CN107979827A - 一种支持再寄生网络的d2d设备及再寄生网络实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种支持再寄生网络的D2D设备及再寄生网络实现方法，在山区或地下的特殊环境中，将本D2D设备架设在移动应急指挥终端的无线摄像机和手提箱主机之间，可有效的延伸通信距离，将信号从盲区延伸到有信号的区域，以实现应急指挥通信；运用多个本新型设备可进行全现场再生网络覆盖，双向实时通信，多终端区域互联，将音频、视频及各种图表文档及数据信息在一定范围内进行交互，是进行现场应急指挥的一种有效手段。

Description

一种支持再寄生网络的D2D设备及再寄生网络实现方法

技术领域

本发明属于无线通信领域、音视频传输领域，涉及一种支持再寄生网络的 D2D设备及再寄生网络实现方法。

背景技术

近年来，各类突发事件和重大自然灾害频发，且各种突发事件日益呈现常态 化趋势，因其具有的不可预知性、紧急性和不确定性，经常使各行业安全生产和 社会经济正常秩序陷入瘫痪，造成的重大经济损失和社会影响难以估量。在突发 公共事件或自然灾害时，当地政府的主管领导及事件应对部门需要在极短的时间 内，掌握现场状况，快速做出应对处理方案，实现损失的最小化。

目前各省电力公司已经建成一套覆盖全省的移动应急指挥系统，该系统具备 可移动性，无通信距离限制等特点。但是，一些特殊情况下，例如，地震、塌方 等自然灾害发生后，公共通信网络可能无法正常使用；同时，在一些通信盲区， 如深山、地下及部分偏远地区，也无公网可用。这种情况下，区域网络的通信手 段，以便快速可靠地建立沟通渠道，及时进行应急指挥通信。

现有方案中的集群对讲方式和COFDM视频传输方式，基本可以实现在无公 网的情况下的应急通讯。但这两种方案存在极大的缺陷：集群对讲网络需要提前 建立大型的基站，一旦基站出问题，集群对讲只能当普通的对讲机来用，只能实 现音频对讲；COFDM视频通讯方式存在的问题是只能实现点对点通讯，不能形 成网络。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种支持再寄生网络的D2D设 备及再寄生网络实现方法，在没有公共网络的情况下，实现快速可靠地建立沟通 网络渠道，及时进行应急指挥通信。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种支持再寄生网络的D2D设备及再寄生网络实现方法，包括再生网络D2D 模块、射频功放模块、天线、控制器、电源控制模块和锂电池组；

天线发送来自射频功放模块的射频信号，同时将接收到的射频信号送到射频 功放模块；

射频功放模块将天线接收到的射频信号转给再生网络D2D模块，同时将再 生网络D2D模块发出的射频信号放大后经天线发出；

再生网络D2D模块通过射频功放模块和天线建立一定范围的无线覆盖，并 能自动连接其他再生网络D2D模块及建立再生网络的功能，给控制器建立网络 数据通道；

电源控制模块给各个模块提供稳定的电源，并管理锂电池的充电和放电；

锂电池组提供电力。

进一步，再生网络D2D模块包括多数据多载波的叠加与解析模块、自组网 通信协议模块、自动跳频等抗干扰策略模块；

多数据多载波的叠加与解析模块基于COFDM技术的将信道划分成正交的子 信道，实现多载波的调制；

自组网通信协议模块实现网络的加入、退出路由的管理和最优链路的选择；

自动跳频等抗干扰策略模块采用自适应跳频，去除干扰。

进一步，D2D设备为便携式一体机结构。

进一步，还包括音频模块和视频模块，控制器将音频模块和视频模块的数据 通过再生网络D2D模块建立的数据通道互联起来；音频模块采集音频信号送到 控制器，并将控制器的音频信号播放；视频模块采集现场视频信息送到控制器。

再寄生网络的再寄生网络实现方法，D2D设备1建立一个独立网络，当D2D 设备2进入D2D设备1的网络范围时与设备1连接起来，同时D2D设备2再寄 生一个网络；当D2D设备3进入D2D设备2的再寄生网络范围时和设备1连接 起来，同时D2D设备3再寄生一个网络，依次类推，任何一个D2D设备只要在 网络覆盖范围之内均互联起来，通过多个D2D设备建立一个覆盖整个现场的网 络。

进一步，D2D设备最大覆盖范围为1公里，最大带宽10M，RF频段为 565---590MHZ。

本发明能够解决应急指挥中的两方面问题。第一，现有移动应急指挥终端的 盲区覆盖。在山区或地下的特殊环境中，将本D2D设备架设在移动应急指挥终 端的无线摄像机和手提箱主机之间，可有效的延伸通信距离，将信号从盲区延伸 到有信号的区域，以实现应急指挥通信。第二，当地震等自然灾害发生时，没有 通信网络可用，运用多个本新型设备可进行全现场再生网络覆盖，双向实时通信， 多终端区域互联，将音频、视频及各种图表文档及数据信息在一定范围内进行交 互，是进行现场应急指挥的一种有效手段。

