须传达，终端将在不同的子载波上传输多次，一般是在2-10个不同的子载波上传输相同的信息。这样，也可以避免不同终端在信息上发的时候的碰撞。将一段频谱分割为多个子载波，每个子载波带宽非常小，从而形成超窄带。超窄带的带宽在5Hz到1KHz。典型的在5Hz到100Hz。每个子载波可以是一个终端使用，也可以是多个终端同时使用并且不会产生碰撞。与一般的FDMA不一样是一种终端自动选择FDMA(TAS-FDMA，TerminalAutoSelectionFDMA)技术，子载波的分配不是由基站或网络来进行的，而是终端自己来选择的。终端在需要发送信息的时候，自己来选择一个子载波来进行信息的发送。终端也只有在需要发送信息的时候才连接到基站或网络。本发明的终端在要进行信息发送的时候，在载波选择上，为了降低可能的碰撞，在选择一个子载波后，可以检测是否有其它终端在进行信息发送，如果有，就选择下一个子载波，如果没有，就使用这个子载波进行信息发送。
而且本发明采用SDR技术，就可以快速实现无线电通信。终端自动选择FDMA(TASFDMA，TerminalAutoSelectionFDMA)实现方式一是，每个终端使用一个特定的子载波进行通信。终端自动选择FDMA(TAS-FDMA，TerminalAutoSelectionFDMA)实现方式二是，每个终端使用一个特定序列来确定发送信息的时候的采用哪个子载波进行信息的发送。终端自动选择FDMA(TAS-FDMA，TerminalAutoSelectionFDMA)实现方式三是，每个终端根据一个随机或伪随机的产生器，来决定终端在发送信息的时候才用哪个子载波进行信息发送。终端自动选择FDMA(TAS-FDMA，TerminalAutoSelectionFDMA)实现方式四是，如果终端发送信息的时候实际使用的频谱比子载波占有的频谱要小得多，那么，可以在一个子载波中，多个终端可以同时共享一个子载波进行信息的发送。终端自动选择FDMA(TAS-FDMA，TerminalAutoSelectionFDMA)实现方式还是可以与其它的终端自动选择FDMA(TASFDMA，TerminalAutoSelectionFDMA)实现方式结合在一起的。
为了能动态地使用闲置的电视广播频段，基站和移动终端都必须有能力侦测是否有主要用户的存在。基站和移动终端都必须配有全球定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS)，客户端设备在链接到基地台前必须先告知自身的地理位置。因此基站和终端都有双天线，一个是GPS的天线，一个是白频谱无线通信的天线。接着，基站透过存取频段可利用性数据库(ChannelAvailabilityDatabase)，根据基站和终端设备目前的地理位置取得可用频段列表(AvailableChannelList)以判断在目前的蜂巢中有哪些频段可以使用(可能闲置的频段)，以及有哪些频段是绝对不能使用(主要用户正在使用的频段)，白频谱数据库的访问。基站会扫描可能闲置的频段，并确定哪些频段是真正闲置。最后，基站会从闲置频段中选择一个频段作为运作频段(OperatingChannel)，并选择一个频段作为备用频段(BackupChannel)。运作频段是基地台主要提供服务的频段，备用频段是当有主要用户出现时所有该蜂巢中的次级用户要转换到的频段。终端扫描到此频段，找出空白的子频段，开始同基站进行通信，完成数据传输。
当一个终端需要发送信息的时候，就自动选择一个子载波进行发送，这里称之为终端自动选择FDMA(TAS-FDMA，TerminalAutoSelectionFDMA)。在终端自动选择FDMA(TAS-FDMA，TerminalAutoSelectionFDMA)中，子载波的选择有许多的方式，这些方式的目标就是要保证许多的终端要发送信息的时候，只有最低的碰撞的可能性。访问方式一：给每个终端分配一个唯一的子载波。这样，一个蜂窝下，可以有2000个终端。因为，在现实中，M2M终端在发送信息的时候，往往是30分钟到一周或更长的时间只是发送一次信息，因此，大部分时间，大部分的子载波是空闲的。这种方案不是一种好的方案。访问方式二：给各个终端分配一个子载波选择的序列，各个终端按照这个序列来选取要进行发送的子载波。比如说，给定一个序列，1,3,8,12,200，…………，1149，中断就按照这个序列来选择要进行发送的子载波，到最后一个子载波，比如1149，下一个要进行发送的子载波就是1。