CN108599883A - 一种电视白频谱动态接入和无线数据传输方法 - Google Patents

一种电视白频谱动态接入和无线数据传输方法 Download PDF

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张光林
李德敏
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Abstract

本发明涉及一种电视白频谱动态接入和无线数据传输方法，包括以下步骤：检测电视白频谱可用频道：以固定的带宽从低频到高频扫描频谱，检测其信号强度，通过与设定阈值的比较来判断电视白频谱是否可用，直至识别出所在频谱区间内所有可用的电视白频谱；建立电视白频谱数据库：将所有可用的电视白频谱上传至服务器建立电视白频谱数据库；在电视白频谱无线连接上进行数据传输：查询所述电视白频谱数据库，获得可用的电视白频谱，建立无线连接，对数据进行调制、发送、接受和解调处理来实现数据传输。本发明能够有效检测和识别出可用的电视白频谱，在可用的电视白频谱上建立数据连接。

Description

一种电视白频谱动态接入和无线数据传输方法
技术领域
本发明涉及无线网络通信技术领域，特别是涉及一种电视白频谱动态接入和无线数据传输方法。
背景技术
无线网络是采用了无线通信技术实现的网络。用户在一定的频谱上通过建立无线连接来实现数据传输和通信需求，从而建立无线网络。无线网络需要占用一定频率范围的频谱进行通信，才能保证其正常运行。
无线电频谱是自然界存在的一种电磁波，是一种物质，是一种各国可均等获得的资源。目前人类对一定频率以上的频段还不能开发利用，随着科技的发展，人类对无线电频谱资源的需求日益增加，各种无线电技术与应用的竞争愈加激烈，无线电频谱资源已经成为了一种宝贵的稀缺资源。不仅如此，对频谱资源的分配存在着很多不合理的现象，也造成了无线频谱资源的浪费。
目前对于频谱的使用主要通过固定频谱分配策略，频谱资源由政府统一分配给固定的授权用户，这能够保证各个用户在使用频谱时避免过多的互相干扰，进而使得一个用户在一个稳定的范围内更好的使用频谱。当前的频谱资源一般可以分为两类，一类是只允许授权用户以一定的规范设备接入，并且为之付费的频谱，这类频谱受到严格的限制和保护，为授权频谱；另一类则是开放的频谱资源，有关部门规定满足一定的标准和规范的设备都可以接入和使用某个范围内的频谱，前提是不干扰其他的用户，为未授权频谱。研究表明，目前只有一小部分的授权频谱得到了充分的利用，而大多数未授权频谱确相当的拥挤。电视白频谱是指空闲的广播电视频谱，是一种利用率相当低的授权频谱，具有非常大的开发和利用潜能。目前对于电视白频谱的应用大多还集中于白频谱的识别和室外大范围的研究上，对于白频谱的无线传输应用少之又少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电视白频谱动态接入和无线数据传输方法，能够有效检测和识别出可用的电视白频谱，在可用的电视白频谱上建立数据连接。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电视白频谱动态接入和无线数据传输方法，包括以下步骤：
(1)检测电视白频谱可用频道：以固定的带宽从低频到高频扫描频谱，检测其信号强度，通过与设定阈值的比较来判断电视白频谱是否可用，直至识别出所在频谱区间内所有可用的电视白频谱；
(2)建立电视白频谱数据库：将所有可用的电视白频谱上传至服务器建立电视白频谱数据库；
(3)在电视白频谱无线连接上进行数据传输：查询所述电视白频谱数据库，获得可用的电视白频谱，建立无线连接，对数据进行调制、发送、接受和解调处理来实现数据传输。
所述步骤(1)包括以下子步骤：
(11)初始化，确定合适的带宽B，确定电视白频谱的检测范围F1～Fn，检测的频道数设定电视白频谱信号强度判断阈值ρ和检测周期C；
(12)用电视白频谱检测识别系统从频道1到频道k检测电视白频谱，从频道1开始，测量每个频道的信号强度依次为S1～Sk；
(13)对于检测到的每个频道的信号强度，将其与电视白频谱信号强度判断阈值ρ比较ρ，若Sk>ρ，则该频道标记为不可用；若Sk<ρ，则该频道标记为可用；
(14)以检测周期C为周期重复执行步骤(11)～步骤(13)。
所述步骤(2)具体为：把每个检测周期C内检测到的可用的电视白频谱的信息上传至服务器，服务器要求记录每天检测到的每个检测周期C内检测到的可用的电视白频谱的信息，服务器数据每周更新一次，以便于查询。
所述步骤(3)包括以下子步骤：
(31)查询可用的电视白频谱的信息，一个周期内，频道使用者向电视白频谱数据库发送一条请求查询信息，从频道1～k依次查询频道可用性，数据库收到请求后，则向使用者反馈该频道可用性，若查询到频道a不可用，则向后查询a+1频道的可用性；若查询到频道a可用，则查询中止；
(32)建立电视白频谱无线信道，在步骤(31)中查询到可用的频道为ai频道，则以该频道所在频谱建立无线信道，带宽为B1；
(33)数据信号的调制，使用信号调制模块，根据无线信道所处的频谱范围和带宽，确定适合的调制方式对将要发送的数据进行调制；
(34)数据信号的发送，使用电视白频谱信号发射模块，在步骤(32)建立的无线信道中，发射步骤(33)中调制好的数据信号；
(35)数据信号的接受，使用电视白频谱信号接收模块，在步骤(32)建立的无线信道中，接收步骤(34)中发射的数据信号；
(36)数据信号的解调，使用信号解调模块，按照与步骤(33)中数据的调制相对应的解调方式对步骤(35)中接收到的数据信号进行解调，获得发送的初始数据；
(37)在步骤(32)～步骤(36)中，若从一个检测周期进入了另一个检测周期，则立刻中止当前操作，并返回步骤(31)；
