CN108429609B - 一种自组织网络下基于nc-ofdm的免握手信道接入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自组织网络下基于NC‑OFDM的免握手信道接入方法，首先将整个通信频带划分为M个子载波；发送端检测当前M个子载波中的空闲子载波，设当前空闲子载波的数量为N，将N个空闲子载波聚合成多个子信道；发送端根据需求确定子信道发送模式，在构建数据帧时，将子信道发送模式信息封装到前导码中，然后将包含该子信道发送模式信息的前导码添加于每个数据帧之前，并在得到发送机会时将数据帧发送出去；接收端能在物理层对发送端的子信道发送模式进行识别，进而正确解调数据，从而实现通信节点的免握手信道接入，并在信道忙闲状态发生变化后，能迅速同步发送端和接收端的子信道模式，大大节省了MAC的资源分配，提高了协议效率。

Description

一种自组织网络下基于NC-OFDM的免握手信道接入方法
技术领域
本发明属于无线通信网络技术领域，涉及一种自组织网络下基于NC-OFDM的免握手信道接入方法。
背景技术
非连续正交频分复用(Non-continuous Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,NC-OFDM)技术不仅具有传统OFDM的抗多径、频谱效率高等优点，同时，它通过细粒度的信道分割和非连续的子载波聚合，还使得网络中信道接入更具灵活性，从而实现高速率传输和获得更高的频谱利用率。因此，NC-OFDM被广泛应用于无线网络中。
在基于NC-OFDM的无线自组织网络中，通信节点将非连续的子载波聚合成子信道来进行数据传输，因此，通信双方在传输数据前需要确定子信道信息。传统的方法是在媒体接入控制层(Media Access Control，MAC)，收发节点首先在控制阶段进行握手来协商子信道的使用，并且在信道忙闲状态发生变化后，MAC层需要一段时间缓冲，然后重新进行握手协商，这将带来额外的时间开销，降低协议效率。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种自组织网络下基于NC-OFDM的免握手信道接入方法。该发明基于小带宽发送，全带宽接收的思想，接收端在物理层对发送端的子信道发送模式(即采用的子信道和载波等信息)进行识别，进而正确解调数据，从而实现通信节点的免握手信道接入，大大节省了MAC的资源分配，提高了协议效率。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是：
一种自组织网络下基于NC-OFDM的免握手信道接入方法，包括以下步骤：
S1.在基于NC-OFDM的无线自组织网络中，将整个通信频带划分为M个子载波；
S2.当节点需要发送数据时，需要发送数据的节点即发送端，发送端检测当前M个子载波中的空闲子载波，设当前空闲子载波的数量为N，将N个空闲子载波聚合成多个子信道，设子信道的数目为n；
S3.确定子信道发送模式：发送端选择其中一个以上的子信道发送，若发送端选择某个子信道发送，则该子信道的模式定义为“1”，否则为“0”，因此网络中共有2n-1种子信道发送模式；
发送端在构建数据帧时，将子信道发送模式信息封装到前导码中，然后将包含该子信道发送模式信息的前导码添加于每个数据帧之前，并在得到发送机会时将数据帧发送出去；
S4.接收端采用宽带接收获得发送端的所有的数据，在同步模块中提取出前导码送至识别模块，然后在接收端的识别模块中对提取出的前导码进行识别，获得子信道发送模式；
S5.将识别模块的输出结果连同数据帧输入至解调模块进行数据解调，从而获得最终数据。
进一步地，S3中，前导码的长度等于OFDM符号的长度(即快速傅里叶变换的长度)，前导码被用来接收端的帧同步、信道均衡以及子信道发送模式的识别。
