本發(fā)明主要應(yīng)用于無線自組網(wǎng)通信領(lǐng)域，特別涉及一種無線自組網(wǎng)物理層的幀結(jié)構(gòu)及其通信方法。

背景技術(shù)：

無線自組網(wǎng)又稱為“adhoc網(wǎng)絡(luò)”，是一組帶有無線收發(fā)裝置的移動(dòng)終端組成的一個(gè)多跳的臨時(shí)性自治系統(tǒng)。在自組網(wǎng)中，每個(gè)用戶終端不僅能移動(dòng)，而且，兼有路由器和主機(jī)兩種功能。一方面，作為主機(jī)，終端需要運(yùn)行各種面向用戶的應(yīng)用程序；另一方面，作為路由器，終端需要運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議，根據(jù)路由策略和路由表完成數(shù)據(jù)的分組轉(zhuǎn)發(fā)和路由維護(hù)工作。

目前最成功規(guī)模最大的無線組網(wǎng)就是蜂窩組網(wǎng)，該組網(wǎng)方式采用的第四代幀結(jié)構(gòu)，其支持業(yè)務(wù)類型多，其協(xié)議異常復(fù)雜，建立業(yè)務(wù)的過程也較為復(fù)雜，其特點(diǎn)是在業(yè)務(wù)建立之處要進(jìn)行無線鏈路的建立，因此，其時(shí)延也較大。

此外，在蜂窩組網(wǎng)系統(tǒng)中，主從設(shè)備的區(qū)分非常明顯，比如基站就是主設(shè)備，而一般的移動(dòng)終端就是從設(shè)備，基站一般是靜止的，所以其功耗、設(shè)備大小一般都不是主要考慮的成分，因此，基站會(huì)在所有的下行子幀中，無論有無數(shù)據(jù)傳輸，都要進(jìn)行小區(qū)參考信號(hào)的傳播，以便于本小區(qū)內(nèi)的移動(dòng)終端保持無線鏈路，以及鄰區(qū)移動(dòng)終端的鄰區(qū)測(cè)量從而使得無線終端的移動(dòng)成為了可能；且子幀的上下行固定。這些特點(diǎn)顯然不是自組網(wǎng)所期望的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：為了適應(yīng)特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，減少功耗和傳播時(shí)延，提出一種無線自組網(wǎng)物理層的幀結(jié)構(gòu)及其通信方法，以適應(yīng)快速調(diào)頻或超大范圍內(nèi)的移動(dòng)終端進(jìn)行自組網(wǎng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種無線自組網(wǎng)物理層的幀結(jié)構(gòu)，所述幀結(jié)構(gòu)包括若干個(gè)無線幀，其中半個(gè)無線幀包括1個(gè)同步碼和4個(gè)業(yè)務(wù)子幀；且所述同步碼置于所述4個(gè)業(yè)務(wù)子幀之前用于區(qū)分后續(xù)業(yè)務(wù)；所述同步碼包括下行同步碼、保護(hù)間隔和上行同步碼；其中，所述下行同步碼用于映射下行同步序列；所述保護(hù)間隔用于分割上下行以及跳頻所帶來的頻率穩(wěn)定性時(shí)間需求；所述上行同步碼用于映射上行隨機(jī)接入初始時(shí)發(fā)送的同步序列以及后續(xù)4個(gè)業(yè)務(wù)子幀內(nèi)的業(yè)務(wù)類型指示。

進(jìn)一步，所述下行同步碼的發(fā)射功率可做作為其他業(yè)務(wù)子幀下行發(fā)射的參考功率值，且為處于從設(shè)備工作模式的端點(diǎn)下行接收的增益控制的基礎(chǔ)。

進(jìn)一步，所述下行同步碼的定時(shí)作為下行基準(zhǔn)定時(shí)，為其他的端點(diǎn)提供定時(shí)調(diào)整。

進(jìn)一步，所述下行同步碼發(fā)送的頻點(diǎn)作為基礎(chǔ)的頻點(diǎn)，供其他的端點(diǎn)進(jìn)行頻率校準(zhǔn)。

進(jìn)一步，所述保護(hù)間隔的大小可根據(jù)自組網(wǎng)的小區(qū)范圍進(jìn)行調(diào)整。

一種無線自組網(wǎng)的通信方法，包括以下步驟：

s1：端點(diǎn)設(shè)備開機(jī)后，檢測(cè)接收到的下行同步碼的功率是否超過門限值，若是，則選擇從設(shè)備工作模式，并根據(jù)已有端點(diǎn)發(fā)送的下行同步碼進(jìn)行定時(shí)、增益和頻偏的調(diào)整；否則選擇主設(shè)備工作模式，并周期性的發(fā)送下行同步碼；

