调频频段上的应急无线通信网络技术制造技术

本发明专利技术涉及一种调频(FM)频段的无线通信网络，属于数字通信技术领域。本发明专利技术所涉及的无线网络，由数字化FM广播电台和用户设备组成，数字化FM广播电台和用户设备通过以下步骤建立无线网络：数字化FM广播电台的广播允许用户使用的可用频谱资源信息；用户设备接收数字化FM广播的可用频谱资源信息；用户设备在接收到的可用频谱资源信息描述的频谱范围内发现其他用户设备；相互发现的用户设备之间交换可用频谱资源信息，并在双方均允许使用的可用频谱资源内进行相互通信。本发明专利技术在现有FM频谱范围内实现了可控可管的无线通信网络，能够用于重大灾难应急无线通信等场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无线通信网络，尤其是一种调频(FM)频段的重大灾难应急无线通信网络，属于数字通信
 
技术介绍
目前，全世界广播电视的数字化过程已经初步完成。数字地面电视、移动多媒体广播(CMMB)即手机电视已进入稳定发展阶段，而有线电视的数字化已商用多年。数字化带来了更高质的节目制作、发送与接收，数字化使得用户享有了更优质的用户体验。在电影、电视、手机多媒体等诸多传媒的数字化取得显著成果之时，音频广播的数字化显得相对滞后，但这也带来了一个发展契机，即音频广播领域的数字化大有可为。将数字技术应用于音频广播可以带来高稳定的接收效果和高保真的音质，同时，可以支持文字信息、电台节目信息、股票信息等诸多图文并茂的广播数据业务，从而使音频广播行业获得面貌一新的发展。 数字音频广播最重要的两个部分是调频(FM)频段音频广播的数字化和调幅(AM)频段音频广播的数字化。在美国，HD Radio技术已经得到商用，而在欧洲，数字声音广播两大标准DAB和DRM已经推广开来。 在FM频段，可用频谱资源为88～108Mhz，该频段被进一步划分为100Khz的整数倍频道，分配给每一个广播电台。在美国，每一个广播电台被分配了400Khz的频谱。在我国，每一个广播电台被分配了200Khz频谱。由于立体声调频信号实际带宽在150Khz以内以及广播电台之间的频谱间隔缝隙，实际上，FM频段的频谱利用率并不高，有很多频谱空洞资源可以被进一步利用。由于在相同发射功率下，FM频段本身比电视频段和移动通信频段传输距离远(相同功率的无线信号，低频信号的传播距离更远)，因此，在FM频段数字化的基础上，更加充分的利用FM频段资源用于应急通信等场合是非常有价值的。由于政策管制等原因，FM频段实际上是不允许进行非授权应用的，即便是近来发展的认知无线电技术，也需要政府许可才能使用。 本专利技术公开了一种在FM频段上进行应急无线通信的网络技术。该技术利用数字化FM接收机和发射机，在授权用户的管理和控制下，有条件的使用FM频段的可用资源，从而使得FM频段可以用于重大自然灾害时的应急无线通信。 
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种FM频段上进行应急无线通信的网络技术，该技术利用数字化FM接收机和发射机，在授权用户的管理和控制下，有条件的使用FM频段的可用资源。 附图说明图1给出了中国和美国FM频段的划分示意图； 图2给出了美国iBiquity公司的FM频段数字化方案的示例图； 图3是基于本专利技术在FM频段的无线通信网络示意图； 图4是基于本专利技术的数字化FM广播电台和用户设备建立无线网络的流程图； 图5是基于本专利技术的FM广播电台的广播可用频谱资源信息示意图； 图6是基于本专利技术的探测应答包的格式； 图7是在具有全局同步的条件下用户设备的超帧周期划分示意图； 具体实施方式本专利技术提出了一种FM频段的无线通信网络，尤其是一种参与通信的用户设备能够在FM频段广播电台的控制下构成无线通信网络。 本系统的一个主要用途是用于应急无线通信，作为在发生了地震等重大灾难，其他通信手段，如公共陆地移动通信网已经全部或者部分失去作用时的补充手段；另一个用途是用作物联网，比如交通广播电台将其授权频段的一部分释放出来，给用户作为车际互联，通过车际互联收集交通态势信息，并进一步通过交通台的数字化无线电广播分发给所有收听该节目的汽车和手机。 图1(a)给出了美国FM频段的划分情况，图1(b)给出了中国FM频段的划分情况。FM频段通常为88～108MHz，在不同的国家略有差别。在美国，频道的基本划分单位为200KHz，即每个频道带宽为200KHz，在整个FM频段约可布点百余个电台频道，如图1(a)所示。在中国，允许的范围为87～108Mhz，中心频点低于88Mhz的广播电台，如FM87.6，，FM频段的基本划分单位为100Khz，在整个FM频段内不规则的分布着很多电台，电台之间的实际最小间隔为100Khz，而最大间隔在1Mhz以上，间隔300Khz的情况最常见，如图1(b)所示。 图2是美国iBiquity公司提出的一种称作HD Radio的FM频段数字化方案的示例图。FM频段数字化是无线音频广播的发展趋势，国外比较成熟的方案包括DAB和HD Radio。在美国和欧洲，FM频段数字化改造已经铺开，而在中国FM频段的数字化标准正在制定中。数字化使得FM频段有更多的可用带宽，从而可以发展物联网和应急通信，这是本专利技术的根本出发点。以HD Radio为例，它是美国iBiquity公司提出的一项数、模混频同播的数字音频广播标准，HD Radio是一种正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)系统，该系统在常规FM信号两边创建了一组数字边带。FM和HD Radio的混合信号符合传统FM广播特定的频率掩模。HD Radio有三种频谱分配模式：混合模式、扩展混合模式、全数 字模式，这三种模式的基本思想是利用FM频段的剩余频谱资源。图2给出的是混合模式的频谱利用示意图，实际上，该模式在FM模拟信号上下边带分别增加约70KHz的数字边带用于传输数字信号，频谱分配方式如图2所示。混合模式提供的97kbps数据率，其中包括了96kbps的音频数据和1kbps的辅助数据，或者64kbps的音频数据和33kbps的辅助数据。 这种数字化方式提高了FM频段的频谱利用率，另外一种可以提高FM频段的频谱利用率的技术是认知无线电。近年来，认知无线电技术得到了迅速发展，该技术的基本思想是无线通信设备主动检测频谱空洞并设法进行利用。在FM频段，认知无线电通信设备试图通过检测广播的FM信号的频点和占用的带宽，从而可以发现剩余频段进行通信。然而，FM信号的主体用途是授权的广播电台用于无线广播，认知无线电通信设备总是或多或少对授权电台进行干扰，因此，从可控性和可管理性来看，FM频段的认知无线电技术尚需进一步发展。 图3是基于本专利技术在FM频段的无线通信系统示意图。本专利技术所涉及的无线通信系统，包括由至少一个经过数字化改造的FM广播电台和若干用户设备来构成，其中，用户设备包括移动台和固定台。移动台包括安装了数字FM接收和发射功能的手机和车载电子设备等，固定台包括固定安装与室内和室外的各种用户监测和采集的设备等。在图3中，B0和B1为经过数字化改造的FM广播电台，而U0-U7为用户设备。U0、U1、U2、U3、U4在B0和B1的广播信号覆盖范围内，U5、U6、U7不在任何FM广播电台的覆盖范围内。 图4是基于本专利技术的数字化FM广播电台和用户设备建立无线网络的流程图。如图4所示，基于本专利技术的数字化FM广播电台和用户设备建立无线网络的方法包括如下步骤： 步骤11：数字化FM广播电台的广播允许用户使用的可用频谱资源信息； 步骤12：用户设备接收数字化FM广播电台的广播可用频谱资源信息； 步骤13：如果用户设备接收不到任何数字化FM广播电台的广播可用频谱资源信息，则认为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调频(FM)频段的无线通信网络，其特征在于：所述无线网络由数字化FM广播电台和用户设备组成，数字化FM广播电台和用户设备通过以下步骤建立无线网络：步骤11：数字化FM广播电台的广播允许用户使用的可用频谱资源信息；步骤12：用户设备接收数字化FM广播电台的广播可用频谱资源信息；步骤13：如果用户设备接收不到任何数字化FM广播电台的广播可用频谱资源信息，则认为所有FM频谱可用，并尝试使用任何可用的FM频段频谱资源发现其他用户设备；否则用户设备在接收到的可用频谱资源信息描述的频谱范围内发现其他用户设备；步骤14：相互发现的用户设备之间交换可用频谱资源信息，并在双方均允许使用的可用频谱资源内进行相互通信；步骤15：能够相互通信的用户设备之间构成无线网络。

