一种无线自组网物理层的帧结构及其通信方法与流程

本发明主要应用于无线自组网通信领域，特别涉及一种无线自组网物理层的帧结构及其通信方法。

背景技术：

无线自组网又称为“adhoc网络”，是一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳的临时性自治系统。在自组网中，每个用户终端不仅能移动，而且，兼有路由器和主机两种功能。一方面，作为主机，终端需要运行各种面向用户的应用程序；另一方面，作为路由器，终端需要运行相应的路由协议，根据路由策略和路由表完成数据的分组转发和路由维护工作。

目前最成功规模最大的无线组网就是蜂窝组网，该组网方式采用的第四代帧结构，其支持业务类型多，其协议异常复杂，建立业务的过程也较为复杂，其特点是在业务建立之处要进行无线链路的建立，因此，其时延也较大。

此外，在蜂窝组网系统中，主从设备的区分非常明显，比如基站就是主设备，而一般的移动终端就是从设备，基站一般是静止的，所以其功耗、设备大小一般都不是主要考虑的成分，因此，基站会在所有的下行子帧中，无论有无数据传输，都要进行小区参考信号的传播，以便于本小区内的移动终端保持无线链路，以及邻区移动终端的邻区测量从而使得无线终端的移动成为了可能；且子帧的上下行固定。这些特点显然不是自组网所期望的。

技术实现要素：

本发明的目的是：为了适应特殊的应用场合，减少功耗和传播时延，提出一种无线自组网物理层的帧结构及其通信方法，以适应快速调频或超大范围内的移动终端进行自组网。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无线自组网物理层的帧结构，所述帧结构包括若干个无线帧，其中半个无线帧包括1个同步码和4个业务子帧；且所述同步码置于所述4个业务子帧之前用于区分后续业务；所述同步码包括下行同步码、保护间隔和上行同步码；其中，所述下行同步码用于映射下行同步序列；所述保护间隔用于分割上下行以及跳频所带来的频率稳定性时间需求；所述上行同步码用于映射上行随机接入初始时发送的同步序列以及后续4个业务子帧内的业务类型指示。

进一步，所述下行同步码的发射功率可做作为其他业务子帧下行发射的参考功率值，且为处于从设备工作模式的端点下行接收的增益控制的基础。

进一步，所述下行同步码的定时作为下行基准定时，为其他的端点提供定时调整。

进一步，所述下行同步码发送的频点作为基础的频点，供其他的端点进行频率校准。

进一步，所述保护间隔的大小可根据自组网的小区范围进行调整。

一种无线自组网的通信方法，包括以下步骤：

s1：端点设备开机后，检测接收到的下行同步码的功率是否超过门限值，若是，则选择从设备工作模式，并根据已有端点发送的下行同步码进行定时、增益和频偏的调整；否则选择主设备工作模式，并周期性的发送下行同步码；

s2：端点设备无论是处于从设备工作模式或主设备工作模式，其发送业务数据时，选择一个业务子帧和与该业务子帧相对应的上行同步码，并在上行同步码的时刻发送上行同步码，在选定的该业务子帧上发送业务数据；

s3：当端点设备在没有业务发送时，处于接收状态，接收下行同步码，调整定时、频偏和接收增益；

s4：当端点设备检测到有效上行同步码时，根据上行同步码和下行同步码的相对定时差和功率差来调整业务子帧的定时和增益，并接收业务子帧。

本发明的有益效果是：本方案采用同步码来区分后续业务的类型，不仅缩短了时延，还提高了检测的灵敏度。且采用可变的中间保护间隔能够适应不同的自组网小区范围。

附图说明

图1是本发明中帧结构示意图。

图2是本发明中通信方法的工作模式选择流程框图。

图3是本发明中通信方法的端点设备业务发送流程框图。

图4是本发明中通信方法的端点设备业务接收流程框图。

具体实施方式

以下结合附图。对本发明做进一步说明。

本发明的帧结构如图1所示，帧结构包括若干个无线帧，一个无线帧的周期为ts＝1/(30.72*10^6)秒；其中半个无线帧内包括1个同步码和4个业务子帧；且同步码置于4个业务子帧之前用于区分后续业务。

