CN106993291A - 基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理方法及系统。由频谱感知单元对预设频段范围进行周期的扫频检测，将频谱状态通知频谱管理单元；低功耗广域网的网关之间采用异频组网方式，可根据频谱感知单元监测到的频谱环境状态动态调整频段范围，并通知频谱管理单元实时更新频谱使用信息。本发明可以很大程度上减小不同物联网业务之间因同频引起的干扰，实现了物联网业务和广播电视业务的共存，进而提供了良好的用户体验和高效的频谱利用率。

Description

基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理方法及系统
技术领域
本发明涉及低功耗广域物联网领域，特别是涉及基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理方法及系统。
背景技术
2020年，移动通信技术和产业将迈入第五代通信发展阶段，届时中国将达到百亿级物联网连接，使“万物互联”成为现实。4G至5G的演进，推动了物联网的迅速发展，也对无线通信技术提出了更高的要求，因此，专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计的LPWAN(Low-power Wide-Area Network，低功耗广域网)也快速兴起。其中，LoRa、NB-IOT、Sigfox、ZETA等是均是其中的典型代表，也是最有发展前景的几项低功耗广域网通信技术。
LPWAN的共同特点是：长距离、低功耗、低速率。另外，其低成本的终端产品，更适合大规模的部署。LPWAN适合的物联网应用非常广泛，最适合两类物联网应用：第一类是面向位置固定的、密度较为集中的应用场景(如：居民住宅里的智能抄表、仓库管理或其他设备的数据采集系统等)；第二类是面向长距离的应用(如：智能停车、智慧消防、环境监测等)。
总的来说，目前LPWAN技术在智能园区、车辆追踪、智慧农业、智慧工业、智慧城市、智慧社区等领域已有应用案例。
LPWAN通常使用的频段范围有433MHz、470～510MHz、863～870MHz、902-928MHz、915-928MHz，其中470～510MHz为我国广播电视授权频段，该频段与800MHz以上频段相比，具有电波传播衰减小，穿透力强的优势，其电磁环境质量也更优于433MHz的业余频段。因此，该频段不仅是开展低功耗广域物联网业务的黄金频段，也有助实现将来基于5G技术物联网业务的深度覆盖和广域覆盖。
470～510MHz作为我国广播电视频段，该频段首要服务于广播电视业务，如何在不干扰广电主信号的前提下，开展低功耗广域物联网应用，则是当下的一个难题。对此有必要通过相关的检测技术，实时搜索该频段范围内干净空闲的频谱，即广电白频谱，为LPWAN网关实行动态的频率分配管理，这样方可保证作为次要业务的LPWAN应用不会对广播电视主信号造成干扰。
除了对广电信号产生干扰因素外，LPWAN业务之间也可能产生频率上的相互干扰。虽然LPWAN可使用跳频技术在一定程度上防止同频干扰，但是随着未来物联网业务容量的不断扩大，网关部署范围的不断扩大，仅依靠LPWAN技术本身，将难以再对业务间的频率干扰问题进行有效控制。因此，如何进行合理灵活的LPWAN组网才是解决问题根本的关键所在。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理方法及系统，用于解决现有技术中的上述问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理方法，应用于连接有至少一个服务小区的低功耗广域网网关单元的频谱管理单元，所述方法包括：根据接收的地理位置信息和频谱状态信息，确定目标服务小区、及所述目标服务小区可用的空闲频谱；判断所述目标服务小区的低功耗广域网网关单元当前使用的频段是否受到干扰或被广播电视信号占用；若是，则将所述空闲频谱的信息发送至所述目标服务小区的低功耗广域网网关单元，供其根据所述空闲频谱的信息切换自己的工作频段。
于本发明一实施例中，当所述可用的空闲频谱包括多个时，所述方法还包括：对所述可用的空闲频谱进行优先级排序，作为所述目标服务小区的备份频谱。
于本发明一实施例中，当需要切换工作频段的低功耗广域网网关单元的数量为多个时，所述方法还包括：利用各所述备份频谱，将位于相邻服务小区的低功耗广域网网关单元的切换频段调整为不同。
于本发明一实施例中，所述优先级排序的依据包括：各所述空闲频谱的电磁环境质量的优次。
于本发明一实施例中，所述频谱管理单元中存储有：所述至少一个服务小区的低功耗广域网网关单元的频谱使用信息，所述方法还包括：接收完成工作频段切换的低功耗广域网网关单元发送的当前工作频段信息，并在所述频谱使用信息中对应更新。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理系统，包括：至少一个频谱感知单元，对应设置于至少一个服务小区，用于周期地扫描在所述广播电视频段范围内的频谱，并将自己所在的地理位置信息和扫描得到的频谱状态信息一并向外发送；频谱管理单元，连接所述至少一个频谱感知单元，用于接收所述地理位置信息和所述频谱状态信息，据以确定服务小区及其可用的空闲频谱；判断所述服务小区的低功耗广域网网关单元当前使用的频段是否受到干扰或被广播电视信号占用，若是，则将所述空闲频谱的信息发送至所述低功耗广域网网关单元，以供所述低功耗广域网网关单元根据所述空闲频谱的信息切换自己的工作频段。