s2：端點(diǎn)設(shè)備無論是處于從設(shè)備工作模式或主設(shè)備工作模式，其發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時(shí)，選擇一個(gè)業(yè)務(wù)子幀和與該業(yè)務(wù)子幀相對(duì)應(yīng)的上行同步碼，并在上行同步碼的時(shí)刻發(fā)送上行同步碼，在選定的該業(yè)務(wù)子幀上發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；

s3：當(dāng)端點(diǎn)設(shè)備在沒有業(yè)務(wù)發(fā)送時(shí)，處于接收狀態(tài)，接收下行同步碼，調(diào)整定時(shí)、頻偏和接收增益；

s4：當(dāng)端點(diǎn)設(shè)備檢測(cè)到有效上行同步碼時(shí)，根據(jù)上行同步碼和下行同步碼的相對(duì)定時(shí)差和功率差來調(diào)整業(yè)務(wù)子幀的定時(shí)和增益，并接收業(yè)務(wù)子幀。

本發(fā)明的有益效果是：本方案采用同步碼來區(qū)分后續(xù)業(yè)務(wù)的類型，不僅縮短了時(shí)延，還提高了檢測(cè)的靈敏度。且采用可變的中間保護(hù)間隔能夠適應(yīng)不同的自組網(wǎng)小區(qū)范圍。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中幀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中通信方法的工作模式選擇流程框圖。

圖3是本發(fā)明中通信方法的端點(diǎn)設(shè)備業(yè)務(wù)發(fā)送流程框圖。

圖4是本發(fā)明中通信方法的端點(diǎn)設(shè)備業(yè)務(wù)接收流程框圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖。對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

本發(fā)明的幀結(jié)構(gòu)如圖1所示，幀結(jié)構(gòu)包括若干個(gè)無線幀，一個(gè)無線幀的周期為ts＝1/(30.72*10^6)秒；其中半個(gè)無線幀內(nèi)包括1個(gè)同步碼和4個(gè)業(yè)務(wù)子幀；且同步碼置于4個(gè)業(yè)務(wù)子幀之前用于區(qū)分后續(xù)業(yè)務(wù)。

其中，同步碼包括下行同步碼、保護(hù)間隔和上行同步碼；下行同步碼主要映射下行同步序列，同步后，其功率可做為其他業(yè)務(wù)子幀下行發(fā)射的參考功率值，且為處于從設(shè)備工作模式的端點(diǎn)的下行接收的增益控制的基礎(chǔ)；其定時(shí)將做為下行基準(zhǔn)定時(shí)，為其他的端點(diǎn)提供定時(shí)調(diào)整；其發(fā)送的頻點(diǎn)做為基礎(chǔ)的頻點(diǎn)，供其他的端點(diǎn)進(jìn)行頻率校準(zhǔn)。保護(hù)間隔主要用于分隔上下行以及跳頻所帶來的頻率穩(wěn)定性時(shí)間需求。上行同步碼用于映射上行隨機(jī)接入初始時(shí)發(fā)送的同步序列以及后續(xù)4個(gè)子幀內(nèi)的業(yè)務(wù)類型指示。

由于自組網(wǎng)的業(yè)務(wù)類型較為簡單，因此，可以用同步碼區(qū)分后續(xù)的業(yè)務(wù)，一方面縮短了時(shí)延，另一方面也提高了檢測(cè)的靈敏度。

上行同步碼的碼字與業(yè)務(wù)類型對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表1：

表1

下表為一個(gè)小區(qū)半徑為100公里，1秒200次跳頻的幀結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì)方案：

