無線乙太網數據機及物理層信號傳輸方法
2023-06-20 13:47:16
專利名稱：無線乙太網數據機及物理層信號傳輸方法
技術領域：
本發明涉及一種無線網絡設備及方法，尤其是涉及一種千兆無線乙太網數據機及物理層信號傳輸方法。
背景技術：
經濟在高速發展，信息在迅猛膨脹。隨著多媒體應用的日益增加、IP視頻與語音傳輸需求的激增，對網絡的帶寬提出了新的挑戰。局域乙太網從IOM開始發展，經歷幾多的變遷，風風雨雨二十多年，發展到今天風靡一時的千兆乙太網。千兆乙太網以高效、高速、高性能而著稱，已經廣泛應用在金融、商業、教育、政府機關及廠礦企業等各行各業。目前現有的乙太網都是由有線乙太網線構成的，這樣的有線乙太網適用於大多數的固定網絡。與有線乙太網相對應的是無線乙太網。無線乙太網的網絡終端都是由無線數據機無線連結的，它們有著組網靈活、不受環境制約等優點，特別適合於應急組網、大型機構網絡備份、市中心不同高樓間組網、偏僻山區鄉村組網等等。近幾年來，雲計算在我國乃至世界各地，可謂風生水起，熱鬧非凡。就我國而言， 雲計算從概念到落地，實際只能從2010年算起，在此之前只能堪稱是雲計算的市場引入階段。根據計世諮詢的數據認為，2009年，我們雲計算市場規模達到403. 5億元，較2008年同比增長觀.0%，其中&iaS佔雲計算市場規模的87. 8%，3M. 2億元；PaaS、IaaS分別佔到其中的11. 8%和0. 4%，分別為47. 6億元、1. 7億元。而且，經過市場引入、普及，到2009年雲計算模式已經被64. 7%的行業用戶所認可。雲計算模式就需要大量的數據傳輸來實現本地與雲端的通信，綜合考慮到設備的靈活性、安裝的便捷性和傳輸速率的要求，高速無線數據機將是不二之選。無線數據機的傳輸速率是限制千兆乙太網發展的主要瓶頸。一方面千兆乙太網要求至少1. (Xibps的物理層傳輸速度，另一方面由於無線帶寬的限制和調製解調數位訊號處理難度的制約，超高速無線數據機的實現非常困難。目前全球還沒有一款能滿足無線千兆乙太網要求的數據機，最快的無線以太數據機是AIRAYA公司的 WirelessGRID-300，它的傳輸速度是300Mbps，但是它要求收發雙方可視，這就極大的限制了它的應用。Netgear以及其它公司有著不要求無線可視條件的數據機，但是它們的傳輸速率一般都在54Mbps。無論是300Mbp還是54Mbps，它們都遠遠不能滿足千兆乙太網所要求的1. OGbps的傳輸速度要求。
發明內容
本發明主要是解決現有技術所存在的無線數據機傳輸速率較慢，難以適用於千兆乙太網需求的技術問題，提供一種具有高傳輸速率、可以適用於千兆乙太網的無線乙太網數據機及其物理層的信號傳輸方法。本發明針對上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的一種無線乙太網數據機，包括依次連接的天線、射頻器件和MCU數字控制器，所述MCU數字控制器包括
3數位訊號處理器，所述天線包括4個發射天線和6個接收天線。發射端採用4個天線，接收端採用6個天線，形成MIMO (Multiple-Input Multiple-Out-put，多入多出)系統結構的天線陣，這樣的設計不但能使頻譜利用率得到4倍的提高，而且接收機可以有效的抗多徑幹擾，使得本發明能夠很好的工作在無線不可視狀態。一種如權利要求1所述的無線乙太網數據機的物理層信號傳輸方法，包括以下步驟
步驟a、決定調製方式發射端的數據機接收到輸入信號後，通過在信令域上對特徵碼進行定義，從而確定是哪一種調製方式以及是否需要波束成形；
步驟b、串行轉並行將一路串行信號A轉換成相應的四路並行信號Al、A2、A3和A4 ； 步驟c、對並行信號進行加密處理加密過程中，四路並行信號A1、A2、A3、A4、中只對Al 一路進行加密，得到四路並行信號Al』、A2、A3、A4 ；單路加密可以大幅縮短加密時間，降低加密難度，提高傳輸速率；
步驟d、RS編碼、數模轉換及調製對四路並行信號Al』、A2、A3、A4進行RS編碼、數模轉換和調製，做好發射準備；
步驟e、MIM0發射將並行的四路信號以MIMO的方式發射； 步驟f、MIM0接收接收端的接收調製端發出的4路信號；
