專利名稱：無線以太網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器及物理層信號傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及方法，尤其是涉及一種千兆無線以太網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器及物理層信號傳輸方法。
背景技術(shù)：
經(jīng)濟(jì)在高速發(fā)展，信息在迅猛膨脹。隨著多媒體應(yīng)用的日益增加、IP視頻與語音傳輸需求的激增，對網(wǎng)絡(luò)的帶寬提出了新的挑戰(zhàn)。局域以太網(wǎng)從IOM開始發(fā)展，經(jīng)歷幾多的變遷，風(fēng)風(fēng)雨雨二十多年，發(fā)展到今天風(fēng)靡一時(shí)的千兆以太網(wǎng)。千兆以太網(wǎng)以高效、高速、高性能而著稱，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在金融、商業(yè)、教育、政府機(jī)關(guān)及廠礦企業(yè)等各行各業(yè)。目前現(xiàn)有的以太網(wǎng)都是由有線以太網(wǎng)線構(gòu)成的，這樣的有線以太網(wǎng)適用于大多數(shù)的固定網(wǎng)絡(luò)。與有線以太網(wǎng)相對應(yīng)的是無線以太網(wǎng)。無線以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)終端都是由無線調(diào)制解調(diào)器無線鏈接的，它們有著組網(wǎng)靈活、不受環(huán)境制約等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于應(yīng)急組網(wǎng)、大型機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)備份、市中心不同高樓間組網(wǎng)、偏僻山區(qū)鄉(xiāng)村組網(wǎng)等等。近幾年來，云計(jì)算在我國乃至世界各地，可謂風(fēng)生水起，熱鬧非凡。就我國而言， 云計(jì)算從概念到落地，實(shí)際只能從2010年算起，在此之前只能堪稱是云計(jì)算的市場引入階段。根據(jù)計(jì)世咨詢的數(shù)據(jù)認(rèn)為，2009年，我們云計(jì)算市場規(guī)模達(dá)到403. 5億元，較2008年同比增長觀.0%，其中&iaS占云計(jì)算市場規(guī)模的87. 8%，3M. 2億元；PaaS、IaaS分別占到其中的11. 8%和0. 4%，分別為47. 6億元、1. 7億元。而且，經(jīng)過市場引入、普及，到2009年云計(jì)算模式已經(jīng)被64. 7%的行業(yè)用戶所認(rèn)可。云計(jì)算模式就需要大量的數(shù)據(jù)傳輸來實(shí)現(xiàn)本地與云端的通信，綜合考慮到設(shè)備的靈活性、安裝的便捷性和傳輸速率的要求，高速無線調(diào)制解調(diào)器將是不二之選。無線調(diào)制解調(diào)器的傳輸速率是限制千兆以太網(wǎng)發(fā)展的主要瓶頸。一方面千兆以太網(wǎng)要求至少1. (Xibps的物理層傳輸速度，另一方面由于無線帶寬的限制和調(diào)制解調(diào)數(shù)字信號處理難度的制約，超高速無線調(diào)制解調(diào)器的實(shí)現(xiàn)非常困難。目前全球還沒有一款能滿足無線千兆以太網(wǎng)要求的調(diào)制解調(diào)器，最快的無線以太調(diào)制解調(diào)器是AIRAYA公司的 WirelessGRID-300，它的傳輸速度是300Mbps，但是它要求收發(fā)雙方可視，這就極大的限制了它的應(yīng)用。Netgear以及其它公司有著不要求無線可視條件的調(diào)制解調(diào)器，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(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足千兆以太網(wǎng)所要求的1. OGbps的傳輸速度要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的無線調(diào)制解調(diào)器傳輸速率較慢，難以適用于千兆以太網(wǎng)需求的技術(shù)問題，提供一種具有高傳輸速率、可以適用于千兆以太網(wǎng)的無線以太網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器及其物理層的信號傳輸方法。本發(fā)明針對上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種無線以太網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器，包括依次連接的天線、射頻器件和MCU數(shù)字控制器，所述MCU數(shù)字控制器包括