表2

注：表2中上行同步碼的有效時(shí)間長度為4096ts，其余512ts為保護(hù)間隔。

如果自組網(wǎng)的半徑為100公里，且以一個(gè)移動(dòng)終端a的定時(shí)為基礎(chǔ)定時(shí)，那么就要求其他的移動(dòng)終端(假定為b)自行同步到基礎(chǔ)移動(dòng)終端a的幀結(jié)構(gòu)上。也就是說移動(dòng)終端a發(fā)送的下行同步碼到達(dá)移動(dòng)終端b時(shí)，與移動(dòng)終端b發(fā)送的上行同步碼在時(shí)間上不能交疊在一起，否則就會(huì)引起干擾。由于要與移動(dòng)終端a的幀結(jié)構(gòu)同步，因此，移動(dòng)終端b需要提前基于幀結(jié)構(gòu)的上行同步碼時(shí)間發(fā)送，提前的時(shí)間為100公里/3*10^5公里/秒，而下行同步碼的傳播延時(shí)也是100公里/3*10^5公里/秒，這樣折算成以ts為單位的時(shí)間刻度即是20480ts。

一般情況下，射頻器件更換頻點(diǎn)工作，在新頻率上穩(wěn)定的時(shí)間為50微秒，折合成以ts為時(shí)間刻度即是1536ts。

常溫下，在帶寬為10兆赫茲的情況下，熱噪聲的功率為-104dbm，假如同步序列的發(fā)送功率為23dbm，信號(hào)視距傳輸100公里的損耗為118db，那么到達(dá)接收端同步序列的功率為-95dbm，此時(shí)的信噪比為9db，設(shè)計(jì)的下行同步序列的長度為128，其有21db的相關(guān)增益，總之，接收端的同步序列的信噪比為30db，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于能檢測(cè)出來的0db門限需求，因此，該冗余可用于對(duì)抗無線通信中常見的衰落和干擾。

上行同步碼設(shè)計(jì)的更長，因此，其檢測(cè)性能會(huì)更好，相對(duì)于下行同步碼來說，上行同步碼序列還有可能多個(gè)疊加在一起，比如當(dāng)多個(gè)端點(diǎn)在同一時(shí)頻資源上發(fā)送上行同步碼。

關(guān)于跳頻，也就是射頻器件完成工作頻點(diǎn)的變更，下行同步碼是為了新接入的無線端點(diǎn)初始同步，因此，其工作頻點(diǎn)一直不變，而后續(xù)的上行同步碼和業(yè)務(wù)時(shí)隙，則可以根據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)行頻率的變換，從而達(dá)到抗干擾、保密等作用。

以下為基于上述幀結(jié)構(gòu)的一種無線自組網(wǎng)的通信方法，包括以下步驟：

s1：如圖2所示，該步驟為工作模式的選擇過程，具體包括：端點(diǎn)設(shè)備開機(jī)后，檢測(cè)接收到的下行同步碼的功率是否超過門限值，若是，則選擇從設(shè)備工作模式，并根據(jù)已有端點(diǎn)發(fā)送的下行同步碼進(jìn)行定時(shí)、增益和頻偏的調(diào)整；否則選擇主設(shè)備工作模式(類似于蜂窩中的基站)，并周期性的發(fā)送下行同步碼；

s2：如圖3所示，該步驟為端點(diǎn)設(shè)備的業(yè)務(wù)發(fā)送過程，具體包括：端點(diǎn)設(shè)備無論是處于從設(shè)備工作模式或主設(shè)備工作模式，其發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時(shí)，選擇一個(gè)業(yè)務(wù)子幀和與該業(yè)務(wù)子幀相對(duì)應(yīng)的上行同步碼，并在上行同步碼的時(shí)刻發(fā)送上行同步碼，在選定的該業(yè)務(wù)子幀上發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；

s3和s4如圖4所示，該兩步為端點(diǎn)設(shè)備的業(yè)務(wù)接收過程，具體如圖4所示，當(dāng)端點(diǎn)設(shè)備在沒有業(yè)務(wù)發(fā)送時(shí)，處于接收狀態(tài)，接收下行同步碼，調(diào)整定時(shí)、頻偏和接收增益；當(dāng)端點(diǎn)設(shè)備檢測(cè)到有效上行同步碼時(shí)，根據(jù)上行同步碼和下行同步碼的相對(duì)定時(shí)差和功率差來調(diào)整業(yè)務(wù)子幀的定時(shí)和增益，并接收業(yè)務(wù)子幀。

以上顯示和描述了本方案的基本原理和主要特征和本方案的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本方案不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本方案的原理，在不脫離本方案精神和范圍的前提下，本方案還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本方案范圍內(nèi)。本方案要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。