(38)接收到初始数据后，关闭步骤(32)中建立的无线信道，并向数据库发送频道使用完成信息，数据库在收到使用完成信息后关闭该使用者的使用权。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1.高效性——由于本发明是在空闲的电视白频谱上实现数据传输，在很大程度上解决了当前频谱资源空置浪费的现象，极大地提高了电视白频谱这种空置授权频谱的使用效率。
2.动态性——本发明以周期性检测电视白频谱可用频道，不会占用授权者所使用的频道，不会对授权者造成干扰，并且在使用过程中对授权者的到来，会立刻让出当前使用的频道给授权者，所以具有动态接入的特性。
3.普遍适用性——电视白频谱资源的使用率低下是普遍存在的问题，在各个地方都存在着非常丰富的空闲电视白频谱资源，故本发明在一般情况下会得到较好的效果，所以具有普遍适用性。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2本发明的各部分连接示意图；
图3为实施过程中扫描频谱图；
图4为实施过程中步骤3数据传输流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
由于电视白频谱基本上是无处不在的而且空置现象非常严重，所以本发明的适用场景非常普遍。电视节目一般是以一个星期为周期而播放的，电视节目对电视白频谱的使用周期也可以以周来计算，所以在实施本发明时，需要每周更新一次电视白频谱数据库就可以基本保证对电视白频谱的使用是不影响当前的授权者的。
本发明的实施方式涉及一种电视白频谱动态接入和无线数据传输方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：检测电视白频谱可用性，以固定的带宽从低频到高频扫描频谱，检测其信号强度，通过于设定阈值的比较来判断电视白频谱可用与否，直至识别出所在频谱区间内所有可用电视白频谱。
步骤2：建立电视白频谱数据库，通过第一步的识别，把检测结果上传至服务器建立电视白频谱数据库。
步骤3：在电视白频谱无线连接上进行数据传输：查询第二步建立的电视白频谱数据库，获得可用频谱，建立无线连接，对数据进行调制、发送、接受、解调处理来实现数据传输。
优选地，所述步骤1包括以下步骤：
步骤11：初始化，确定合适的带宽B，确定电视白频谱的检测范围F1～Fn，检测的频道数设定电视白频谱信号强度判断阈值ρ，检测周期C。
步骤12：用电视白频谱检测识别系统从频道1到频道k检测电视白频谱，从频道1开始，测量每个频道的信号强度依次为S1～Sk。
步骤13：判断电视白频谱是否可用，对于上一步中检测到的每个频道的信号强度，将其与电视白频谱信号强度判断阈值比较ρ，若Sk>ρ，则该频道标记为不可用；若Sk<ρ，则该频道标记为可用。
步骤14：以C为周期，重复执行步骤11～步骤13。
优选地，所述步骤2中，将步骤1中用检测到的电视白频谱可用频道信息建立电视白频谱数据库的具体方法为，把每个周期内检测到的电视白频谱可用频道信息上传至服务器，服务器要求记录每天检测到的每个周期内检测到的电视白频谱可用频道信息，服务器数据每周更新一次，以便于查询。
优选地，所述步骤3包括如下步骤：
步骤31，查询电视白频谱可用频道信息，一个周期内，频道使用者向电视白频谱数据库发送一条请求查询信息，从频道1～k依次查询频道可用性，数据库收到请求后，则向使用者反馈该频道可用性，若查询到频道a不可用，则向后查询a+1频道的可用性；若查询到频道a可用，则查询中止。
步骤32，建立电视白频谱无线信道，在步骤31中查询到可用的频道为ai频道，则以该频道所在频谱建立无线信道，带宽为B。
步骤33，数据信号的调制，使用信号调制模块，根据无线信道所处的频谱范围和带宽，确定适合的调制方式对将要发送的数据进行调制。
步骤34，数据信号的发送，使用电视白频谱信号发射模块，在步骤32建立的无线信道中，发射步骤33中调制好的数据信号。
步骤35，数据信号的接受，使用电视白频谱信号接收模块，在步骤32建立的无线信道中，接收步骤34中发射的数据信号。
步骤36，数据信号的解调，使用信号解调模块，按照与步骤33中数据的调制相对应的解调方式对步骤35中接收到的数据信号进行解调，获得发送的初始数据。
步骤37，在步骤32～步骤36中，若从周期Ci进入了周期Ci+1，则立刻中止当前操作，开始执行步骤31，再执行步骤32～36。
步骤38，接收到初始数据后，关闭步骤32中建立的无线信道，并向数据库发送频道使用完成信息，数据库在收到使用完成信息后关闭该使用者的使用权。
下面通过一个具体的实施例来进一步说明本发明。
使用个人电脑和软件无线电设备来实施本发明，软件无线电用来检测电视白频谱以及数据信号处理、收发等工作，个人电脑提供数据库服务器设备连接见图2。具体步骤为：
第一步，用软件无线电以5Mhz带宽对500Mhz-600Mhz的电视白频谱进行扫频。
第二步，测量所有频道的信号强度，并且与-89dB相比较，得出该次检测所获得的可用频道和不可用频道。图3所示为一次扫频的电视白频谱信号强度图。
第三步，把所得结果上传至服务器，建立电视白频谱数据库，并以记录一天之中每小整点的电视白频谱可用频道情况，电视白频谱数据库以每星期为周期更新一次。
第四步，查询电视白频谱数据库内的可用频道信息，向电视白频谱数据库发送请求并收到回应，确认数据传输所用无线信道中心频率为570Mhz，并建立无线信道。
第五步，对需要传输的数据文件(一张图片)进行用OFDM多载波调制技术进行调制。
第六步，将调制好的信号用软件无线电设备在先前建立的无线信道中发射出去。
第七步，用另一台软件无线电设备以相同的频率接收信号并进行OFDM解调。
第八步，在接受设备的电脑上生成原先发送的数据文件(同一张图片)。第五步到第八步见图4所示。
第九步，关闭该无线信道，在电视白频谱上的无线数据传输结束。