【技术特征摘要】
1.一种调频(FM)频段的无线通信网络，其特征在于：所述无线网络由数字化FM广播
电台和用户设备组成，数字化FM广播电台和用户设备通过以下步骤建立无线网络：
步骤11：数字化FM广播电台的广播允许用户使用的可用频谱资源信息；
步骤12：用户设备接收数字化FM广播电台的广播可用频谱资源信息；
步骤13：如果用户设备接收不到任何数字化FM广播电台的广播可用频谱资源信息，则
认为所有FM频谱可用，并尝试使用任何可用的FM频段频谱资源发现其他用户设备；否则
用户设备在接收到的可用频谱资源信息描述的频谱范围内发现其他用户设备；
步骤14：相互发现的用户设备之间交换可用频谱资源信息，并在双方均允许使用的可用
频谱资源内进行相互通信；
步骤15：能够相互通信的用户设备之间构成无线网络。
2.如权1所述的无线通信网络，其特征在于，所述的可用频谱资源信息包括一个索引类
型域，其中，0代表部分频谱资源，1代表全局频谱资源；部分频谱资源是本广播电台自身的
授权频段以及自身授权频段相邻的空白频谱的可用信息，全局频谱资源代表87～108Mhz的全
部频谱资源。
3.如权1所述的无线通信网络，其特征在于，所述的可用频谱资源信息包括至少一个信
道频谱信息域，该域指出特定信道所占的频谱信息。
4.如权3所述的无线通信网络，其特征在于，所述的信道频谱信息域至少包括起始索引、
终止索引和信道类型；起始索引和终止索引共同决定了该信道占用的频谱为[87.0+21/N*起始
索引，87.0+21/N*终止索引]MHz，其中N为给定值，它将87～108Mhz...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈曦，柳寒冰，周毅，张光华，
申请(专利权)人：陈曦，
类型：发明
国别省市：