无线麦克风信标系统中保护设备的初始化方法及保护设备

摘要

一种用于无线麦克风信标系统中保护设备的初始化方法，包括步骤：信标接收器接收来自周围保护设备PD的信标信息；信标接收器将接收到的信标信息在信道监听计时器的时间周期内送至信道监听结果判决器；信道监听结果判决器判断周围是否存在PPD；若存在则断定PD为SPD；若不存在则判定PD为PPD；初始化过程判决器接收来自信道监听结果判决器的结果并在初始化过程计时器的时间周期内判断PD的工作状态；初始化过程判决器输出结果至发射机从而决定PD的发射机是否发送数据或请求信息。本发明不仅节省了现在IEEE802.22.1标准草案中的初始化比特，而且通过计时器简化了PD的设计。此外，本发明无需对信标系统中的其他过程进行任何改变。

权利要求

1.一种用于无线麦克风信标系统中保护设备的初始化方法，包括步骤：

保护设备在一段时间内监听信道；

保护设备确定是否存在最优信标发送设备PPD；

如果不存在最优信标发送设备PPD，保护设备成为最优信标发送设备PPD；

如果存在最优信标发送设备PPD，保护设备成为次优信标发送设备SPD，次优信标发送设备SPD等待一个初始化时间后发送信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述保护设备成为最优信标发送设备PPD，最优信标发送设备PPD等待一个初始化时间后，最优信标发送设备PPD接收来自次优信标发送设备SPD的请求信息或接收来自次优信标发送设备SPD的信标帧信息。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述保护设备采用计时器进行计时以等待一个初始化时间。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于保护设备成为次优信标发送设备SPD，在等待一个初始化时间后容许发送请求信息或信标帧信息。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于当保护设备完成监听信道过程之后，保护设备启动计时器。

6.一种用于无线麦克风信标系统中的保护设备，包括发射机和接收机，其中：发射机，用于发送信息或信标帧；

接收机，包括信标接收器、信道监听结果判决器和初始化过程判决器，其中所述信标接收器在一段时间内监听信道，信道监听结果判决器根据所述信标接收器的检测结果进行判决，从而判断该保护设备周围是否有最优信标发送设备PPD存在，如果判断保护设备为最优信标发送设备PPD，则初始化过程判决器决定在此后的一个初始化时间内保护设备发送信标帧信息，如果判断保护设备为次优信标发送设备SPD，则由初始化过程判决器判断在此后的一个初始化时间内保护设备处于接收状态。

7.根据权利要求6所述的保护设备，其特征在于所述信道监听结果判决器判断监听信标信道存在最优信标发送设备PPD，并决定保护设备成为次优信标发送设备SPD，在等待一个初始化时间后容许发送请求信息或信标帧信息。

8.根据权利要求6所述的保护设备，其特征在于所述信道监听结果判决器判断监听信标信道不存在最优信标发送设备PPD，并决定保护设备成为最优信标发送设备PPD，在等待一个初始化时间后，最优信标发送设备PPD允许接收来自次优信标发送设备SPD的请求信息或接收来自次优信标发送设备SPD的信标帧信息。

9.根据权利要求6所述的保护设备，其特征在于所述保护设备采用计时器进行计时以等待一个初始化时间。

说明书

无线麦克风信标系统中保护设备的初始化方法及保护设备

技术领域

[0001] 本发明涉及基于认知无线电的无线通信系统领域，特别涉及关于IEEE802.22.1的无线麦克风信标系统中保护设备的初始化方法。

背景技术

[0002] 随着基于动态频谱和非授权频带设备应用的认知无线电技术的出现，对于快速可靠的无线控制信道的需求也日益增加。此类控制信道可通过利用无线信标来创建。对于这些信标的最典型的要求是信标必须对各种无线信道表现很强健。另外，为了避免对授权无线设备以及其它非授权无线设备的干扰，信标必须很短，发射功率很低。IEEE802.22.1标准中的信标就是一种满足以上条件的典型信标。

[0003] 通常，在IEEE802.22.1协议中，有两类信标发送设备，分别称之为最优信标发送设备(PPD)和次优信标发送设备(SPD)。PPD具有对整个信标发送的控制主导作用。因此，绝大多数情况下，PPD向周围的SPD及无线区域网络(WRAN)中的各客户端设备(CPE)发送信标。在某些特定时隙，SPD需要间断地向PPD发送信标数据从而有利于PPD合并所有的信标数据形成累积的完整的信道占有及地理位置等等信息广播至各CPE。