3數(shù)字信號處理器，所述天線包括4個(gè)發(fā)射天線和6個(gè)接收天線。發(fā)射端采用4個(gè)天線，接收端采用6個(gè)天線，形成MIMO (Multiple-Input Multiple-Out-put，多入多出)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的天線陣，這樣的設(shè)計(jì)不但能使頻譜利用率得到4倍的提高，而且接收機(jī)可以有效的抗多徑干擾，使得本發(fā)明能夠很好的工作在無線不可視狀態(tài)。一種如權(quán)利要求1所述的無線以太網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器的物理層信號傳輸方法，包括以下步驟
步驟a、決定調(diào)制方式發(fā)射端的調(diào)制解調(diào)器接收到輸入信號后，通過在信令域上對特征碼進(jìn)行定義，從而確定是哪一種調(diào)制方式以及是否需要波束成形；
步驟b、串行轉(zhuǎn)并行將一路串行信號A轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的四路并行信號Al、A2、A3和A4 ； 步驟c、對并行信號進(jìn)行加密處理加密過程中，四路并行信號A1、A2、A3、A4、中只對Al 一路進(jìn)行加密，得到四路并行信號Al’、A2、A3、A4 ；單路加密可以大幅縮短加密時(shí)間，降低加密難度，提高傳輸速率；
步驟d、RS編碼、數(shù)模轉(zhuǎn)換及調(diào)制對四路并行信號Al’、A2、A3、A4進(jìn)行RS編碼、數(shù)模轉(zhuǎn)換和調(diào)制，做好發(fā)射準(zhǔn)備；
步驟e、MIM0發(fā)射將并行的四路信號以MIMO的方式發(fā)射； 步驟f、MIM0接收接收端的接收調(diào)制端發(fā)出的4路信號；
步驟g、解調(diào)、模數(shù)轉(zhuǎn)換及RS解碼根據(jù)調(diào)制方式，確定相應(yīng)的解調(diào)方式進(jìn)行解調(diào)，并完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、糾錯(cuò)解碼；
步驟h、并行轉(zhuǎn)串行將四路分別接收到的并行信號Al’、A2、A3、A4轉(zhuǎn)換為加密過的串行信號A’，經(jīng)過解密，輸出信號。作為優(yōu)選，傳輸?shù)男盘枎ㄈ缦虏糠?1)前導(dǎo)域前導(dǎo)域由21個(gè)相同的短訓(xùn)練域組成，短訓(xùn)練域由256個(gè)弗蘭克序列構(gòu)成；
(2)長訓(xùn)練域一個(gè)長訓(xùn)練域包含著兩個(gè)分長訓(xùn)練域，每個(gè)分長訓(xùn)練域包含著4個(gè)已知的 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用)訓(xùn)練符號；
(3)信令域每個(gè)信令域容量為2048比特和600個(gè)間隔符號，有效使用的有1740比特， 其中含4比特調(diào)制狀態(tài)判斷；10比特OFDM信號長度判斷用來支持突發(fā)通信模式，代表最大可有10M個(gè)OFDM符號；剩余的17 比特代表信道傳輸函數(shù)；
(4)數(shù)據(jù)域每個(gè)數(shù)據(jù)域包含2048個(gè)OFDM載頻和600個(gè)間隔符號。本發(fā)明帶來的實(shí)質(zhì)性效果是，傳輸速率高，本發(fā)明的額定傳輸速率為1.25bps，完全能夠滿足千兆以太網(wǎng)的速率要求；安裝聯(lián)網(wǎng)方便，可以實(shí)現(xiàn)距離較遠(yuǎn)和難以布線等情況下的以太網(wǎng)構(gòu)建。


圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖中1、MCU數(shù)字控制器，2、數(shù)字信號處理器，3、射頻器件，4、天線。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。實(shí)施例本實(shí)施例的一種無線以太網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器，如圖1所示，包括依次連接的天
4線、射頻器件和MCU數(shù)字控制器，MCU數(shù)字控制器包括數(shù)字信號處理器，天線包括4個(gè)發(fā)射天線和6個(gè)接收天線。天線采用MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的天線陣，這樣的設(shè)計(jì)不但能使頻譜利用率得到4倍的提高，而且接收機(jī)可以有效的抗多徑干擾，使得本實(shí)施例能夠很好的工作在無線不可視狀態(tài)