Claims (4)

1.一种电视白频谱动态接入和无线数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)检测电视白频谱可用频道：以固定的带宽从低频到高频扫描频谱，检测其信号强度，通过与设定阈值的比较来判断电视白频谱是否可用，直至识别出所在频谱区间内所有可用的电视白频谱；
(2)建立电视白频谱数据库：将所有可用的电视白频谱上传至服务器建立电视白频谱数据库；
(3)在电视白频谱无线连接上进行数据传输：查询所述电视白频谱数据库，获得可用的电视白频谱，建立无线连接，对数据进行调制、发送、接受和解调处理来实现数据传输。
2.根据权利要求1所述的电视白频谱动态接入和无线数据传输方法，其特征在于，所述步骤(1)包括以下子步骤：
(11)初始化，确定合适的带宽B，确定电视白频谱的检测范围F1～Fn，检测的频道数设定电视白频谱信号强度判断阈值ρ和检测周期C；
(12)用电视白频谱检测识别系统从频道1到频道k检测电视白频谱，从频道1开始，测量每个频道的信号强度依次为S1～Sk；
(13)对于检测到的每个频道的信号强度，将其与电视白频谱信号强度判断阈值ρ比较ρ，若Sk>ρ，则该频道标记为不可用；若Sk<ρ，则该频道标记为可用；
(14)以检测周期C为周期重复执行步骤(11)～步骤(13)。
3.根据权利要求2所述的电视白频谱动态接入和无线数据传输方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：把每个检测周期C内检测到的可用的电视白频谱的信息上传至服务器，服务器要求记录每天检测到的每个检测周期C内检测到的可用的电视白频谱的信息，服务器数据每周更新一次，以便于查询。
4.根据权利要求1所述的电视白频谱动态接入和无线数据传输方法，其特征在于，所述步骤(3)包括以下子步骤：
(31)查询可用的电视白频谱的信息，一个周期内，频道使用者向电视白频谱数据库发送一条请求查询信息，从频道1～k依次查询频道可用性，数据库收到请求后，则向使用者反馈该频道可用性，若查询到频道a不可用，则向后查询a+1频道的可用性；若查询到频道a可用，则查询中止；
(32)建立电视白频谱无线信道，在步骤(31)中查询到可用的频道为ai频道，则以该频道所在频谱建立无线信道，带宽为B1；
(33)数据信号的调制，使用信号调制模块，根据无线信道所处的频谱范围和带宽，确定适合的调制方式对将要发送的数据进行调制；
(34)数据信号的发送，使用电视白频谱信号发射模块，在步骤(32)建立的无线信道中，发射步骤(33)中调制好的数据信号；
(35)数据信号的接受，使用电视白频谱信号接收模块，在步骤(32)建立的无线信道中，接收步骤(34)中发射的数据信号；
(36)数据信号的解调，使用信号解调模块，按照与步骤(33)中数据的调制相对应的解调方式对步骤(35)中接收到的数据信号进行解调，获得发送的初始数据；
(37)在步骤(32)～步骤(36)中，若从一个检测周期进入了另一个检测周期，则立刻中止当前操作，并返回步骤(31)；
(38)接收到初始数据后，关闭步骤(32)中建立的无线信道，并向数据库发送频道使用完成信息，数据库在收到使用完成信息后关闭该使用者的使用权。
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