[0004] 图1给出了IEEE802.22.1D1.0协议中的超帧结构。一个超帧101由31个时隙构成。每个时隙包括32个DQPSK符号。超帧由两个并行逻辑信道组成。第一个逻辑信道是同步信道102。第二个逻辑信道是beacon信道103。同步信道103由一系列同步突发构成。该超帧还包括一个特殊时隙，该时隙由足够PPD和SPD进行编码和解码的往返时间段，接收周期RTS(Request To Send)104和进行ACK/NACK发送的ANP周期(Acknowledgement/No Acknowledgement Period)105组成。在RTS周期104内，PPD监听来自周期各SPD的beacon发送请求信息；在ANP周期105内，PPD广播其决定至各SPD决定是否由SPD发送beacon信息以及由哪个SPD发送beacon。

[0005] 值得注意的是，当每个PD开机时，需要监听所处的信道上是否已存在PPD，该过程将持续2+0.1m秒(m∈[0，100])。然后分两种情况进行设备初始化过程：

[0006] ■如果该信道上不存在PPD，则新开机的PD变为PPD，并持续进行时间30秒的初始化过程。初始化过程中的Beacon帧结构如图2所示。超帧由两个并行逻辑信道组成。第一个逻辑信道是同步信道202，第二个逻辑信道是beacon信道203。与图1不同的是，同步逻辑信道202占满31个时隙，而beacon信道203由30个时隙的PPDU数据以及1个时隙的零比特补充信息共同构成。

[0007] 图3所示的Beacon物理层PPDU的帧结构中，每一帧开始的第一个字节301为PHR信息，其中包括7bit的预留比特303和1bit的初始化比特302。当PPD处于周期为30秒的初始化阶段时，PPD高层置初始化比特为1。

[0008] ■如果该信道上已存在PPD，则新开机的PD变为SPD，同时接收来自PPD的beacon帧并通过检测初始化比特是否为1从而判断PPD是否处于初始化阶段。

[0009] 当前的IEEE802.22.1D1.0中，只设置了1bit的初始化比特。如何正确地接收该1bit初始化信息是目前标准进一步工作的重点任务之一。目前任务组中针对该问题也有一些相应的侯选解决方案。比如：Samsung公司提出在同一帧对重复初始化比特信息从而通过在接收端的大部分正确接收准则判别PPD是否处于初始化阶段；华为则建议在beacon帧的PHR中保持原有1bit初始化比特不变的前提下，设备商采取连续正确接收若干个初始化比特来达到正确判断PPD是否处于初始化阶段。

[0010] 对于方案一而言，在同一帧内采取多次重复的初始化比特，一方面简单易行，但另一方面也使得接收机在信道变化缓慢或低信噪比时的性能增益相对1bit初始信息而言并没有太明显的增加；

[0011] 对于方案二而言，连续多帧接收初始比特，一方面其判断准确性可以得到提升，但另一方而也给系统增加了接收延迟，同时提高了接收机的复杂度。

[0012] 至目前为止，IEEE802.22TG1任务组还未确定最终方案。

发明内容

[0013] 本发明的目的在于提出一种IEEE802.22.1中无线麦克风beacon系统中PD的初始化方法。

[0014] 为实现上述目的，一种用于无线麦克风信标系统中保护设备的初始化方法，包括步骤：

[0015] 信标接收器接收来自周围保护设备PD的信标信息；

[0016] 信标接收器将接收到的信标信息在信道监听计时器的时间周期内送至信道监听结果判决器；

[0017] 信道监听结果判决器判断周围是否存在PPD；

[0018] 若存在则断定PD为SPD；

[0019] 若不存在则判定PD为PPD；

[0020] 初始化过程判决器接收来自信道监听结果判决器的结果并在初始化过程计时器的时间周期内判断PD的工作状态；

[0021] 初始化过程判决器输出结果至发射机从而决定PD的发射机是否发送数据或请求信息。

[0022] 本发明不仅节省了现在IEEE802.22.1标准草案中的初始化比特，而且通过计时器简化了PD的设计。此外，本发明无需对信标系统中的其他过程进行任何改变。