进一步地，S4中，对前导码进行识别是在接收端的同步模块和解调模块之间加入的识别模块中完成的。接收端的识别模块中对提取出的前导码进行识别，获得子信道发送模式，其中识别方法是：将提取出的前导码与2n-1种子信道发送模式对应的前导码作互相关运算，互相关运算的最大结果所对应的子信道发送模式即为识别结果。进一步地，在作互相关运算时，2n-1种子信道发送模式对应的互相关顺序遵循一个原则：前一次互相关运算所对应的子信道发送模式中所使用的子信道不能全部包含在后一次互相关运算所对应的子信道发送模式中。提取出的前导码按照互相关顺序分别与2n-1种子信道发送模式对应的前导码作互相关运算后，如存在多个相同的最大结果，则取互相关顺序中最后一个取得最大结果所对应的子信道发送模式作为识别结果。
S4中采用宽带接收是因为接收端事先不知道发送端使用的子信道发送模式信息，因此通过宽带接收来获得所有数据，进而识别出前导码中的子信道发送模式。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
在基于NC-OFDM的自组织网络中，该发明省去了收发节点在通信前握手协商的时间，并在信道忙闲状态发生变化后，能迅速同步发送端和接收端的子信道模式，无需缓冲时间，大大节省了MAC的资源分配，提高协议效率。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2是本发明提供的具体实施例其前导码的示意图；
图3是接收端的示意图；
图4是不同发送模式下识别正确率的统计结果；
具体实施方式
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实施方式作进一步地详细描述。
如图1所示，是本发明方的流程图；在基于NC-OFDM的无线自组织网络中，给定的通信频带被划分成划分为M个子载波，当节点需要发送数据时，该需要发送数据的节点即发送端，首先发送端检测当前M个子载波中的空闲子载波，设当前空闲子载波的数量为N，将N个空闲子载波聚合成多个子信道，设子信道的数目为n。
接着发送端确定其子信道发送模式，发送端选择其中一个以上的子信道发送，若发送端选择某个子信道发送，则该子信道的模式定义为“1”，否则为“0”，因此网络中共有2n-1种子信道发送模式。发送端在构建数据帧时，将确定的子信道发送模式信息封装到前导码中，然后将包含该子信道发送模式信息的前导码添加于每个数据帧之前，并在得到发送机会时将数据帧发送出去。
接收端采用宽带接收获得发送端的所有的数据，在同步模块中提取出前导码送至识别模块，然后在接收端的识别模块中对提取出的前导码进行识别，获得子信道发送模式。最后.将识别模块的输出结果连同数据帧输入至解调模块进行数据解调，从而获得最终数据。
为进一步理解本发明技术方案，下面结合实施例进行说明。
定义如下参数：，给定的通信频带为B，共被分割成M个子载波。经发送端检测当前有N个子载波可被占用，即当前空闲子载波的数量为N。接下来，为了方面描述，在本实施例中取M＝512，N＝200。参照图2，157～356个连续的子载波是空闲的，本实施例将每50个连续的子载波聚合成一个子信道，则一共有4个子信道可被网络节点使用，依次定义为ch1(157～206)，ch2(207～256)，ch3(257～306)和ch4(307～356)。需要说明的是，图2给出的仅仅是一个实施例，在实际应用中，当前空闲子载波的数量，当前空闲子载波的分布(连续或不连续)均是以检测为准的，各子信道中的子载波数量是可以调整设置的。
若发送端选择某个子信道发送，则该子信道的模式定义为“1”，否则为“0”，其中“0000”不能作为一种发送模式，因此网络中共有24-1＝15种子信道发送模式。前导码的结构与OFDM符号类似，只占用512个子载波中间的200个子载波，这200个子载波中，被使用则置为1，未被使用则置为0。发送端选择不同的子信道，前导码会发生相应的变化，例如，若子信道发送模式为1111，则前导码会使用中间200(157～356)个子载波；若子信道发送模式为0101，则前导码会使用100个子载波(207～256，307～356)。图2给出了子信道发送模式为1111时的一种前导码的内部结构。
本实施例，其具体步骤如下：
初始化：将通信频带划分成M＝512个子载波；无线自组织网络中无发送需求的节点通过侦听、识别前导码获得网络中子信道的使用情况；