數(shù)字信號處理器采用高速FPGA，能夠?qū)INO進(jìn)行矩陣運(yùn)算，對COFMD信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)和編碼解碼處理。MCU數(shù)字控制器控制所有信號的收發(fā)和整個(gè)調(diào)制解調(diào)器的管理。本實(shí)施例的物理層信號傳輸方法，包括以下步驟
步驟a、決定調(diào)制方式發(fā)射端的調(diào)制解調(diào)器接收到輸入信號后，通過在信令域上對特征碼進(jìn)行定義，從而確定是哪一種調(diào)制方式以及是否需要波束成形；
步驟b、串行轉(zhuǎn)并行將一路串行信號A轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的四路并行信號Al、A2、A3和A4 ； 步驟c、對并行信號進(jìn)行加密處理在加密過程中，4路并行信號Al、A2、A3、A4、中只對 Al 一路進(jìn)行加密，從而大幅度縮短了加密時(shí)間和難度，但是當(dāng)在解調(diào)端將并行信號轉(zhuǎn)為串行信號A’的時(shí)候(步驟h)，以上任何一路的錯(cuò)誤，都會導(dǎo)致整個(gè)串行信號A’的錯(cuò)誤，從而并不會降低信號的安全性；
步驟d、RS編碼、數(shù)模轉(zhuǎn)換及調(diào)制對四路并行信號Al’、A2、A3、A4進(jìn)行RS編碼、數(shù)模轉(zhuǎn)換和調(diào)制，做好發(fā)射準(zhǔn)備；
步驟e、MIM0發(fā)射將并行的四路信號以MIMO的方式發(fā)射； 步驟f、MIM0接收接收端的接收調(diào)制端發(fā)出的4路信號；
步驟g、解調(diào)、模數(shù)轉(zhuǎn)換及RS解碼根據(jù)調(diào)制方式，確定相應(yīng)的解調(diào)方式進(jìn)行解調(diào)，并完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、糾錯(cuò)解碼；
步驟h、并行轉(zhuǎn)串行將四路分別接收到的并行信號Al’、A2、A3、A4轉(zhuǎn)換為加密過的串行信號A’，經(jīng)過解密，輸出信號。傳輸?shù)男盘枎ㄈ缦虏糠?1)前導(dǎo)域前導(dǎo)域由21個(gè)相同的短訓(xùn)練域組成，短訓(xùn)練域由256個(gè)弗蘭克序列構(gòu)成，前導(dǎo)域可以被接收機(jī)用來進(jìn)行自動增益控制、信號檢測和頻率同步；
(2)長訓(xùn)練域一個(gè)長訓(xùn)練域包含著兩個(gè)分長訓(xùn)練域，每個(gè)分長訓(xùn)練域包含著4個(gè)已知的OFDM訓(xùn)練符號，長訓(xùn)練域是用來做信道估計(jì)的；
(3)信令域每個(gè)信令域容量為2048比特和600個(gè)間隔符號，有效使用的有1740比特， 其中含4比特調(diào)制狀態(tài)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(fā)通信模式，代表最大可有IOM個(gè)OFDM符號；剩余的17 比特代表信道傳輸函數(shù)；
(4)數(shù)據(jù)域每個(gè)數(shù)據(jù)域包含2048個(gè)OFDM載頻和600個(gè)間隔符號。兩幀信號之間插入空格域，每個(gè)空格域上含有1200個(gè)空格。數(shù)據(jù)域的處理程序如下 1、串聯(lián)到并聯(lián)
每個(gè)MIMO OFDM符號包含著34080串聯(lián)比特。它們首先被轉(zhuǎn)換成4路8520并聯(lián)比特。2、RS 編碼
針對不同的調(diào)制方式進(jìn)行不同的RS調(diào)制。
3、載波調(diào)制
每路總共有1740個(gè)數(shù)據(jù)載波。4、快速傅立葉逆變換(IFFT)
本調(diào)制解調(diào)器的帶寬為80MHz，在這個(gè)帶寬上面有2048個(gè)載波，其中1740為數(shù)據(jù)載波，12個(gè)為導(dǎo)頻載波，其余296個(gè)為零載波。當(dāng)2048個(gè)載波形成后，頻域信號通過IFFT轉(zhuǎn)換成時(shí)域信號。5、循環(huán)延遲
四路信號分別循環(huán)延遲(0，D, 2D, 3D)，其中D=2250納秒。系統(tǒng)是突發(fā)模式結(jié)構(gòu)通信，可以支持不同長度的BPSK，QPSK, 16QAM, 64QAM和 “波束成形”等。對于不同調(diào)制方式和信息長度的判別，以及對于“波束成形”的判斷都是在信令域上完成的。4比特的調(diào)制狀態(tài)判斷，可以表示16種不同狀態(tài)，完全能夠覆蓋以上4種調(diào)制方式與“波束成形”的組合。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。盡管本文較多地使用了天線、數(shù)據(jù)域等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。 使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