本发明还具有以下有益效果：

1)1公里的局域网络覆盖

在只有2个D2D设备使用时，可以将1公里范围内的音视频数据采集，并 实现双向通讯。

2)全现场的无缝覆盖

附图说明

图1网络连接图

图2设备内部框图

图3再生网络D2D模块框图

图4跳频系统的原理图

图5跳频信号实现图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明方案进行详细说明。

本发明通过解决集群网络和COFDM网络存在的问题，在无公网的情况下通 过再寄生网络的D2D的实现方法及设备实现网络的扩展和级联，每连接一个设 备都会形成一个局域网络(即再寄生网络)，如图1所示，D2D设备1建立一个 1公里范围的网络，当D2D设备2进入D2D设备1的网络范围时就会和设备1 连接起来，同时D2D设备2本身会再寄生一个1公里范围的网络；当D2D设备 3进入D2D设备2的再寄生网络范围时就会和设备1连接起来，同时D2D设备 3本身会再寄生一个1公里范围的网络，这样就会建立一个3公里范围的网络， 依次类推可以建立一个覆盖整个现场的网络。任何一个D2D设备只要在网络覆 盖范围之内都会互联起来，例如图1中的D2D设备4和D2D设备5。

如图2所示，发明为便携式一体机的结构，其内部构造包括再生网络D2D 模块、射频功放模块、天线、控制器、音频模块、视频模块、电源控制模块和锂 电池组等组成。

天线发送来自功放的射频信号，同时将接收到的射频信号送到射频功放模 块；

射频功放模块将天线接收到的射频信号转给再生网络D2D模块，同时将再 生网络D2D模块发出的射频信号放大后经天线发出。

再生网络D2D模块通过射频功放模块和天线建立一定范围的无线覆盖，并 能自动连接其他再生网络D2D模块及建立再生网络的功能，给控制器建立一个 网络数据通道；

如图3所示，再生网络D2D模块包括多数据多载波的叠加与解析模块、自 组网通信协议模块、自动跳频等抗干扰策略模块。

多数据多载波的叠加与解析模块是利用COFDM技术属于多载波调制(Multi －Carrier Modulation，MCM)技术实现，并在此技术上进行了底层协议的优化。 利用COFDM技术的将信道划分成正交的子信道，频道利用率高特点，实现提高 载波的频谱利用率，或者是为了改进对多载波的调制，它的特点是各子载波相互 正交，使扩频调制后的频谱可以相互重叠，从而减小了子载波间的相互干扰。 COFDM每个载波所使用的调制方法可以不同。各个载波能够根据信道状况的不 同选择不同的调制方式，比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等， 以频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则。COFDM技术使用了自适应调制， 根据信道条件的好坏来选择不同的调制方式。COFDM还采用了功率控制和自适 应调制相协调工作方式。信道好的时候，发射功率不变，可以增强调制方式(如 64QAM)，或者在低调制方式(如QPSK)时降低发射功率。

COFDM技术能同时分开多个数字信号，而且在干扰的信号周围可以安全运 行。正是由于具有了这种特殊的信号“穿透能力”，使得COFDM技术深受通讯设 备商的喜爱和欢迎。COFDM技术能够持续不断地监控传输介质上通讯特性的突 然变化，通讯路径传送数据的能力会随时间发生变化，COFDM能动态地与之相 适应，并且接通和切断相应的载波以保证持续地进行成功的通讯。COFDM技术 特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信号撒播的地 区、高速的数据传播的地方。另多数据多载波的叠加与解析模块将其设备的数据 进行解调实现双向通讯。

自组网通信协议模块主要实现网络的加入、退出路由的管理和最优链路的选 择，利用公平理论，再生网络D2D通信对所有设备是公平、明确的。再生网络 D2D设备1向再生网络D2D设备2提出再生网络D2D通信的请求，再生网络 D2D设备2收到请求后将通信方式切换到再生网络D2D连接模式。再生网络 D2D通信支持多种服务，另外，当没有采用再生网络D2D通信时，不能给系 统带来额外的信令开销。

自动跳频等抗干扰策略模块采用目前最常用的自适应跳频，使设备在电力线 的强干扰环境，低压配电网噪声干扰强，并且噪声不是分布在所有频段内，具有 较强的抗干扰能力。

自动跳频系统的原图及跳频信号数学描述：跳频系统的简单原理图如图4所 示

其数学模型如(1)。在发送端，输入信息码序列进行基带调制得到宽度为B_m的调制信号m(t)。独立产生的伪随机码序列作为跳频序列去控制频率合成器，使 其输出频率按不同的跳频图案或指令随机跳跃地变化。调制信号m(t)对随机载频 进行调制，得到跳频信号S₁(t)，可表示为:

