本發(fā)明屬于數(shù)字電視和無線通信技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種基于WiFi芯片的電視白頻譜寬帶通信系統(tǒng)及其通信方法。

背景技術(shù)：

白頻譜是指空閑電視廣播頻段，即在470MHz與790MHz之間，為避免電視廣播之間相互干擾的空閑頻段。為了更加有效地利用日益緊張的頻譜資源，白頻譜的發(fā)展空間將加大。廣播電視“白頻譜”通常泛指三種未使用的廣播電視頻段：未投入使用的頻段、發(fā)射臺停播時的頻段以及由于保護率要求而空閑的頻段。這里，我們首先解釋一下什么是由于保護率要求而空閑的頻段，假設(shè)發(fā)射臺站的理想覆蓋區(qū)域為正六邊形，當某個發(fā)射臺站確定一個使用頻道時，其相鄰的6個發(fā)射臺站不能使用該頻道，詳見圖1。而在不影響作為主要用戶的廣播電視業(yè)務(wù)接收的情況下，一些低功率的“白頻譜”無線通訊設(shè)備可以作為次要用戶使用該頻道。但是，電視白頻譜的應(yīng)用由于受到產(chǎn)業(yè)鏈的影響，現(xiàn)有的實現(xiàn)手段在成本上還不能達到商用的目的。為此，如何采用現(xiàn)有芯片來實現(xiàn)電視白頻譜通信就變得十分關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服上述不足提供一種基于WiFi芯片的電視白頻譜寬帶通信系統(tǒng)及其通信方法。

一種基于WiFi芯片的電視白頻譜寬帶通信系統(tǒng)，包括以下部分：基站控制器，用于向基站提供預(yù)格式化的數(shù)據(jù)幀以及一個到核心網(wǎng)絡(luò)中的聯(lián)系點；身份驗證模塊，用于在授權(quán)用戶訪問網(wǎng)絡(luò)時對授權(quán)用戶的身份進行驗證；位置注冊模塊，用于注冊授權(quán)用戶和/或終端的位置,從而完成終端和基站的消息路由；廣播注冊模塊，用于存儲和處理關(guān)于廣播數(shù)據(jù)的消息；操作維護中心，用于操作維護通信系統(tǒng)中的各功能實體；計費模塊，用于對授權(quán)用戶和終端提供計費記錄；白頻譜數(shù)據(jù)庫，用于對授權(quán)用戶提供可用的白頻譜數(shù)據(jù)。

所述計費模塊提供的計費記錄包括授權(quán)用戶的單價計費和流量計費。

所述位置注冊模塊還用于存儲終端的具體精準位置，從而實現(xiàn)在沒有干擾的時候進行預(yù)定的通信，防止多個附近的終端同時進行通信。

所述廣播注冊模塊還用于接收客戶端發(fā)送的消息從而更新授權(quán)用戶和終端的當前狀態(tài)。

所述存儲終端的具體精準位置由終端使用GPS自己的提供。

所述存儲終端的具體精準位置通過使用兩個不同的三角形來進行定位。

根據(jù)所述的基于WiFi芯片的電視白頻譜寬帶通信系統(tǒng)，其中所述基站控制器控制通信方法為：

基站控制器通過WiFi芯片接收要發(fā)送的數(shù)據(jù)；

按照預(yù)先確定的幀格式格式化接收的數(shù)據(jù)；

選擇其中部分或全部格式化幀傳輸?shù)綗o線電；

無線電以每秒不超過一幀的速率發(fā)送幀；

接收來自無線電的數(shù)據(jù)；

確定至少有一個響應(yīng)；

將所述數(shù)據(jù)傳輸至云端進行云計算處理；

從云端接收響應(yīng)數(shù)據(jù)；

按照預(yù)先確定的幀格式對響應(yīng)進行格式化；

無線電以每秒不超過一幀的速率發(fā)送。

所述云端為公共云、社區(qū)云和/或私有云。

本發(fā)明的優(yōu)點有：適宜的“云”可以由包含在通信網(wǎng)絡(luò)的核心服務(wù)器集合來提供。使用云計算可能是有益的，因為它可能給控制器獲得計算服務(wù)已超越了其本身的功能。這使得可以在一個廣泛使用的和價格合理的增強。云中還可以提供一個裝置，用于數(shù)據(jù)到控制器和核心網(wǎng)絡(luò)之間傳遞。然而，通過云計算執(zhí)行某些處理的部分或全部，有時引入額外的，而且往往隨機延遲。因此，這樣有收到的消息及其響應(yīng)之間有足夠長的間隙的幀速率放慢的另一個優(yōu)點是給控制器，它需要利用云計算的靈活性。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的發(fā)射臺站頻道分配圖

