CN111447629B - 基于在轨可重构信道编解码系统 - Google Patents

基于在轨可重构信道编解码系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于在轨可重构信道编解码技术，涉及通信设备领域。该基于在轨可重构信道编解码技术包括网络单元、管理中心、频谱环境模拟器和认知节点，所述网络单元包括互联网和电信网，所述管理中心包括嵌入式CPU和控制单元，所述频谱环境模拟器包括缓冲器、数字信号处理器DSP和编码解码器，所述缓冲器、数字信号处理器DSP和编码解码器之间电性连接。该基于在轨可重构信道编解码技术可避免不同网络信号之间出现的干扰现象，使其电话、计算机和用户手机的网络输出速率有所提升，并且该系统在软件层面实现频谱信息重构，实际操作中，使用效果好，能够解决有效的无线频谱短缺的问题，提升用户体验。

Description

基于在轨可重构信道编解码系统
技术领域
本发明涉及通信设备技术领域，具体为基于在轨可重构信道编解码技术。
背景技术
随着科学技术的不断发展，对无线通信技术的要求也越来越高，而频谱资源匮乏的问题日益严重，成为制约无线通信发展的一个重要的瓶颈。
但现在的无线系统中，已经分配的频谱资源在时间和空间上存在很大程度的闲置，现有的无线电技术中难以高效利用频谱资源，现有装置不能够扫描当前环境中空闲的无线频谱，无法让非授权用户暂时的使用已被分配的频谱进行数据传输，不能解决无线频谱短缺的问题，因而导致各网络信号之间存在干扰现象，使得小区客服电话、计算机和用户手机的网络输出速率的输出速率慢，用户体验差，针对现有技术的不足，本发明公开了基于在轨可重构信道编解码技术，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明公开了基于在轨可重构信道编解码技术，以解决上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于在轨可重构信道编解码技术，包括网络单元、管理中心、频谱环境模拟器和认知节点，所述网络单元包括互联网和电信网，所述网络单元是由若干节点和连接这些节点的链路构成，所述管理中心包括嵌入式CPU和控制单元，所述嵌入式CPU分为两个串口且分别命名为串口一和串口二，所述控制单元分为两个控制节点且分别命名为控制节点一和控制节点二，所述频谱环境模拟器包括缓冲器、数字信号处理器DSP和编码解码器，所述缓冲器、数字信号处理器DSP和编码解码器之间电性连接，所述认知节点包括小区客服电话、计算机和用户手机；
所述管理中心设有频谱管理模块，所述频谱环境模拟器设有通信模块，所述认知节点设有频谱感知模块，所述管理中心通过嵌入式CPU和控制单元将网络单元信号传入频谱环境模拟器，所述频谱环境模拟器通过缓冲器、数字信号处理器DSP和编码解码器对信号进行编码解码并传入认知节点，所述认知节点设置的频谱感知模块可对接收的信号进行频谱感知并将感知信息定期反馈给管理中心，所述管理中心通过频谱管理模块对信号的可重构参数进行重构处理，所述控制频谱环境模拟器通过通信模块对信号进行再编码解码，所述认知节点接收信号完成信号重构；
所述可重构参数包括通信频率、调制方式、传输功率和传输宽带，所述管理中心可对可重构参数进行控制。
优选的，所述互联网、串口一和控制节点一电性相连接，所述电信网、串口二和控制节点二电性相连接。
优选的，所述频谱环境模拟器的数量可设置为多组，所述认知节点的数量也为多组，多组所述认知节点可与一组频谱环境模拟器进行连接，多组所述频谱环境模拟器可对一组管理中心连接。
优选的，所述频谱感知模块、频谱管理模块、通信模块三个工作阶段独立，所述频谱感知模块可对频谱管理模块进行周期性反馈且周期设置为5-15秒。
优选的，所述认知节点通信时的调制方式可为DBPSK、8PSK、16QAM，所述网络单元可为25k、50k、100k和200k，所述认知节点具有本地频谱感知功能和数据通信功能，能够实时地感知本地频谱状态并将其量化，所述认知节点能够与其他认知用户节点进行小规模的点对点双工数据通信，所述认知节点能通过与管理中心的合作，始终避开被授权用户占用的频率资源，在授权用户暂时没有使用的信道上进行无线通信。