其中跳频频率间隔一般取为ω_Δ＝2π/T，因此，跳频信号带宽为B_c与调制信号 的关系为B_c＝nB_m，其中，n为形频频率集频率个数(频率集中频率连续正交情况 时)。(注:跳须信号带宽为B_c是跳频信号所占的频带宽度，和频率集中的取有关， 不一定是连续取，一般是随机间隔的选取)

S₁(t)在信道上与其他地址信号S_j(t)、噪声n(t)以及于扰信号J(t)组合后进入 接收机的信号S(t)为：

在按收端，为了对输入信号解跳，需要有与发端相同的本地伪码发生器生成 的跳频指令去控制本地频率合成器，使其输出的本振信号频率随发方频率相应地 跳变，跳变的本振信号对接收到的跳频信号进行变频，再通过低通滤波器，实现 解跳，得到调制信号m(t)。如图5：Sp(t)可表示为：

经低通滤波器后，可得

最后经基带解调，得到原始信息，带宽也由跳频信号B_c恢复为调制信号宽B_m。

按跳频时隙大小和时隙中信号码元的多少，可分为慢跳频，快跳频，还有根 据信息决定跳频频率的差分跳频。当跳频速率低于信息比特率时，即连续几个信 息比特跳频一次时，称为慢跳频。高于或等于信息比特率时，即每个信息比特跳 频一次以上时，称为快跳频。跳频方式应根据跳频信号的特点进行选择。

控制器将音频模块和视频模块的数据通过再生网络D2D模块建立的数据通 道互联起来；

音频模块采集音频信号送到控制器，并将控制器的音频信号播放；

视频模块采集现场视频信息送到控制器；

电源控制模块给各个模块提供稳定的电源，并管理锂电池的充电和放电；

锂电池组提供电力。

再寄生网络的D2D的实现方法及设备性能指标：

(1)单设备最大：1公里；

(2)断线再在练最大时间：3秒；

(3)最大带宽：10M；

(4)RF频段：565---590MHZ；

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技 术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用 类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的 范围。

Claims (6)

1.一种支持再寄生网络的D2D设备，其特征在于：包括再生网络D2D模块、射频功放模块、天线、控制器、电源控制模块和锂电池组；

天线发送来自射频功放模块的射频信号，同时将接收到的射频信号送到射频功放模块；

射频功放模块将天线接收到的射频信号转给再生网络D2D模块，同时将再生网络D2D模块发出的射频信号放大后经天线发出；

再生网络D2D模块通过射频功放模块和天线建立一定范围的无线覆盖，并能自动连接其他再生网络D2D模块及建立再生网络的功能，给控制器建立网络数据通道；

电源控制模块给各个模块提供稳定的电源，并管理锂电池的充电和放电；

锂电池组提供电力。

2.根据权利要求1所述的支持再寄生网络的D2D设备，其特征在于：再生网络D2D模块包括多数据多载波的叠加与解析模块、自组网通信协议模块、自动跳频等抗干扰策略模块；

多数据多载波的叠加与解析模块基于COFDM技术的将信道划分成正交的子信道，实现多载波的调制；

自组网通信协议模块实现网络的加入、退出路由的管理和最优链路的选择；

自动跳频等抗干扰策略模块采用自适应跳频，去除干扰。

3.根据权利要求1或2所述的支持再寄生网络的D2D设备，其特征在于：D2D设备为便携式一体机结构。

4.根据权利要求1或2所述的支持再寄生网络的D2D设备，其特征在于：还包括音频模块和视频模块，控制器将音频模块和视频模块的数据通过再生网络D2D模块建立的数据通道互联起来；音频模块采集音频信号送到控制器，并将控制器的音频信号播放；视频模块采集现场视频信息送到控制器。

5.基于权利要求1所述的D2D设备的再寄生网络的再寄生网络实现方法，其特征在于：D2D设备1建立一个独立网络，当D2D设备2进入D2D设备1的网络范围时与设备1连接起来，同时D2D设备2再寄生一个网络；当D2D设备3进入D2D设备2的再寄生网络范围时和设备1连接起来，同时D2D设备3再寄生一个网络，依次类推，任何一个D2D设备只要在网络覆盖范围之内均互联起来，通过多个D2D设备建立一个覆盖整个现场的网络。

6.根据权利要求5所述的再寄生网络的再寄生网络实现方法，其特征在于：D2D设备最大覆盖范围为1公里，最大带宽10M，RF频段为565---590MHZ。