圖2為本發(fā)明通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明通信方法中發(fā)送數(shù)據(jù)部分的流程示意圖。

圖4為本發(fā)明通信方法中接收數(shù)據(jù)部分的流程示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明：

一種基于WiFi芯片的電視白頻譜寬帶通信系統(tǒng)，包括以下部分：基站控制器，用于向基站提供預(yù)格式化的數(shù)據(jù)幀以及一個到核心網(wǎng)絡(luò)中的聯(lián)系點；身份驗證模塊，用于在授權(quán)用戶訪問網(wǎng)絡(luò)時對授權(quán)用戶的身份進行驗證；位置注冊模塊，用于注冊授權(quán)用戶和/或終端的位置,從而完成終端和基站的消息路由；廣播注冊模塊，用于存儲和處理關(guān)于廣播數(shù)據(jù)的消息；操作維護中心，用于操作維護通信系統(tǒng)中的各功能實體；計費模塊，用于對授權(quán)用戶和終端提供計費記錄；白頻譜數(shù)據(jù)庫，用于對授權(quán)用戶提供可用的白頻譜數(shù)據(jù)。

所述計費模塊提供的計費記錄包括授權(quán)用戶的單價計費和流量計費。

所述位置注冊模塊還用于存儲終端的具體精準位置，從而實現(xiàn)在沒有干擾的時候進行預(yù)定的通信，防止多個附近的終端同時進行通信。

所述廣播注冊模塊還用于接收客戶端發(fā)送的消息從而更新授權(quán)用戶和終端的當前狀態(tài)。

所述存儲終端的具體精準位置由終端使用GPS自己的提供。

所述存儲終端的具體精準位置通過使用兩個不同的三角形來進行定位。

根據(jù)所述的基于WiFi芯片的電視白頻譜寬帶通信系統(tǒng)，其中所述基站控制器控制通信方法為：

基站控制器通過WiFi芯片接收要發(fā)送的數(shù)據(jù)；

按照預(yù)先確定的幀格式格式化接收的數(shù)據(jù)；

選擇其中部分或全部格式化幀傳輸?shù)綗o線電；

無線電以每秒不超過一幀的速率發(fā)送幀；

接收來自無線電的數(shù)據(jù)；

確定至少有一個響應(yīng)；

將所述數(shù)據(jù)傳輸至云端進行云計算處理；

從云端接收響應(yīng)數(shù)據(jù)；

按照預(yù)先確定的幀格式對響應(yīng)進行格式化；

無線電以每秒不超過一幀的速率發(fā)送。

所述云端為公共云、社區(qū)云和/或私有云。

核心網(wǎng)絡(luò)由服務(wù)提供商和基于基站的通信網(wǎng)絡(luò)組成?；揪W(wǎng)絡(luò)由一個或多個基站組成，一個基站由基站控制器和發(fā)射器組成。基本的原則是盡量使網(wǎng)絡(luò)智能化，因此，基站發(fā)射器是預(yù)格式化的簡單的設(shè)備。這種架構(gòu)導致成本最低的基站，并提供靈活性例如安排在多個基站的傳輸，使得自干擾被最小化。當數(shù)據(jù)從客戶端傳送到一個終端應(yīng)用程序，就被傳遞給負責管理終端的服務(wù)提供商。服務(wù)提供商添加路由信息后，在終端的服務(wù)層就可以知道數(shù)據(jù)發(fā)送給那個服務(wù)了。然后數(shù)據(jù)被傳遞到一個終端連接到基站網(wǎng)絡(luò)。然后該基站網(wǎng)絡(luò)通過下行鏈路將數(shù)據(jù)給相關(guān)基站?；究刂破鲗?shù)據(jù)傳送到終端。終端上的應(yīng)用程序也可以將數(shù)據(jù)提供給服務(wù)層傳輸?shù)接脩舳?。