于本发明一实施例中，当所述可用的空闲频谱包括多个时，所述频谱管理单元还用于：对所述可用的空闲频谱进行优先级排序，作为所述目标服务小区的备份频谱。
于本发明一实施例中，当需要切换工作频段的低功耗广域网网关单元的数量为多个时，所述频谱管理单元还用于：利用各所述备份频谱，将位于相邻服务小区的低功耗广域网网关单元的切换频段调整为不同。
于本发明一实施例中，所述优先级排序的依据包括：各所述空闲频谱的电磁环境质量的优次。
于本发明一实施例中，所述频谱管理单元中存储有：所述至少一个服务小区的低功耗广域网网关单元的频谱使用信息，完成工作频段切换的低功耗广域网网关单元还用于：向所述频谱管理单元发送当前工作频段信息；所述频谱管理单元还用于：接收完成工作频段切换的低功耗广域网网关单元发送的工作频段信息，并在所述频谱使用信息中对应更新。
如上所述，本发明的基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理方法及系统，可以对低功耗广域物联网实现动态频谱分配，有效规避对广播电视授权信号的干扰，并且，通过灵活的异频组网方式，最大程度地将LPWAN业务间的同频干扰降到最低。本发明的技术方案，能够实现广播电视网和物联网应用的频谱资源共享，有效促进广播电视网和第五代移动通信网络和谐、健康发展。
附图说明
图1显示为本发明一实施例中的基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理系统图。
图2显示为本发明一实施例中的基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理方法图。
元件标号说明
1 基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理系统
101 频谱感知单元
102 频谱管理单元
103 低功耗广域网网关单元
104 服务小区
S201～S203 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1，本发明提供基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理系统1，主要包括：频谱感知单元101、频谱管理单元102、低功耗广域网网关单元103，其中，频谱感知单元101和低功耗广域网网关单元103设置在服务小区中。当服务小区具有多个时，每个服务小区中可以设置一个或多个频谱感知单元101和一个低功耗广域网网关单元103。频谱管理单元102则可以根据实际需求设置个数，例如：每五个服务小区配置一个频谱管理单元102等，此时，频谱管理单元102与这五个服务小区中的频谱感知单元101分别相连，并且，在每个服务小区中，包含的频谱感知单元101与对应的低功耗广域网网关单元103相连，此外，频谱管理单元102中还预先存储(如：以列表的形式)有每个服务小区的低功耗广域网网关当前使用的频谱使用信息。
需要说明的是，频谱感知单元101、频谱管理单元102、低功耗广域网网关单元103可以分别通过搭载于计算机等电子设备中的软件模块来实现，还可以分别通过频谱感知设备(Spectrum Sensing Engine，SSE)、频谱数据库与管理设备(Spectrum database&Management，SDM)、及LPWAN网关(LPWAN基站)来实现。
以下将以频谱感知设备、频谱数据库与管理设备、及LPWAN网关为例，详细说明本系统的工作过程。
本系统中的每个设备的相关功能如下：
1.频谱感知设备
1)全频段频谱感知：周期扫描预设的广电频谱，然后，通知频谱数据库和管理设备自己的地理位置和每个频点的干扰情况。
2)带内频谱感知：进行工作频带内的干扰检测，及时发现带内主用户出现，通知频谱数据库与管理设备发起LPWAN网关的频段切换。
2.频谱数据库与管理设备
1)根据频谱感知设备上报的频谱信息确定每个地理区域下可用的空闲频谱，特别的，当每个地理区域下可用的空闲频谱具有多个时，分别对每个地理区域下的空闲频谱进行优先级排序，从而作为备份频谱，其中，排序规则优选为：依照可用频谱的电磁环境质量由优及次的顺序排列。
2)通过分别与每个地理区域的网关所使用的频段进行比对等方式，确定每个地理区域中的网关所使用的频段是否存在干扰或被广播电视主信号占用的情况，若是，则将可用的空闲频谱、或备份频谱中优先级最高的频谱的频谱信息发送至对应的LPWAN网关，以令对应的LPWAN网关进行相应的切换，特别的，为位于相邻服务小区的LPWAN网关分配不同的切换频段，从而实现LPWAN网关之间的异频组网。
3.LPWAN网关
1)接收频谱数据库与管理设备指示的频谱信息，确定当前使用频谱和相应的备份频谱。
2)接收频谱感知设备指示的带内干扰情况，发起频谱切换流程，特别的，在频谱切换流程完成后，通知频谱数据库和管理设备更新频谱使用信息。
请参阅图2，与上述系统实施例原理相似的是，本发明提供基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理方法，应用于如图1所示的频谱管理单元102，由于前述实施例中的技术特征可以应用于本实施例，因而不再重复赘述。所述方法主要包括如下步骤：
步骤S201：根据接收的地理位置信息和频谱状态信息，确定目标服务小区、及所述目标服务小区可用的空闲频谱。例如：获取由频谱感知单元101扫描广播电视频段(470～510MHz)而得到的频谱空间/占有状态或电磁环境质量等信息，以及频谱感知单元101的地理位置信息和得到的每个频点的干扰情况信息，随后，根据获取的这些信息确定各服务小区的可用的空闲频谱，优选的，当存在服务小区中可用的空闲频谱有多个时，对该服务小区中的多个空闲频谱按照空闲频谱的电磁环境质量的优次进行排序，形成备份频谱。