其中，同步码包括下行同步码、保护间隔和上行同步码；下行同步码主要映射下行同步序列，同步后，其功率可做为其他业务子帧下行发射的参考功率值，且为处于从设备工作模式的端点的下行接收的增益控制的基础；其定时将做为下行基准定时，为其他的端点提供定时调整；其发送的频点做为基础的频点，供其他的端点进行频率校准。保护间隔主要用于分隔上下行以及跳频所带来的频率稳定性时间需求。上行同步码用于映射上行随机接入初始时发送的同步序列以及后续4个子帧内的业务类型指示。

由于自组网的业务类型较为简单，因此，可以用同步码区分后续的业务，一方面缩短了时延，另一方面也提高了检测的灵敏度。

上行同步码的码字与业务类型对应关系如下表1：

表1

下表为一个小区半径为100公里，1秒200次跳频的帧结构具体设计方案：

表2

注：表2中上行同步码的有效时间长度为4096ts，其余512ts为保护间隔。

如果自组网的半径为100公里，且以一个移动终端a的定时为基础定时，那么就要求其他的移动终端(假定为b)自行同步到基础移动终端a的帧结构上。也就是说移动终端a发送的下行同步码到达移动终端b时，与移动终端b发送的上行同步码在时间上不能交叠在一起，否则就会引起干扰。由于要与移动终端a的帧结构同步，因此，移动终端b需要提前基于帧结构的上行同步码时间发送，提前的时间为100公里/3*10^5公里/秒，而下行同步码的传播延时也是100公里/3*10^5公里/秒，这样折算成以ts为单位的时间刻度即是20480ts。

一般情况下，射频器件更换频点工作，在新频率上稳定的时间为50微秒，折合成以ts为时间刻度即是1536ts。

常温下，在带宽为10兆赫兹的情况下，热噪声的功率为-104dbm，假如同步序列的发送功率为23dbm，信号视距传输100公里的损耗为118db，那么到达接收端同步序列的功率为-95dbm，此时的信噪比为9db，设计的下行同步序列的长度为128，其有21db的相关增益，总之，接收端的同步序列的信噪比为30db，远远大于能检测出来的0db门限需求，因此，该冗余可用于对抗无线通信中常见的衰落和干扰。

上行同步码设计的更长，因此，其检测性能会更好，相对于下行同步码来说，上行同步码序列还有可能多个叠加在一起，比如当多个端点在同一时频资源上发送上行同步码。

关于跳频，也就是射频器件完成工作频点的变更，下行同步码是为了新接入的无线端点初始同步，因此，其工作频点一直不变，而后续的上行同步码和业务时隙，则可以根据一定的规则进行频率的变换，从而达到抗干扰、保密等作用。

以下为基于上述帧结构的一种无线自组网的通信方法，包括以下步骤：

s1：如图2所示，该步骤为工作模式的选择过程，具体包括：端点设备开机后，检测接收到的下行同步码的功率是否超过门限值，若是，则选择从设备工作模式，并根据已有端点发送的下行同步码进行定时、增益和频偏的调整；否则选择主设备工作模式(类似于蜂窝中的基站)，并周期性的发送下行同步码；

s2：如图3所示，该步骤为端点设备的业务发送过程，具体包括：端点设备无论是处于从设备工作模式或主设备工作模式，其发送业务数据时，选择一个业务子帧和与该业务子帧相对应的上行同步码，并在上行同步码的时刻发送上行同步码，在选定的该业务子帧上发送业务数据；

s3和s4如图4所示，该两步为端点设备的业务接收过程，具体如图4所示，当端点设备在没有业务发送时，处于接收状态，接收下行同步码，调整定时、频偏和接收增益；当端点设备检测到有效上行同步码时，根据上行同步码和下行同步码的相对定时差和功率差来调整业务子帧的定时和增益，并接收业务子帧。

以上显示和描述了本方案的基本原理和主要特征和本方案的优点。本行业的技术人员应该了解，本方案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方案的原理，在不脱离本方案精神和范围的前提下，本方案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方案范围内。本方案要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。