服?wù)層增加了路由信息到應(yīng)用程序中的數(shù)據(jù)，這樣客戶端可以獲知哪些應(yīng)用程序在終端內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)和路由信息隨后被傳遞給MAC和PHY發(fā)送到基站?；窘邮盏娜魏紊闲墟溌窋?shù)據(jù)從終端，并通過基站網(wǎng)絡(luò)將船體給負責該終端的服務(wù)提供商。當接收到來自基站的數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商檢查發(fā)送給用戶的路由信息、應(yīng)用程序的應(yīng)用程序和身份的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)提供每個終端只有一個可尋址的地址，根據(jù)發(fā)送應(yīng)用程序，它不會將數(shù)據(jù)路由到不同的客戶。這里假定有一個對客戶端和終端之間的一對一映射。到基站的終端信號通過空中接口傳輸?；窘?jīng)過骨干網(wǎng)傳輸信息幀。骨干網(wǎng)是Internet網(wǎng)或是自建的網(wǎng)絡(luò)。核心網(wǎng)絡(luò)功能駐留在一個網(wǎng)絡(luò)管理器，它本身可以是一個虛擬實體的云。提供的信息發(fā)送到基站的幀以及協(xié)調(diào)跳頻分配，管理位置記錄等等。終端發(fā)送的幀，送到一個同步數(shù)據(jù)庫中，這個同步數(shù)據(jù)庫是網(wǎng)絡(luò)與任何用戶軟件系統(tǒng)之間的接口。網(wǎng)絡(luò)的信息流動情況。該信息流程示通過舉例的方式，參照實現(xiàn)失重協(xié)議機通信的網(wǎng)絡(luò)。顯示了一個終端，在這個例子中是一個智能電表，通過閱讀能夠給機器通信的內(nèi)置模塊。模塊編碼的讀數(shù)，并通過空中接口向基站，其傳送到核心網(wǎng)絡(luò)進行發(fā)送。有數(shù)據(jù)被存儲在數(shù)據(jù)高速緩存和與所述客戶IT系統(tǒng)同步之前，就可以進行處理。數(shù)據(jù)可以同樣地流動在另一個方向上，從而能夠從客戶端傳輸?shù)浇K端客戶機數(shù)據(jù)?？蛻舳说臄?shù)據(jù)也將被存儲在它的行程的從核心網(wǎng)絡(luò)到終端的數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器，使在等待來自基站的調(diào)度的傳輸時隙被緩沖的數(shù)據(jù)。在最高級別的數(shù)據(jù)高速緩存和客戶的IT系統(tǒng)中使用一個層，它很可能是特定于該客戶端的通信。這可以通過管理接口的方法來實現(xiàn)該客戶機來讀取和寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)高速緩存。通過這樣做，客戶端可以從終端檢索數(shù)據(jù)和寫入數(shù)據(jù)到終端。下面那層，在所述終端的應(yīng)用層可以與數(shù)據(jù)高速緩存內(nèi)的應(yīng)用層通信。這使得應(yīng)用程序特定的編碼來實現(xiàn)。終端與無線，它使用MAC和PHY層與基站進行通信通信。基站發(fā)送的幀級信息進行數(shù)據(jù)高速緩存。MiWIND是一種開放的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)架構(gòu)?？梢孕纬梢粋€全球性的網(wǎng)絡(luò)。業(yè)務(wù)可以掛載在全球性的網(wǎng)絡(luò)上，由用戶自己來經(jīng)營。也可以掛載在M2M服務(wù)提供商上面。M2M服務(wù)提供商也可以建立自己的MiWIND蜂窩，提供地區(qū)性的應(yīng)用和服務(wù)。