附图说明

[0023] 图1是IEEE802.22.1D1.0标准草案中非初始化阶段的超帧结构示意图；

[0024] 图2是IEEE802.22.1D1.0标准草案中初始化阶段的超帧结构示意图；

[0025] 图3显示IEEE802.22.1标准草案D1.0中的物理帧结构(PPDU)；

[0026] 图4是基于本发明的PD及无线麦克风功能模块框图，其中(a)显示基于本发明的保护设备PD功能框图；(b)显示基于本发明的PD内置无线麦克风框架示意图；(c)显示基于本发明的PD外置无线麦克风框架示意图；

[0027] 图5是基于本发明的PD自开机至完成初始化过程的流程图。

具体实施方式

[0028] 图4(a)给出了基于本发明的PD的功能模块图。图中，保护设备PD(401)分为接收机(402)和发射机(403)。其中接收机(402)又分为Beacon接收器(404)，信道监听计时器T1(405)，信道监听结果判决器(408)，初始化过程计时器T2406和初始化过程判决器(407)。

[0029] 对于接收机(402)而言，Beacon接收器(404)主要用于检测并接收来自周围PD的Beacon信息；信道监听结果判决器(408)主要用于根据Beacon接收器(404)的检测结果以及信道监听计时器T1(405)的时间控制下对监听结果进行判决，从而在规定的T1周期内判断该PD周围是否有PPD存在；初始化过程判决器(407)主要用于对信道监听结果判决器(408)与初始化过程计时器(406)共同输入结果进行判断，从而决定PD(401)的初始化过程是否结束。如果信道监听结果判决器(408)判定PD(401)为PPD，则由初始化过程判决器(407)和初始化过程计时器T2(406)决定接下来的T2周期内发送连续的如图2所示的Beacon帧信息；如果信道监听结果判决器(408)判定PD(401)为SPD，则由初始化过程判决器(407)和初始化过程计时器T2(406)决定接下来的T2周期内PD(401)只能处于接收状态，不能发送任何信息包括请求信息。

[0030] 接下来，初始化过程判决器(407)的判决结果发送到PD(401)的发射机(403)从而决定发射机是否工作。

[0031] 为了使用保护设备PD对无线麦克风的正常工作进行保护，需要对无线麦克风的结构进行相应的改变，图4(b)和图4(c)主要给出了由无线麦克风设备(410)与保护设备PD(413)共同组成的具有Beacon功能的无线麦克风设备(409)框架。

[0032] 对于图4(b)而言，具有Beacon功能的无线麦克风设备(409)把保护设备PD(413)内置于无线麦克风设备(410)中。也就是说，无线麦克风设备(410)包括无线麦克风接收机(411)，无线麦克风发射机(412)和保护设备PD(413)。

[0033] 对于图4(c)而言，具有Beacon功能的无线麦克风设备(409)把保护设备PD(413)与无线麦克风设备(410)之间相互区分。也就是说，无线麦克风设备(410)仅包括无线麦克风接收机(411)和无线麦克风发射机(412)，而保护设备PD(413)置于无线麦克风设备(410)之外。

[0034] 为了更清晰地了解本发明中所阐述的PD初始化方法，图5给出了根据本发明的一个新的PD由开机至完成初始化过程的流程图。根据图5，基于本发明的IEEE802.22.1的PD初始化步骤如下：

[0035] 1.PD开机(501)；

[0036] 2.PD识别其所需监听的信道后连续监听信道2+0.01m秒(m∈[0，100])(502)，从而确定周围是否已经存在PPD(503)；

[0037] 3.如果PPD已经存在，则PD成为SPD并开始启动计时器(504)。如果计时器(506)没有到期，则PD继续接收来自PPD的Beacon信息(508)；如果计时器(506)已经到期，则初始化过程结束，SPD从此刻起允许发送请求信息(509)；

[0038] 4.步骤3中，如果PPD不存在，则PD成为PPD并开始启动计时器(505)。如果计时器(507)没有到期，则PD继续无间隔地广播如图2所示的Beacon信息(511)；如果计时器(507)已经到期，则初始化过程结束，PPD允许接收来自SPD的请求信息(如图1所示的Beacon帧结构)或接收来自SPD的Beacon信息(510)。