基於WiFi晶片的電視白頻譜寬帶通信系統及其通信方法與流程
2023-05-20 00:27:27
本發明屬於數位電視和無線通信技術領域。具體涉及一種基於WiFi晶片的電視白頻譜寬帶通信系統及其通信方法。
背景技術：
白頻譜是指空閒電視廣播頻段，即在470MHz與790MHz之間，為避免電視廣播之間相互幹擾的空閒頻段。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、發射臺停播時的頻段以及由於保護率要求而空閒的頻段。這裡，我們首先解釋一下什麼是由於保護率要求而空閒的頻段，假設發射臺站的理想覆蓋區域為正六邊形，當某個發射臺站確定一個使用頻道時，其相鄰的6個發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務接收的情況下，一些低功率的「白頻譜」無線通訊設備可以作為次要用戶使用該頻道。但是，電視白頻譜的應用由於受到產業鏈的影響，現有的實現手段在成本上還不能達到商用的目的。為此，如何採用現有晶片來實現電視白頻譜通信就變得十分關鍵。
技術實現要素：
本發明的目的是為了克服上述不足提供一種基於WiFi晶片的電視白頻譜寬帶通信系統及其通信方法。
一種基於WiFi晶片的電視白頻譜寬帶通信系統，包括以下部分：基站控制器，用於向基站提供預格式化的數據幀以及一個到核心網絡中的聯繫點；身份驗證模塊，用於在授權用戶訪問網絡時對授權用戶的身份進行驗證；位置註冊模塊，用於註冊授權用戶和/或終端的位置,從而完成終端和基站的消息路由；廣播註冊模塊，用於存儲和處理關於廣播數據的消息；操作維護中心，用於操作維護通信系統中的各功能實體；計費模塊，用於對授權用戶和終端提供計費記錄；白頻譜資料庫，用於對授權用戶提供可用的白頻譜數據。
所述計費模塊提供的計費記錄包括授權用戶的單價計費和流量計費。
所述位置註冊模塊還用於存儲終端的具體精準位置，從而實現在沒有幹擾的時候進行預定的通信，防止多個附近的終端同時進行通信。
所述廣播註冊模塊還用於接收客戶端發送的消息從而更新授權用戶和終端的當前狀態。
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。
根據所述的基於WiFi晶片的電視白頻譜寬帶通信系統，其中所述基站控制器控制通信方法為：
基站控制器通過WiFi晶片接收要發送的數據；
按照預先確定的幀格式格式化接收的數據；
選擇其中部分或全部格式化幀傳輸到無線電；
無線電以每秒不超過一幀的速率發送幀；
接收來自無線電的數據；
確定至少有一個響應；
將所述數據傳輸至雲端進行雲計算處理；
從雲端接收響應數據；
按照預先確定的幀格式對響應進行格式化；
無線電以每秒不超過一幀的速率發送。
所述雲端為公共雲、社區雲和/或私有雲。
本發明的優點有：適宜的「雲」可以由包含在通信網絡的核心伺服器集合來提供。使用雲計算可能是有益的，因為它可能給控制器獲得計算服務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。雲中還可以提供一個裝置，用於數據到控制器和核心網絡之間傳遞。然而，通過雲計算執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之間有足夠長的間隙的幀速率放慢的另一個優點是給控制器，它需要利用雲計算的靈活性。
附圖說明
圖1為現有的發射臺站頻道分配圖
圖2為本發明通信系統的結構示意圖。
圖3為本發明通信方法中發送數據部分的流程示意圖。
圖4為本發明通信方法中接收數據部分的流程示意圖。
具體實施方式
以下結合具體實施例對本發明作進一步的說明：
一種基於WiFi晶片的電視白頻譜寬帶通信系統，包括以下部分：基站控制器，用於向基站提供預格式化的數據幀以及一個到核心網絡中的聯繫點；身份驗證模塊，用於在授權用戶訪問網絡時對授權用戶的身份進行驗證；位置註冊模塊，用於註冊授權用戶和/或終端的位置,從而完成終端和基站的消息路由；廣播註冊模塊，用於存儲和處理關於廣播數據的消息；操作維護中心，用於操作維護通信系統中的各功能實體；計費模塊，用於對授權用戶和終端提供計費記錄；白頻譜資料庫，用於對授權用戶提供可用的白頻譜數據。
所述計費模塊提供的計費記錄包括授權用戶的單價計費和流量計費。
所述位置註冊模塊還用於存儲終端的具體精準位置，從而實現在沒有幹擾的時候進行預定的通信，防止多個附近的終端同時進行通信。
所述廣播註冊模塊還用於接收客戶端發送的消息從而更新授權用戶和終端的當前狀態。
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。
根據所述的基於WiFi晶片的電視白頻譜寬帶通信系統，其中所述基站控制器控制通信方法為：
基站控制器通過WiFi晶片接收要發送的數據；
按照預先確定的幀格式格式化接收的數據；
選擇其中部分或全部格式化幀傳輸到無線電；
無線電以每秒不超過一幀的速率發送幀；
接收來自無線電的數據；
確定至少有一個響應；
將所述數據傳輸至雲端進行雲計算處理；
從雲端接收響應數據；
按照預先確定的幀格式對響應進行格式化；
無線電以每秒不超過一幀的速率發送。
所述雲端為公共雲、社區雲和/或私有雲。