步骤S202：判断所述目标服务小区的低功耗广域网网关单元当前使用的频段是否受到干扰或被广播电视信号占用，若是，则执行步骤S203。
步骤S203：将所述空闲频谱的信息发送至所述目标服务小区的低功耗广域网网关单元，供其根据所述空闲频谱的信息切换自己的工作频段。特别的，在另一实施方式中，本步骤还包括：先利用各所述备份频谱，将位于相邻服务小区的低功耗广域网网关单元的切换频段调整为不同，然后再发送至对应的低功耗广域网网关单元，低功耗广域网网关单元在依据收到的频谱信息完成相应的切换后，还可以向频谱管理单元发送更新信息，此时，频谱管理单元在收到更新信息时，在存储的频谱使用信息中做相应的变更。
综上所述，本发明的基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理方法及系统，不仅可以很大程度的减小不同物联网业务之间因同频引起的干扰，还能够实现频谱的动态接入机制，包括基于业务的频谱避让机制、基于位置和电磁环境的智能频谱选择机制等，实现了物联网业务和广播电视业务的共存，进而提供了良好的用户体验和高效的频谱利用率，有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理方法，其特征在于，应用于连接有至少一个服务小区的低功耗广域网网关单元的频谱管理单元，所述方法包括：
根据接收的地理位置信息和频谱状态信息，确定目标服务小区、及所述目标服务小区可用的空闲频谱；
判断所述目标服务小区的低功耗广域网网关单元当前使用的频段是否受到干扰或被广播电视信号占用；
若是，则将所述空闲频谱的信息发送至所述目标服务小区的低功耗广域网网关单元，供其根据所述空闲频谱的信息切换自己的工作频段。
2.根据权利要求1所述的基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理方法，其特征在于，当所述可用的空闲频谱包括多个时，所述方法还包括：对所述可用的空闲频谱进行优先级排序，作为所述目标服务小区的备份频谱。
3.根据权利要求2所述的基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理方法，其特征在于，当需要切换工作频段的低功耗广域网网关单元的数量为多个时，所述方法还包括：利用各所述备份频谱，将位于相邻服务小区的低功耗广域网网关单元的切换频段调整为不同。
4.根据权利要求2所述的基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理方法，其特征在于，所述优先级排序的依据包括：各所述空闲频谱的电磁环境质量的优次。
5.根据权利要求1所述的基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理方法，其特征在于，所述频谱管理单元中存储有：所述至少一个服务小区的低功耗广域网网关单元的频谱使用信息，所述方法还包括：接收完成工作频段切换的低功耗广域网网关单元发送的当前工作频段信息，并在所述频谱使用信息中对应更新。
6.一种基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理系统，其特征在于，包括：
至少一个频谱感知单元，对应设置于至少一个服务小区，用于周期地扫描在所述广播电视频段范围内的频谱，并将自己所在的地理位置信息和扫描得到的频谱状态信息一并向外发送；
频谱管理单元，连接所述至少一个频谱感知单元，用于接收所述地理位置信息和所述频谱状态信息，据以确定服务小区及其可用的空闲频谱；判断所述服务小区的低功耗广域网网关单元当前使用的频段是否受到干扰或被广播电视信号占用，若是，则将所述空闲频谱的信息发送至所述低功耗广域网网关单元，以供所述低功耗广域网网关单元根据所述空闲频谱的信息切换自己的工作频段。
7.根据权利要求6所述的基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理系统，其特征在于，当所述可用的空闲频谱包括多个时，所述频谱管理单元还用于：对所述可用的空闲频谱进行优先级排序，作为所述目标服务小区的备份频谱。
8.根据权利要求7所述的基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理系统，其特征在于，当需要切换工作频段的低功耗广域网网关单元的数量为多个时，所述频谱管理单元还用于：利用各所述备份频谱，将位于相邻服务小区的低功耗广域网网关单元的切换频段调整为不同。
9.根据权利要求7所述的基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理系统，其特征在于，所述优先级排序的依据包括：各所述空闲频谱的电磁环境质量的优次。
10.根据权利要求6所述的基于广播电视频段的低功耗广域网的频率管理系统，其特征在于，所述频谱管理单元中存储有：所述至少一个服务小区的低功耗广域网网关单元的频谱使用信息，
完成工作频段切换的低功耗广域网网关单元还用于：向所述频谱管理单元发送当前工作频段信息；
所述频谱管理单元还用于：接收完成工作频段切换的低功耗广域网网关单元发送的工作频段信息，并在所述频谱使用信息中对应更新。
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