优选的，所述管理中心可可以根据检测到的频谱信息选择最合适的频率进行通信，所述管理中心能够收集给需要通信的两个认知节点的本地频谱信息，并给这两个认知用户节点分配适合通信的频谱资源。
优选的，所述管理中心可以根据信道特性以及用户的要求，选择不同的调制方式获取最佳通信质量。
优选的，所述管理中心可以控制通信功率，不对授权用户造成干扰的同时，选取最合适的通信功率，保证认知用户的通信性能。
优选的，所述管理中心控制无线电中的调制解调器能在不同的带宽下进行通信。
优选的，所述频谱环境模拟器具有模拟授权用户对频率资源的使用情况的功能。
本发明公开了基于在轨可重构信道编解码技术，其具备的有益效果如下：
1、该基于在轨可重构信道编解码技术，通过设置认知节点具有本地频谱感知功能和数据通信功能，能够实时地感知本地频谱状态并将其量化，认知节点能够与其他认知用户节点进行小规模的点对点双工数据通信，认知节点能通过与管理中心的合作，始终避开被授权用户占用的频率资源，在授权用户暂时没有使用的信道上进行无线通信，如此设置可避免不同网络信号之间出现的干扰现象，使其电话、计算机和用户手机的网络输出速率有所提升，并且该系统在软件层面实现频谱信息重构，实际操作中，使用效果好，能够解决有效的无线频谱短缺的问题，提升用户体验，满足使用者需求。
2、该基于在轨可重构信道编解码技术，能够感知环境信息，进行频谱管理并且选择合适的通信参数进行通信，而且要在感知到授权用户时及时退避并且重建通信，以提高频谱利用率，通过对普通的软件无线电增加环境感知、信道变化等认知模块来扩充的软件无线电，本系统设计目的为凸显无线电理论运用于实际通信中对频谱的灵活应用等性能的提升，使系统内的用户能够在损失少量实时性的情况下高效的利用频谱资源。
附图说明
图1为本发明示意图；
图2为本发明可重构参数示意图；
图3为本发明频谱环境模拟器和认知节点分布图；
图4为本发明系统工作流程图。
具体实施方式
本发明实施例提供基于在轨可重构信道编解码技术，如图1-4所示，包括网络单元、管理中心、频谱环境模拟器和认知节点，网络单元包括互联网和电信网，网络单元是由若干节点和连接这些节点的链路构成，管理中心包括嵌入式CPU和控制单元，嵌入式CPU分为两个串口且分别命名为串口一和串口二，控制单元分为两个控制节点且分别命名为控制节点一和控制节点二，频谱环境模拟器包括缓冲器、数字信号处理器DSP和编码解码器，缓冲器、数字信号处理器DSP和编码解码器之间电性连接，认知节点包括小区客服电话、计算机和用户手机；
管理中心设有频谱管理模块，频谱环境模拟器设有通信模块，认知节点设有频谱感知模块，管理中心通过嵌入式CPU和控制单元将网络单元信号传入频谱环境模拟器，频谱环境模拟器通过缓冲器、数字信号处理器DSP和编码解码器对信号进行编码解码并传入认知节点，认知节点设置的频谱感知模块可对接收的信号进行频谱感知并将感知信息定期反馈给管理中心，管理中心通过频谱管理模块对信号的可重构参数进行重构处理，控制频谱环境模拟器通过通信模块对信号进行再编码解码，认知节点接收信号完成信号重构；
可重构参数包括通信频率、调制方式、传输功率和传输宽带，管理中心可对可重构参数进行控制，通过设置认知节点具有本地频谱感知功能和数据通信功能，能够实时地感知本地频谱状态并将其量化，认知节点能够与其他认知用户节点进行小规模的点对点双工数据通信，认知节点能通过与管理中心的合作，始终避开被授权用户占用的频率资源，在授权用户暂时没有使用的信道上进行无线通信，如此设置可避免不同网络信号之间出现的干扰现象，使其电话、计算机和用户手机的网络输出速率有所提升，并且该系统在软件层面实现频谱信息重构，实际操作中，使用效果好，能够解决有效的无线频谱短缺的问题，提升用户体验，满足使用者需求。
互联网、串口一和控制节点一电性相连接，电信网、串口二和控制节点二电性相连接。
频谱环境模拟器的数量可设置为多组，认知节点的数量也为多组，多组认知节点可与一组频谱环境模拟器进行连接，多组频谱环境模拟器可对一组管理中心连接。
目前，世界上各国在频谱分配政策上均采用静态的频谱管理方式，对不同的无线通信系统分配不同的频段，这种方法避免了不同通信系统间的相互干扰，然而频谱的利用率却是非常的低，同时大量的研究却发现无线电频谱资源并没有得到充分的利用，在相同的时间，相同的地点上一些频谱的利用率上是很有限的，一些非授权频段如工业、医用和科学频段以及用于陆地移动通信的2GHz左右频段上是非常的拥挤，而有些授权的频段却经常处于空闲状态。