第一步：发送节点根据需求确定子信道发送模式，发送端在构建数据帧时，将子信道发送模式信息封装到前导码中，然后将包含该子信道发送模式信息的前导码添加于每个数据帧之前，并在得到发送机会时将数据帧发送出去；
第二步：接收端采用宽带接收获得发送端的所有的数据，在同步模块中提取出前导码送至识别模块，然后在接收端的识别模块中对提取出的前导码进行识别，获得子信道发送模式。具体识别过程为：在识别模块中，将提取出的前导码分别与15种发送模式的前导码做互相关运算，运算的最大结果对应的发送模式即为识别结果。这里需要注意的是：例如发送模式为1001，那1001与1001、1001与1101、1001与1011、1001与1111的互相关结果是相同的，因为后者的子信道包括了前者的子信道，所以互相关的顺序需要遵循一个原则：前一次互相关运算所对应的子信道发送模式中所使用的子信道不能全部包含在后一次互相关运算所对应的子信道发送模式中。本实施例中采用的一种互相关顺序为：1111、0111、1011、1101、1110、0011、1001、1100、0110、0101、1010、0001、0010、0100、1000。提取出的前导码按照互相关顺序分别与15种子信道发送模式对应的前导码作互相关运算后，如存在多个相同的最大结果，则取互相关顺序中最后一个取得最大结果所对应的子信道发送模式作为识别结果。
第三步：将识别模块的输出结果连同数据帧输入至解调模块进行数据解调，从而获得最终数据，图3给出了接收端的示意图。
图3是本发明方法下对15种发送子模式进行1000次试验得出的接收端正确识别发送端子信道发送模式次数的统计结果，从图中可以得出，接收端对不同子信道发送模式的识别正确率略有差别，平均正确识别率达到95.74％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种自组织网络下基于NC-OFDM的免握手信道接入方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.在基于NC-OFDM的无线自组织网络中，将整个通信频带划分为M个子载波；
S2.当节点需要发送数据时，需要发送数据的节点即发送端，发送端检测当前M个子载波中的空闲子载波，设当前空闲子载波的数量为N，将N个空闲子载波聚合成多个子信道，设子信道的数目为n；
S3.确定子信道发送模式：发送端选择其中一个以上的子信道发送，若发送端选择某个子信道发送，则该子信道的模式定义为“1”，否则为“0”，因此网络中共有2n-1种子信道发送模式；
发送端在构建数据帧时，将子信道发送模式信息封装到前导码中，然后将包含该子信道发送模式信息的前导码添加于每个数据帧之前，并在得到发送机会时将数据帧发送出去，其中前导码的长度等于OFDM符号的长度，前导码被用来接收端的帧同步、信道均衡以及子信道发送模式的识别；
S4.接收端采用宽带接收获得发送端的所有的数据，在同步模块中提取出前导码送至识别模块，然后在接收端的识别模块中对提取出的前导码进行识别，获得子信道发送模式；
S5.将识别模块的输出结果连同数据帧输入至解调模块进行数据解调，从而获得最终数据。
2.根据权利要求1所述的自组织网络下基于NC-OFDM的免握手信道接入方法，其特征在于，S4中，接收端的识别模块中对提取出的前导码进行识别，获得子信道发送模式，其中识别方法是：将提取出的前导码与2n-1种子信道发送模式对应的前导码作互相关运算，互相关运算的最大结果所对应的子信道发送模式即为识别结果。
3.根据权利要求2所述的自组织网络下基于NC-OFDM的免握手信道接入方法，其特征在于，S4中，在作互相关运算时，2n-1种子信道发送模式对应的互相关顺序遵循一个原则：前一次互相关运算所对应的子信道发送模式中所使用的子信道不能全部包含在后一次互相关运算所对应的子信道发送模式中；
提取出的前导码按照互相关顺序分别与2n-1种子信道发送模式对应的前导码作互相关运算后，如存在多个相同的最大结果，则取互相关顺序中最后一个取得最大结果所对应的子信道发送模式作为识别结果。
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