步驟g、解調、模數轉換及RS解碼根據調製方式，確定相應的解調方式進行解調，並完成模數轉換、糾錯解碼；
步驟h、並行轉串行將四路分別接收到的並行信號Al』、A2、A3、A4轉換為加密過的串行信號A』，經過解密，輸出信號。作為優選，傳輸的信號幀包括如下部分(1)前導域前導域由21個相同的短訓練域組成，短訓練域由256個弗蘭克序列構成；
(2)長訓練域一個長訓練域包含著兩個分長訓練域，每個分長訓練域包含著4個已知的 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用)訓練符號；
(3)信令域每個信令域容量為2048比特和600個間隔符號，有效使用的有1740比特， 其中含4比特調製狀態判斷；10比特OFDM信號長度判斷用來支持突發通信模式，代表最大可有10M個OFDM符號；剩餘的17 比特代表信道傳輸函數；
(4)數據域每個數據域包含2048個OFDM載頻和600個間隔符號。本發明帶來的實質性效果是，傳輸速率高，本發明的額定傳輸速率為1.25bps，完全能夠滿足千兆乙太網的速率要求；安裝聯網方便，可以實現距離較遠和難以布線等情況下的乙太網構建。
圖1是本發明的一種結構示意圖中1、MCU數字控制器，2、數位訊號處理器，3、射頻器件，4、天線。
具體實施例方式下面通過實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。實施例本實施例的一種無線乙太網數據機，如圖1所示，包括依次連接的天
4線、射頻器件和MCU數字控制器，MCU數字控制器包括數位訊號處理器，天線包括4個發射天線和6個接收天線。天線採用MIMO系統結構的天線陣，這樣的設計不但能使頻譜利用率得到4倍的提高，而且接收機可以有效的抗多徑幹擾，使得本實施例能夠很好的工作在無線不可視狀態
數位訊號處理器採用高速FPGA，能夠對MINO進行矩陣運算，對COFMD信號進行調製解調和編碼解碼處理。MCU數字控制器控制所有信號的收發和整個數據機的管理。本實施例的物理層信號傳輸方法，包括以下步驟
步驟a、決定調製方式發射端的數據機接收到輸入信號後，通過在信令域上對特徵碼進行定義，從而確定是哪一種調製方式以及是否需要波束成形；
步驟b、串行轉並行將一路串行信號A轉換成相應的四路並行信號Al、A2、A3和A4 ； 步驟c、對並行信號進行加密處理在加密過程中，4路並行信號Al、A2、A3、A4、中只對 Al 一路進行加密，從而大幅度縮短了加密時間和難度，但是當在解調端將並行信號轉為串行信號A』的時候(步驟h)，以上任何一路的錯誤，都會導致整個串行信號A』的錯誤，從而並不會降低信號的安全性；
步驟d、RS編碼、數模轉換及調製對四路並行信號Al』、A2、A3、A4進行RS編碼、數模轉換和調製，做好發射準備；
步驟e、MIM0發射將並行的四路信號以MIMO的方式發射； 步驟f、MIM0接收接收端的接收調製端發出的4路信號；
步驟g、解調、模數轉換及RS解碼根據調製方式，確定相應的解調方式進行解調，並完成模數轉換、糾錯解碼；
步驟h、並行轉串行將四路分別接收到的並行信號Al』、A2、A3、A4轉換為加密過的串行信號A』，經過解密，輸出信號。傳輸的信號幀包括如下部分(1)前導域前導域由21個相同的短訓練域組成，短訓練域由256個弗蘭克序列構成，前導域可以被接收機用來進行自動增益控制、信號檢測和頻率同步；
(2)長訓練域一個長訓練域包含著兩個分長訓練域，每個分長訓練域包含著4個已知的OFDM訓練符號，長訓練域是用來做信道估計的；
(3)信令域每個信令域容量為2048比特和600個間隔符號，有效使用的有1740比特， 其中含4比特調製狀態判斷，比如BPSK、QPSK、16QAM、64QAM，有無「波束成形」等；10比特 OFDM信號長度判斷用來支持突發通信模式，代表最大可有IOM個OFDM符號；剩餘的17 比特代表信道傳輸函數；
(4)數據域每個數據域包含2048個OFDM載頻和600個間隔符號。兩幀信號之間插入空格域，每個空格域上含有1200個空格。數據域的處理程序如下 1、串聯到並聯