權(quán)利要求
1.一種無線以太網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器，包括依次連接的天線、射頻器件和MCU數(shù)字控制器，所述MCU數(shù)字控制器包括數(shù)字信號處理器，其特征在于所述天線包括4個(gè)發(fā)射天線和6個(gè)接收天線。
2.一種如權(quán)利要求1所述的無線以太網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器的物理層信號傳輸方法，其特征在于包括以下步驟步驟a、決定調(diào)制方式發(fā)射端的調(diào)制解調(diào)器接收到輸入信號后，通過在信令域上對特征碼進(jìn)行定義，從而確定是哪一種調(diào)制方式以及是否需要束波成形；步驟b、串行轉(zhuǎn)并行將一路串行信號A轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的四路并行信號Al、A2、A3和A4 ； 步驟c、對并行信號進(jìn)行加密處理加密過程中，四路并行信號A1、A2、A3、A4、中只對Al 一路進(jìn)行加密，得到四路并行信號Al’、A2、A3、A4 ；步驟d、RS編碼、數(shù)模轉(zhuǎn)換及調(diào)制對四路并行信號Al’、A2、A3、A4進(jìn)行RS編碼、數(shù)模轉(zhuǎn)換和調(diào)制，做好發(fā)射準(zhǔn)備；步驟e、MIM0發(fā)射將并行的四路信號以MIMO的方式發(fā)射； 步驟f、MIMO接收接收端的接收調(diào)制端發(fā)出的4路信號；步驟g、解調(diào)、模數(shù)轉(zhuǎn)換及RS解碼根據(jù)調(diào)制方式，確定相應(yīng)的解調(diào)方式進(jìn)行解調(diào)，并完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、糾錯(cuò)解碼；步驟h、并行轉(zhuǎn)串行將四路分別接收到的并行信號Al’、A2、A3、A4轉(zhuǎn)換為加密過的串行信號A’，經(jīng)過解密，輸出信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的物理層信號傳輸方法，其特征在于，傳輸?shù)男盘枎ㄈ缦虏糠?1)前導(dǎo)域前導(dǎo)域由21個(gè)相同的短訓(xùn)練域組成，短訓(xùn)練域由256個(gè)弗蘭克序列構(gòu)成；(2)長訓(xùn)練域一個(gè)長訓(xùn)練域包含著兩個(gè)分長訓(xùn)練域，每個(gè)分長訓(xùn)練域包含著4個(gè)已知的OFDM訓(xùn)練符號；(3)信令域每個(gè)信令域容量為2048比特和600個(gè)間隔符號，有效使用的有1740比特， 其中含4比特調(diào)制狀態(tài)判斷；10比特OFDM信號長度判斷用來支持突發(fā)通信模式，代表最大可有IOM個(gè)OFDM符號；剩余的17 比特代表信道傳輸函數(shù)；(4)數(shù)據(jù)域每個(gè)數(shù)據(jù)域包含2048個(gè)OFDM載頻和600個(gè)間隔符號；
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的物理層信號傳輸方法，其特征在于，傳輸?shù)南噜弮蓭盘枎g插有一個(gè)空格域，所述空格域包括1200個(gè)空格。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線以太網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器及物理層信號傳輸方法，旨在提供一種千兆無線以太網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器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(shù)字控制器，所述MCU數(shù)字控制器包括數(shù)字信號處理器，所述天線包括4個(gè)發(fā)射天線和6個(gè)接收天線。發(fā)射端采用4個(gè)天線，接收端采用6個(gè)天線，形成MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的天線陣，這樣的設(shè)計(jì)不但能使頻譜利用率得到4倍的提高，而且接收機(jī)可以有效的抗多徑干擾，使得本發(fā)明能夠很好的工作在無線不可視狀態(tài)。本發(fā)明傳輸速率高，安裝聯(lián)網(wǎng)方便，適用于千兆無線以太網(wǎng)絡(luò)。
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(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者戴慶源 申請人:浙江中無通信有限公司