系统功能模块的重构能力指不改变任何硬件部分，通过软件改变系统的参数，比如调整载波频率、传输带宽、传输功率、调制方式等参数，通过软件的不断更新来满足频谱决策的结果，而且传输参数的改变不仅仅在传输开始的时候，传输过程中认知无线电系统依然对环境进行感知，如果环境发生变化(比如授权用户开始使用该频段)，传输参数需要随时改变。
本无线电系统能够感知环境信息，进行频谱管理并且选择合适的通信参数进行通信，而且要在感知到授权用户时及时退避并且重建通信，以提高频谱利用率，通过对普通的软件无线电增加环境感知、信道变化等认知模块来扩充的软件无线电，本系统设计目的为凸显无线电理论运用于实际通信中对频谱的灵活应用等性能的提升，使系统内的用户能够在损失少量实时性的情况下高效的利用频谱资源。
频谱感知模块、频谱管理模块、通信模块三个工作阶段独立，频谱感知模块可对频谱管理模块进行周期性反馈且周期设置为5-15秒，设置周期性反馈使得频谱感知模块能够实时向频谱管理模块发送信息，及时调配无线电资源。
认知节点通信时的调制方式可为DBPSK、8PSK、16QAM，网络单元可为25k、50k、100k和200k，认知节点具有本地频谱感知功能和数据通信功能，能够实时地感知本地频谱状态并将其量化，认知节点能够与其他认知用户节点进行小规模的点对点双工数据通信，认知节点能通过与管理中心的合作，始终避开被授权用户占用的频率资源，在授权用户暂时没有使用的信道上进行无线通信。
管理中心可可以根据检测到的频谱信息选择最合适的频率进行通信，管理中心能够收集给需要通信的两个认知节点的本地频谱信息，并给这两个认知用户节点分配适合通信的频谱资源。
管理中心可以根据信道特性以及用户的要求，选择不同的调制方式获取最佳通信质量。
管理中心可以控制通信功率，不对授权用户造成干扰的同时，选取最合适的通信功率，保证认知用户的通信性能。
管理中心控制无线电中的调制解调器能在不同的带宽下进行通信，频谱环境模拟器具有模拟授权用户对频率资源的使用情况的功能。
工作原理：无线电在获取频谱信息并对可用的频谱进行分配之后，需要对通信系统的参数进行设置，然后不同的环境中，频谱的特性是不一样的，而且是随时变化的，这就需要认知无线电系统的信道编解码器可以工作在多种模式之下，是自适应，可重构的，对于信道编解码器的自适应可重构主要指的是编解码方案根据周围的频谱环境的好坏进行自适应的选择，具体可以表现为不同编解码的选择与同一种编解码不同码率的选择，无线电中的传输参数不但在通信的起始是可变的，在通信的过程中，根据获取到的周围的频谱信息也应该具有可重构的能力，而且重构的过程都是在不改变硬件条件的前提下，仅仅修改软件的基础上进行的，所以软件无线电是实现无线电系统的最好平台。
在使用时，嵌入式CPU中的串口一和串口二分别对从网络单元内接收到的信号、互联网信号以及IP电话信号进行处理，再由CPU处理过的视频数据包、互联网数据包或IP电话信号数据包分别送到控制单元中的控制节点，由控制节点所接收的互联网数据包和IP电话信号数据包发送至缓冲器二处进行数据缓冲，缓冲后的数据通过数字信号处理器DSP再对其信号进行修改、删除、强化、调制等处理变成脉冲编码调制(PCM)数字信号，编码解码器对PCM数字信号进行解码、滤波、数模转换变成模拟音频信号送到小区客服电话、计算机、用户手机的输入端口。
小区客服电话、计算机、用户手机的输入端口在接收信号后会由频谱感知模块进行频谱感知，然后将感知信息反馈至频谱管理模块，频谱管理模块对信号的可重构参数进行重构处理，控制频谱环境模拟器通过通信模块对信号进行再编码解码，认知节点接收信号完成信号重构，认知节点具有本地频谱感知功能和数据通信功能，能够实时地感知本地频谱状态并将其量化，认知节点能够与其他认知用户节点进行小规模的点对点双工数据通信，认知节点能通过与管理中心的合作，始终避开被授权用户占用的频率资源，在授权用户暂时没有使用的信道上进行无线通信，管理中心可以根据信道特性以及用户的要求，选择不同的调制方式获取最佳通信质量，如此设置可避免不同网络信号之间出现的干扰现象，使其电话、计算机和用户手机的网络输出速率有所提升，并且该系统在软件层面实现频谱信息重构，实际操作中，使用效果好，满足使用者需求。
