[发明专利]宽带微功率中同时进行多个物理信道监视的系统及方法

说明书

本发明请求保护一种宽带微功率中同时进行多条物理信道监视的系统及方法，属于物联网领域。包括：模拟射频模块、A/D采样器模块和数字基带处理模块，其中模拟射频模块用于完成对多条物理信道整个带宽的接收，确定射频中心频点以及射频带宽，并且对接收射频信号进行下变频处理成模拟基带信号；A/D采样器模块用于完成模拟基带信号到数字基带信号的变换，A/D采样器的采样时钟满足采样定理要求；数字基带处理模块，用于首先对数字基带信号进行快速傅里叶变换，获得接收信道整个带宽的频域信息，然后根据物理信道带宽定义，将整个信道带宽分成对应的每条物理信道带宽，最后在有信号的物理信道上进行帧头检测，并且解读帧数据体内容。

技术领域

本发明属于物联网通信领域，尤其涉及物联网终端对多个物理信道进行扫描 监视的方法。

背景技术

在物联网通信领域中，由于应用范围广，通信业务数据量比较少，加之目 前频谱资源紧张，在物联网系统中很难分配一个固定并且可以长期占用的频段 进行组网，因此在物联网通信中，一般只能使用共享频段，就是多个系统共用 一个公共频段，也称为ISM频段。PLC宽带微功率无线通信系统就是使用ISM频 段的一个典型系统，占用了470MHz到510MHz频段，在该频段上有LoRa系统、 短波调频以及业余无线爱好者电台等等。

另外，在物联网系统中，非同公网系统不仅有固定的频谱资源和同步系统， 同时支持大数据量传输，并且物联网业务数据传输数据量小，数据发送具有突 发性，因此在物联网系统设计时，一般没有固定实时发送的同步信号，通常采 用载波侦听多址访问(简称：CSMA)方式。由于物联网系统之间采用无线资源共 享且没有统一协调机制，因此在系统设计时都需要支持多条物理信道，发送端 根据实际场景的干扰情况选择通信质量较好的信道进行数据发送。

此时存在一个问题，物联网终端首先要搜索物理信道，然后在信道的频点上 搜索数据帧的开始位置，因此在物联网帧结构上就需要存在一种机制，提供接 收端扫频所有信道的功能。

例如在PLC窄带微功率无线通信系统中，如图1为一种典型的支持多条物理 信道选择的帧结构图。由于终端射频结构的限制，每次只能接收一条物理信道， 因此在一个完整的帧结构中，需要提供支持多个物理信道搜索的子帧头。此时 只要发送一块帧数据，那么接收端即使在不知道频点以及定时时间情况下也能 搜索到数据帧的帧头。

该帧结构包括帧头和帧数据体，其中帧头包括多个子帧头，在物联网系统设 计时，支持多少个物理信道搜索就需要多少个子帧头，假设每个子帧头占用的 时间是T_FrameHead。假设有N条物理信道可供选择，那么所需的帧头时间为NxT_FrameHead。 这降低物联网的无线资源利用率，并且不利于提高物联网系统传输速率和吞吐 量，限制了无线物联网系统的推广应用。

该方法具体操作原理如下，由于发送端具体选择使用的物理信道在接收端 是未知的，因此在进行搜索时，在每个子帧头占据时间内搜索对应的物理信道， 当搜索到有效的子帧头后，就在该频点上解读对应的帧数据体内容。假设帧数 据体的时间长度为T_FrameBody，那么从时间角度无线资源利用率最大只能是 T_FrameBody/(NxT_FrameHead+T_FrameBody)。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种宽带微功率中同时进行多 条物理信道监视的系统及方法。本发明的技术方案如下：