这样周而复始。这种方式的特点是，多个终端在时间上可以共享一个子载波，因为，在现实中，M2M终端在发送信息的时候，往往是30分钟到一周或更长的时间只是发送一次信息，因此，这种方式是完全可行的。而且，在每个蜂窝下的终端数量可以很多，比如每个终端30分钟发送一次信息，发送一次信息需要2秒钟，那么，如果有2000个子载波，在最好的情况下，每个蜂窝下，每个子载波可以容纳900个终端，整个蜂窝就可以容纳1800000个终端。而且不需要进行同步等额外的开销。访问方式三：各个终端按照一个随机数产生器来产生一个要进行发送的子载波。当然，还可以有许多其它的方式，但是，主要的目的就是最大程度降低终端发送的时候选择子载波时，产生碰撞的可能性。
本发明利用电视白频谱比较干净的频段，提供具有数公里以上的信号覆盖范围，可以解决数公里以上的物联网通信需求，从而降低终端硬体设备和网路的成本，且通信终端功耗低，满足无电源环境用纽扣电池供电的环境。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，获取预先建立的广电频谱超窄带通信网络中蜂窝数量信息和每个蜂窝的位置信息；
步骤S2，查询所述广电频谱超窄带通信网络的白频谱数据库，并根据蜂窝数量信息和每个蜂窝的位置信息，为每个蜂窝分配一组原始频率；
步骤S3，当判断任一蜂窝受到干扰时，采用预设的跳频算法调整受到干扰的蜂窝的频率，直到干扰消失后，将所述蜂窝的当前频率恢复为原始频率。
2.根据权利要求1所述的一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法，其特征在于，步骤S2中，为每个蜂窝分配一组原始频率时，相邻蜂窝的原始频率不相同。
3.根据权利要求1所述的一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法，其特征在于，步骤S2中，每间隔预设时间对每个蜂窝的原始频率进行更新。
4.根据权利要求3所述的一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法，其特征在于，所述预设时间为15～20分钟。
5.根据权利要求3所述的一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法，其特征在于，所述步骤S3中，记录干扰持续时间，若所述干扰持续时间超过所述预设时间，则将所述蜂窝的当前频率调整为更新后的频率。
6.根据权利要求1～5任一所述的一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法，其特征在于，所述跳频算法包括功率自适应跳频、空闲信道搜索跳频算法、分跳频算法的任意一种。
7.根据权利要求6所述的一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法，其特征在于，步骤S3中，判断蜂窝是否受到干扰的具体方法为：对于蜂窝中的任一终端，若任一频率与发射信号调频序列的差错超过预设阈值时，就判断所述蜂窝受到了干扰。
8.根据权利要求7所述的一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制方法，其特征在于，所述步骤S3中，当判断任一蜂窝受到干扰，且所述蜂窝的当前频率没有超帧时，采用预设的跳频算法调整受到干扰的蜂窝的频率，直到干扰消失后，将所述蜂窝的当前频率恢复为原始频率。
9.一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取预先建立的广电频谱超窄带通信网络中蜂窝数量信息和每个蜂窝的位置信息；
分配模块，用于查询所述广电频谱超窄带通信网络的白频谱数据库，并根据蜂窝数量信息和每个蜂窝的位置信息，为每个蜂窝分配一组原始频率；
调整模块，用于当判断任一蜂窝受到干扰时，采用预设的跳频算法调整受到干扰的蜂窝的频率，直到干扰消失后，将所述蜂窝的当前频率恢复为原始频率。
10.根据权利要求9所述的一种广电频谱超窄带物联网通信干扰拟制系统，其特征在于，所述跳频算法包括功率自适应跳频、空闲信道搜索跳频算法、分跳频算法的任意一种。
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