每個MIMO OFDM符號包含著34080串聯比特。它們首先被轉換成4路8520並聯比特。2、RS 編碼
針對不同的調製方式進行不同的RS調製。
3、載波調製
每路總共有1740個數據載波。4、快速傅立葉逆變換(IFFT)
本數據機的帶寬為80MHz，在這個帶寬上面有2048個載波，其中1740為數據載波，12個為導頻載波，其餘296個為零載波。當2048個載波形成後，頻域信號通過IFFT轉換成時域信號。5、循環延遲
四路信號分別循環延遲(0，D, 2D, 3D)，其中D=2250納秒。系統是突發模式結構通信，可以支持不同長度的BPSK，QPSK, 16QAM, 64QAM和 「波束成形」等。對於不同調製方式和信息長度的判別，以及對於「波束成形」的判斷都是在信令域上完成的。4比特的調製狀態判斷，可以表示16種不同狀態，完全能夠覆蓋以上4種調製方式與「波束成形」的組合。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。儘管本文較多地使用了天線、數據域等術語，但並不排除使用其它術語的可能性。 使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精神相違背的。
權利要求
1.一種無線乙太網數據機，包括依次連接的天線、射頻器件和MCU數字控制器，所述MCU數字控制器包括數位訊號處理器，其特徵在於所述天線包括4個發射天線和6個接收天線。
2.一種如權利要求1所述的無線乙太網數據機的物理層信號傳輸方法，其特徵在於包括以下步驟步驟a、決定調製方式發射端的數據機接收到輸入信號後，通過在信令域上對特徵碼進行定義，從而確定是哪一種調製方式以及是否需要束波成形；步驟b、串行轉並行將一路串行信號A轉換成相應的四路並行信號Al、A2、A3和A4 ； 步驟c、對並行信號進行加密處理加密過程中，四路並行信號A1、A2、A3、A4、中只對Al 一路進行加密，得到四路並行信號Al』、A2、A3、A4 ；步驟d、RS編碼、數模轉換及調製對四路並行信號Al』、A2、A3、A4進行RS編碼、數模轉換和調製，做好發射準備；步驟e、MIM0發射將並行的四路信號以MIMO的方式發射； 步驟f、MIMO接收接收端的接收調製端發出的4路信號；步驟g、解調、模數轉換及RS解碼根據調製方式，確定相應的解調方式進行解調，並完成模數轉換、糾錯解碼；步驟h、並行轉串行將四路分別接收到的並行信號Al』、A2、A3、A4轉換為加密過的串行信號A』，經過解密，輸出信號。
3.根據權利要求2所述的物理層信號傳輸方法，其特徵在於，傳輸的信號幀包括如下部分(1)前導域前導域由21個相同的短訓練域組成，短訓練域由256個弗蘭克序列構成；(2)長訓練域一個長訓練域包含著兩個分長訓練域，每個分長訓練域包含著4個已知的OFDM訓練符號；(3)信令域每個信令域容量為2048比特和600個間隔符號，有效使用的有1740比特， 其中含4比特調製狀態判斷；10比特OFDM信號長度判斷用來支持突發通信模式，代表最大可有IOM個OFDM符號；剩餘的17 比特代表信道傳輸函數；(4)數據域每個數據域包含2048個OFDM載頻和600個間隔符號；
4.根據權利要求2或3所述的物理層信號傳輸方法，其特徵在於，傳輸的相鄰兩幀信號幀之間插有一個空格域，所述空格域包括1200個空格。
全文摘要
本發明公開了一種無線乙太網數據機及物理層信號傳輸方法，旨在提供一種千兆無線乙太網數據機及物理層信號傳輸方法。它包括依次連接的天線、射頻器件和MCU數字控制器，所述MCU數字控制器包括數位訊號處理器，所述天線包括4個發射天線和6個接收天線。發射端採用4個天線，接收端採用6個天線，形成MIMO系統結構的天線陣，這樣的設計不但能使頻譜利用率得到4倍的提高，而且接收機可以有效的抗多徑幹擾，使得本發明能夠很好的工作在無線不可視狀態。本發明傳輸速率高，安裝聯網方便，適用於千兆無線乙太網絡。
文檔編號H04L27/26GK102447666SQ20111036646
公開日2012年5月9日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者戴慶源 申請人:浙江中無通信有限公司