基站控制器是與基站進行通信的唯一的點，基站就將消息發(fā)布到需要的終端。核心的功能是組裝基站要發(fā)送的信息幀。為此，基站控制器需要預(yù)定決策?；究刂破鬟€要規(guī)劃無線電相關(guān)的資源，這些包括頻率規(guī)劃、碼分配、同步字規(guī)劃和負載平衡。在實現(xiàn)上，MiWIND采用了不同的實現(xiàn)方法。在一般的基站中，包含了這里的控制器的概念。基站包括網(wǎng)絡(luò)層和控制層，控制的無線電設(shè)備的操作。網(wǎng)絡(luò)和控制層通常使用軟件實現(xiàn)。無線電是由一個嵌入式固件的層、MAC層和物理層組成。固件接收來自控制層的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的格式在MAC中已經(jīng)變換為幀。MAC是實際實現(xiàn)為內(nèi)存映射的硬件。在MAC在物理層通過空中接口發(fā)送之前完成RF調(diào)制?，F(xiàn)有結(jié)構(gòu)的一個問題是，嵌入式固件使用低級編程語言編寫的，其便攜、測試和調(diào)試比較困難。另一個問題是，固件是相對特定機器的，因此，可移植性不好。一種可能的解決方案就是，幀不是在無線電里面來組建，而是放在網(wǎng)絡(luò)層上。然后，幀通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到MAC，這樣，在幀被發(fā)送之前，只是需要少許格式化就可以了。這種方法的優(yōu)點是，主要是在軟件中進行數(shù)據(jù)的格式化。一個缺點是，接收和解碼數(shù)據(jù)，處理該數(shù)據(jù)，以及響應(yīng)，格式化的過程中會引起延遲，這些延遲在現(xiàn)代的高速網(wǎng)絡(luò)中也許是不可接受的。因此，需要一個柔性的基站，他可以有效地處理由于軟件而產(chǎn)生的延遲。在實際的實現(xiàn)上，控制器是一個虛擬機，其特點為：將數(shù)據(jù)格式化為一系列的幀，其中每個幀具有相同的持續(xù)時間。每個幀的持續(xù)時間可以是至少一秒鐘，或者是2秒鐘。在與無線電之間傳輸數(shù)據(jù)的時候，在接收數(shù)據(jù)和發(fā)送響應(yīng)之間，至少傳輸一個幀?？梢栽赑C上執(zhí)行。采用.NET框架來實現(xiàn)。可以將從無線電接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到云端進行計算。可以從云端接收到所接收的數(shù)據(jù)的響應(yīng)，并格式化該響應(yīng)通過網(wǎng)絡(luò)由無線電傳輸?？刂破靼ㄒ粋€網(wǎng)絡(luò)層和一個控制層，這兩者在用軟件實現(xiàn)?？刂茖訉⒁l(fā)送的數(shù)據(jù)格式化為幀，這些幀隨后可以通過，例如，通過以太網(wǎng)連接到無線電。無線電包括一層薄薄的嵌入式固件用于呈現(xiàn)格式化的數(shù)據(jù)到MAC和一個物理層用于通過空中接口發(fā)射信號。不同于典型的調(diào)制解調(diào)器，其數(shù)據(jù)和控制有非常不同的接口。一個典型的調(diào)制解調(diào)器有很多智能的嵌入式固件。將這些智能的固件上移到控制層，那么，編程和調(diào)試就大大簡化，因為可以使用高級編程語言來實現(xiàn)固件。從物理層抽象出來的通信功能更有利于測試的簡便化。最后，將更多的智能固件進入控制層，更有利于將軟件移植到不同的物理設(shè)備。本質(zhì)上，與傳統(tǒng)的情況比較，其結(jié)果是簡單的物理設(shè)備作為基站用于通過空中接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。基站的工作完全由控制層的軟件來管理，并且容易移植到人而活的機器上。控制器可有選擇地傳遞一些或全部它從無線接收的數(shù)據(jù)到云計算進一步處理。控制器可以利用公共云，社區(qū)云，私有云或這些的任意組合。適宜的“云”可以由包含在通信網(wǎng)絡(luò)的核心服務(wù)器集合來提供。使用云計算可能是有益的，因為它可能給控制器獲得計算服務(wù)已超越了其本身的功能。這使得可以在一個廣泛使用的和價格合理的增強。云中還可以提供一個裝置，用于數(shù)據(jù)到控制器和核心網(wǎng)絡(luò)之間傳遞。然而，通過云計算執(zhí)行某些處理的部分或全部，有時引入額外的，而且往往隨機延遲。因此，這樣有收到的消息及其響應(yīng)之間有足夠長的間隙的幀速率放慢的另一個優(yōu)點是給控制器，它需要利用云計算的靈活性。