此装置通过设置认知节点具有本地频谱感知功能和数据通信功能，能够实时地感知本地频谱状态并将其量化，认知节点能够与其他认知用户节点进行小规模的点对点双工数据通信，认知节点能通过与管理中心的合作，始终避开被授权用户占用的频率资源，在授权用户暂时没有使用的信道上进行无线通信，如此设置可避免不同网络信号之间出现的干扰现象，使其电话、计算机和用户手机的网络输出速率有所提升，并且该系统在软件层面实现频谱信息重构，实际操作中，使用效果好，能够解决有效的无线频谱短缺的问题，提升用户体验，满足使用者需求。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.基于在轨可重构信道编解码系统，包括网络单元、管理中心、频谱环境模拟器和认知节点，其特征在于：所述网络单元包括互联网和电信网，所述网络单元是由若干节点和连接这些节点的链路构成，所述管理中心包括嵌入式CPU和控制单元，所述嵌入式CPU分为两个串口且分别命名为串口一和串口二，所述控制单元分为两个控制节点且分别命名为控制节点一和控制节点二，所述频谱环境模拟器包括缓冲器、数字信号处理器DSP和编码解码器，所述缓冲器、数字信号处理器DSP和编码解码器之间电性连接，所述认知节点包括小区客服电话、计算机和用户手机；
所述管理中心设有频谱管理模块，所述频谱环境模拟器设有通信模块，所述认知节点设有频谱感知模块，所述管理中心通过嵌入式CPU和控制单元将网络单元信号传入频谱环境模拟器，所述频谱环境模拟器通过缓冲器、数字信号处理器DSP和编码解码器对信号进行编码解码并传入认知节点，所述认知节点设置的频谱感知模块能够对接收的信号进行频谱感知并将感知信息定期反馈给管理中心，所述管理中心通过频谱管理模块对信号的可重构参数进行重构处理，控制频谱环境模拟器通过通信模块对信号进行再编码解码，所述认知节点接收信号完成信号重构；
所述可重构参数包括通信频率、调制方式、传输功率和传输宽带，所述管理中心能够对可重构参数进行控制；
所述认知节点具有本地频谱感知功能和数据通信功能，能够实时地感知本地频谱状态并将其量化，所述认知节点能够与其他认知用户节点进行小规模的点对点双工数据通信，所述认知节点能通过与管理中心的合作，始终避开被授权用户占用的频率资源，在授权用户暂时没有使用的信道上进行无线通信。
2.根据权利要求1所述的基于在轨可重构信道编解码系统，其特征在于：所述互联网通过所述串口一与所述控制节点一电性连接，所述电信网通过所述串口二与所述控制节点二电性连接。
3.根据权利要求1所述的基于在轨可重构信道编解码系统，其特征在于：所述频谱环境模拟器的数量能够设置为多组，所述认知节点的数量也为多组，多组所述认知节点能够与一组频谱环境模拟器进行连接，多组所述频谱环境模拟器能够与一组管理中心进行连接。
4.根据权利要求1所述的基于在轨可重构信道编解码系统，其特征在于：所述频谱感知模块、频谱管理模块、通信模块三个工作阶段独立，所述频谱感知模块能够对频谱管理模块进行周期性反馈且周期设置为5-15秒。
5.根据权利要求1所述的基于在轨可重构信道编解码技术，其特征在于：所述认知节点通信时的调制方式能够为DBPSK、8PSK、16QAM，所述网络单元能够为25kb/s、50kb/s、100kb/s和200kb/s。
6.根据权利要求1所述的基于在轨可重构信道编解码系统，其特征在于：所述管理中心能够根据检测到的频谱信息选择最合适的频率进行通信，所述管理中心能够收集给需要通信的两个认知节点的本地频谱信息，并给这两个认知用户节点分配适合通信的频谱资源。
7.根据权利要求1所述的基于在轨可重构信道编解码系统，其特征在于：所述管理中心能够根据信道特性以及用户的要求，选择不同的调制方式获取最佳通信质量。
8.根据权利要求1所述的基于在轨可重构信道编解码系统，其特征在于：所述管理中心能够控制通信功率，不对授权用户造成干扰的同时，选取最合适的通信功率，保证认知用户的通信性能。
9.根据权利要求1所述的基于在轨可重构信道编解码系统，其特征在于：所述管理中心控制无线电中的调制解调器能在不同的带宽下进行通信。
10.根据权利要求1所述的基于在轨可重构信道编解码系统，其特征在于：所述频谱环境模拟器具有模拟授权用户对频率资源的使用情况的功能。
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