m，室外20 - 30km)，只需要非常小的功率就可以完成，与此同时，传输的速率也是非常低的。采用DBPSK调制，100Hz的带宽，传输速率可以达到100bps，非常适合低数据率的M2M网络。
[0046]在频谱的使用上，可以采用现有的ISM频谱，不必申请新的频谱，因此没有额外的费用，可以实现大规模的部署。
[0047]针对以上技术中存在的缺陷，本发明利用物联网来提供一种合适的、低成本低功耗的地面数字电视双向化的解决方案。
[0048]我们建立了一种新的传输结构，这种结构能够解决上述的问题。这种结构的基本点是将一段频谱分解为许多的超窄带载波，采用终端自动选择FDMA(TAS - FDMA, TerminalAuto Select1n FDMA)方式来给各个终端分配超窄带载波来发送信息。在终端与基站之间不需要进行时间和频率同步。但是，保证各个终端在发送信息的时候，只有最低的碰撞的可能性。同时实现终端通信模块的简单和廉价。
[0049]M2M低速率通信系统的结构如图1.
[0050]系统由终端、基站、服务器和第三方服务器组成。终端用来采集数据，并通过空中接口传输到基站，基站将数据通过互联网那个传输到服务器，客户通过第三方服务器的APP来查看数据。这个结构，看起来与传统的无线网络没有大的区别。但是，在实际上的差异极大，是一种没有网络概念的网络:只有在有载荷要传输的情况下才连接。
[0051]利用超窄带的概念，我们将一段频谱，比如200KHZ的频谱，分解为许多的子载波，比如，每个子载波100Hz。这样，就可以分解为2000个子载波。如图2.
[0052]当一个终端需要发送信息的时候，就自动选择一个子载波进行发送，这里称之为终端自动选择FDMA (TAS — FDMA，Terminal Auto Select1n FDMA)。在终端自动选择FDMA(TAS - FDMA,Terminal Auto Select1n FDMA)中，子载波的选择有许多的方式，这些方式的目标就是要保证许多的终端要发送信息的时候，只有最低的碰撞的可能性。
[0053]降低各个终端之间因为共享子载波而形成碰撞的可能性的方法就是在各个子载波下，实际发送信息使用的频谱比子载波占有的频谱要低。如图3.
[0054]在进行双向通信的时候，可以采用定时的方式，就是在终端在发送上行信息后，在一个固定的窗口接收下行信息，延迟与周期是固定的。网络在一个终端的接收窗口内发送下行信息。网络来决定是那个基站来发送这个下行信息。如图5和图6.
[0055]对于下行通信，也可以采用广播的方式进行。
[0056]图7是终端通信模块的一种实现框架。但不是唯一的框架。
[0057]终端通信模块实现框架有两部分组成，一部分是CPU模块，一部分是射频模块。CPU模块可以是一般的单片机或者是低功耗的ARM处理器。射频模块有RF控制器、ADC (模数转换模块)、IF滤波和PGA(可编程增益放大器)、频率产生系统和PGA、LNA(低噪声放大器)组成。
[0058]在实际实现的过程中。CPU模块可以使用51序列单片机，或者是ARM contex 0或ARM contex 0+处理器。比如Silicon Labs的EFM32ZG210等等，或者是类似的处理器。射频模块可以使用已有的ISM收发器，比如semtech的sxl272/73/74/76/77/78等等，或者是类似的ISM收发器。
[0059]在实现上，采用SDR(软件定义无线电)方法，利用现有的芯片来完成终端通信模块的设计和实现。通信协议放在CPU模块中，大小只有几十K。
[0060]对于基站，必须同时监听整个子载波上(比如200KHZ的子载波上)的所有子载波上(比如2000个100Hz的子载波)的上行信息。在上述的方式四中，还要能够识别某个子载波(比如100Hz的子载波)上由于子载波共享可能产生的同时来自多个终端的上行信息。因此，基站必须有强大的功能。在实现架构上，与终端通信模块是类似的。但是，在CPU的选择上，必须采用功能强大的处理器，比如IntelAtom D525 1.8G处理器等等。
[0061]实施例一:给各个终端分配一个子载波选择的序列，各个终端按照这个序列来选取要进行发送的子载波。比如说，给定一个序列，1，3，8，12，200，............，1149，中断就按照这个序列来选择要进行发送的子载波，到最后一个子载波，比如1149，下一个要进行发送的子载波就是1.这样周而复始。这种方式的特点是，多个终端在时间上可以共享一个子载波，因为，在现实中，M2M终端在发送信息的时候，往往是30分钟到一周或更长的时间只是发送一次信息，因此，这种方式是完全可行的。而且，在每个蜂窝下的终端数量可以很多，比如每个终端30分钟发送一次信息，发送一次信息需要2秒钟，那么，如果有2000个子载波，在最好的情况下，每个蜂窝下，每个子载波可以容纳900个终端，整个蜂窝就可以容纳1800000个终端。而且不需要进行同步等额外的开销。
[0062]实施例二:各个终端按照一个随机数产生器来产生一个要进行发送的子载波。这个子载波是随机产生的，为了保证最低的碰撞，要保证随机数的产生能够避免可能的碰撞。这种方式的特点是，多个终端在时间上可以共享一个子载波，因为，在现实中，M2M终端在发送信息的时候，往往是30分钟到一周或更长的时间只是发送一次信息，因此，这种方式是完全可行的。而且，在每个蜂窝下的终端数量可以很多，比如每个终端30分钟发送一次信息，发送一次信息需要2秒钟，那么，如果有2000个子载波，在最好的情况下，每个蜂窝下，每个子载波可以容纳900个终端，整个蜂窝就可以容纳1800000个终端。而且不需要进行同步等额外的开销。
[0063]实施例三:在整个Fk子载波中，实际发送信息只是占用了 FkO的频谱。这个FkO占用的频谱，比Fk占用的频谱要小得多。而且随着时间的推移，FkO的中心发送频率也要漂移。在这种情况下，一个好处是，多个终端就是在同一时间选择了相同的子载波，比如是Fk子载波，只要是其中心发送频率不一样，也不会产生碰撞。如图4.