核心網絡由服務提供商和基於基站的通信網絡組成。基站網絡由一個或多個基站組成，一個基站由基站控制器和發射器組成。基本的原則是儘量使網絡智能化，因此，基站發射器是預格式化的簡單的設備。這種架構導致成本最低的基站，並提供靈活性例如安排在多個基站的傳輸，使得自幹擾被最小化。當數據從客戶端傳送到一個終端應用程式，就被傳遞給負責管理終端的服務提供商。服務提供商添加路由信息後，在終端的服務層就可以知道數據發送給那個服務了。然後數據被傳遞到一個終端連接到基站網絡。然後該基站網絡通過下行鏈路將數據給相關基站。基站控制器將數據傳送到終端。終端上的應用程式也可以將數據提供給服務層傳輸到用戶端。服務層增加了路由信息到應用程式中的數據，這樣客戶端可以獲知哪些應用程式在終端內產生的數據。數據和路由信息隨後被傳遞給MAC和PHY發送到基站。基站接收的任何上行鏈路數據從終端，並通過基站網絡將船體給負責該終端的服務提供商。當接收到來自基站的數據，網絡服務提供商檢查發送給用戶的路由信息、應用程式的應用程式和身份的數據。網絡提供每個終端只有一個可尋址的地址，根據發送應用程式，它不會將數據路由到不同的客戶。這裡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。基站經過骨幹網傳輸信息幀。骨幹網是Internet網或是自建的網絡。核心網絡功能駐留在一個網絡管理器，它本身可以是一個虛擬實體的雲。提供的信息發送到基站的幀以及協調跳頻分配，管理位置記錄等等。終端發送的幀，送到一個同步資料庫中，這個同步資料庫是網絡與任何用戶軟體系統之間的接口。網絡的信息流動情況。該信息流程示通過舉例的方式，參照實現失重協議機通信的網絡。顯示了一個終端，在這個例子中是一個智能電錶，通過閱讀能夠給機器通信的內置模塊。模塊編碼的讀數，並通過空中接口向基站，其傳送到核心網絡進行發送。有數據被存儲在數據高速緩存和與所述客戶IT系統同步之前，就可以進行處理。數據可以同樣地流動在另一個方向上，從而能夠從客戶端傳輸到終端客戶機數據。客戶端的數據也將被存儲在它的行程的從核心網絡到終端的數據高速緩衝存儲器，使在等待來自基站的調度的傳輸時隙被緩衝的數據。在最高級別的數據高速緩存和客戶的IT系統中使用一個層，它很可能是特定於該客戶端的通信。這可以通過管理接口的方法來實現該客戶機來讀取和寫入數據到數據高速緩存。通過這樣做，客戶端可以從終端檢索數據和寫入數據到終端。下面那層，在所述終端的應用層可以與數據高速緩存內的應用層通信。這使得應用程式特定的編碼來實現。終端與無線，它使用MAC和PHY層與基站進行通信通信。基站發送的幀級信息進行數據高速緩存。MiWIND是一種開放的網絡服務架構。可以形成一個全球性的網絡。業務可以掛載在全球性的網絡上，由用戶自己來經營。也可以掛載在M2M服務提供商上面。M2M服務提供商也可以建立自己的MiWIND蜂窩，提供地區性的應用和服務。
基站控制器是與基站進行通信的唯一的點，基站就將消息發布到需要的終端。核心的功能是組裝基站要發送的信息幀。為此，基站控制器需要預定決策。基站控制器還要規劃無線電相關的資源，這些包括頻率規劃、碼分配、同步字規劃和負載平衡。在實現上，MiWIND採用了不同的實現方法。在一般的基站中，包含了這裡的控制器的概念。基站包括網絡層和控制層，控制的無線電設備的操作。網絡和控制層通常使用軟體實現。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據，這些數據的格式在MAC中已經變換為幀。MAC是實際實現為內存映射的硬體。在MAC在物理層通過空中接口發送之前完成RF調製。現有結構的一個問題是，嵌入式固件使用低級程式語言編寫的，其便攜、測試和調試比較困難。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，幀不是在無線電裡面來組建，而是放在網絡層上。然後，幀通過網絡發送到MAC，這樣，在幀被發送之前，只是需要少許格式化就可以了。這種方法的優點是，主要是在軟體中進行數據的格式化。一個缺點是，接收和解碼數據，處理該數據，以及響應，格式化的過程中會引起延遲，這些延遲在現代的高速網絡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於軟體而產生的延遲。在實際的實現上，控制器是一個虛擬機，其特點為：將數據格式化為一系列的幀，其中每個幀具有相同的持續時間。每個幀的持續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據的時候，在接收數據和發送響應之間，至少傳輸一個幀。可以在PC上執行。採用.NET框架來實現。可以將從無線電接收到的數據發送到雲端進行計算。可以從雲端接收到所接收的數據的響應，並格式化該響應通過網絡由無線電傳輸。控制器包括一個網絡層和一個控制層，這兩者在用軟體實現。控制層將要發送的數據格式化為幀，這些幀隨後可以通過，例如，通過乙太網連接到無線電。無線電包括一層薄薄的嵌入式固件用於呈現格式化的數據到MAC和一個物理層用於通過空中接口發射信號。不同於典型的數據機，其數據和控制有非常不同的接口。一個典型的數據機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，那麼，編程和調試就大大簡化，因為可以使用高級程式語言來實現固件。從物理層抽象出來的通信功能更有利於測試的簡便化。最後，將更多的智能固件進入控制層，更有利於將軟體移植到不同的物理設備。本質上，與傳統的情況比較，其結果是簡單的物理設備作為基站用於通過空中接口發送和接收數據。基站的工作完全由控制層的軟體來管理，並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據到雲計算進一步處理。控制器可以利用公共雲，社區雲，私有雲或這些的任意組合。適宜的「雲」可以由包含在通信網絡的核心伺服器集合來提供。使用雲計算可能是有益的，因為它可能給控制器獲得計算服務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。雲中還可以提供一個裝置，用於數據到控制器和核心網絡之間傳遞。然而，通過雲計算執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之間有足夠長的間隙的幀速率放慢的另一個優點是給控制器，它需要利用雲計算的靈活性。