[0064]在图中，三个不同的终端ul/u2/u3使用了相同的子载波Fk。但是，各自发送信息的频谱FkO，由于中心发送频率的漂移，发送频谱是互相不干扰的，分别是FkOul、Fk0u2和Fk0u3。因此，可以同时发送而不会产生碰撞。但是，这种方式对基站的要求就提高了，要求基站可以检测到某个子载波内的不同的发送信号。相对于终端来说，基站的成本的提高不是关键的因素。
[0065]实施例五:为了保证通信的信息必须传达，终端将在不同的子载波上传输多次，一般是在2 — 10个不同的子载波上传输相同的信息。这样，也可以避免不同终端在信息上发的时候的碰撞。
[0066]与此同时，终端在载波选择上，为了降低可能的碰撞，在选择一个子载波后，可以检测是否有其它终端在进行信息发送，如果有，就选择下一个子载波，如果没有，就使用这个子载波进行信息发送。
【主权项】
1.一种基于超窄带通信回传的地面数字电视系统，包括基站(1)，其特征在于:还包括操作管理中心(3)、多个第三方APP服务器(4)以及多个用户主机(5)，所述基站(1)通过互联网与操作管理中心(3)实现双向通信，所述第三方APP服务器(4)通过互联网与基站(1)实现双向通信，所述多个用户主机(5)通过互联网均与基站(1)实现双向通信，所述多个第三方APP服务器(4)之间进行双向通信，所述基站(1)采用共享频谱的方式容纳多个终端⑵。2.根据权利要求1所述的一种基于超窄带通信回传的地面数字电视系统，其回传方法为:终端(2)在需要发送信息的时候，实时连接到基站(1)，终端(2)在需要发送信息的时候，自动选择要进行数据发送的子载波，终端发送信息后，在同一个子载波上等待基站(1)发送到终端(2)的信息； 将一段频谱分割为多个子载波，每个子载波带宽的范围为5Hz到ΙΚΗζ ;每个子载波由一个终端(2)使用或者由多个终端(2)同时使用； 终端(2)在进行信息发送之前，先选择一个子载波，检测是否有其它终端(2)在进行信息发送，如果有，就选择下一个子载波，如果没有，就使用这个子载波进行信息发送； 为了保证通信的信息必须传达，终端(2)将在不同的子载波上传输多次相同的信息。3.根据权利要求2所述一种基于超窄带通信回传的地面数字电视系统的回传方法，其特征在于所述终端(2)在2 — 10个不同的子载波上传输相同的信息。4.根据权利要求2或3所述一种基于超窄带通信回传的地面数字电视系统的回传方法，其特征在于所述每个子载波带宽的范围为5Hz到500Hz。
【专利摘要】本发明公开了一种基于超窄带通信回传的地面数字电视系统及其回传方法，所述系统包括基站、操作管理中心、多个第三方APP服务器以及多个用户主机等；所述方法包括终端在需要发送信息的时候，实时连接到基站，终端在需要发送信息的时候，自动选择要进行数据发送的子载波等步骤；本发明在通信上，采用共享频谱的方式，理论上可以容纳一百万个终端；采用超窄带技术，特别适合大范围覆盖、低速、低成本和低功耗。
【IPC分类】H04W74/00, H04N21/61
【公开号】CN105263065
【申请号】CN201510701755
【发明人】余少波
【申请人】武汉米风通信技术有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年10月25日