本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種IP over RF網(wǎng)絡(luò)制式。

背景技術(shù)：

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，因特網(wǎng)協(xié)議(IP)已經(jīng)成為數(shù)據(jù)通信的主流協(xié)議，雖然目前還存在著如電信網(wǎng)、移動網(wǎng)等其他網(wǎng)絡(luò)，但由于IP網(wǎng)絡(luò)自身的優(yōu)勢，如網(wǎng)絡(luò)建設(shè)容易、成本低、覆蓋范圍廣等，未來的各種網(wǎng)絡(luò)勢必會統(tǒng)一成IP網(wǎng)絡(luò)。同樣，隨著智能終端、移動通信和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，RF通信技術(shù)也越來越重要。然而，現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)主要存在以下問題：各種網(wǎng)絡(luò)制式同時存在，比如DVB-T、GSM、CDMA、3G、4G、ZigBee、Bluetooth、IEEE802.11x等，但并沒有任何一個RF通信芯片能同時兼容這些網(wǎng)絡(luò)制式。因此，在MAC層和PHY層，存在各種協(xié)議，每種協(xié)議需要特定的硬件電路來實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中沒有任何一個RF通信芯片能同時兼容各種網(wǎng)絡(luò)制式的缺陷，本發(fā)明提供一種IP over RF網(wǎng)絡(luò)制式。

本發(fā)明就上述技術(shù)問題而提出的技術(shù)方案如下：

一種IP over RF網(wǎng)絡(luò)制式，包括：RF單元，用于在動態(tài)變化的頻率范圍內(nèi)收發(fā)RF信號；可重構(gòu)的模擬基帶單元，用于對信號進(jìn)行濾波、放大、數(shù)/模與模/數(shù)處理，從而輸出帶寬、增益、采樣速率可重構(gòu)的處理信號；數(shù)字基帶單元，所述數(shù)字基帶單元是參數(shù)化的，從而可兼容多種協(xié)議并可動態(tài)產(chǎn)生自定義的協(xié)議；以及多協(xié)議兼容MAC單元，用于以可自動切換的方式以多種MAC層協(xié)議中的一種協(xié)議通信；所述MAC單元具有時分與統(tǒng)計時分比例自適應(yīng)機制，通過自適應(yīng)控制每個周期內(nèi)時分與統(tǒng)計時分的時間比例。

優(yōu)選地，所述的IP over RF網(wǎng)絡(luò)制式還包括：IP單元，用于實現(xiàn)IP層通信；所述IP單元包括IP安全過濾器，用于防止在芯片管腳監(jiān)聽/竊聽通信信息。

優(yōu)選地，所述RF單元包括：天線，用于收發(fā)RF信號；低噪聲放大器，用于對接收的RF信號進(jìn)行放大；下混頻器，用于將接收的RF信號線性搬移到中頻信號；頻率合成器，用于產(chǎn)生一定頻率范圍的頻率源；上混頻器，用于將中頻信號線性搬移到RF信號；以及功率放大器，用于將RF信號放大后通過所述天線發(fā)射。

優(yōu)選地，所述頻率范圍為0～100GHz。

優(yōu)選地，所述可重構(gòu)的模擬基帶單元包括：固定增益放大器，用于以固定的增益對信號進(jìn)行放大；低通濾波器，用于對接收到的信號進(jìn)行低通濾波；所述低通濾波器帶寬可重構(gòu)；可變增益放大器，用于以可變增益對信號進(jìn)行放大；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于以可調(diào)的采樣速率將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于以可調(diào)的采樣速率將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。

優(yōu)選地，所述數(shù)字基帶單元包括：快速傅里葉逆變換模塊，用于提供可變點數(shù)的頻域到時域的變換；快速傅里葉變換模塊，用于提供可變點數(shù)的時域到頻域的變換；矢量映射調(diào)制解調(diào)模塊，用于提供基于矢量的調(diào)制解調(diào)方式，從而兼容多種調(diào)制解調(diào)方式；編解碼模塊，用于提供多種編解碼方式。

優(yōu)選地，所述多種MAC層協(xié)議包括：CSMA/CA、CSMA/CD、TDD、WCDM、CDM2000、TD-SCDMA、DAMA-TDMA以及GSM等。

優(yōu)選地，所述IP over RF網(wǎng)絡(luò)制式可應(yīng)用于泛在網(wǎng)絡(luò)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、D2D通信、P2P通信、M2M通信、物聯(lián)網(wǎng)。

實施本發(fā)明實施例，具有如下有益效果：本發(fā)明通過IP over RF無線收發(fā)器系統(tǒng)構(gòu)架，解決泛在網(wǎng)不同構(gòu)架與協(xié)議兼容與融合難題，使得未來網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一成IP網(wǎng)絡(luò)成為可能。通過模擬基帶、數(shù)字基帶和MAC層這三層的參數(shù)化重構(gòu)與配置結(jié)構(gòu)，使得芯片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可動態(tài)重構(gòu)、可編程，實現(xiàn)SDN、P2P、M2M、D2D并使動態(tài)定義網(wǎng)絡(luò)協(xié)議成為現(xiàn)實。在MAC層，提出了時分(Time Division)與統(tǒng)計時分(Statistics Time Division)比例自適應(yīng)機制，通過自適應(yīng)控制每個周期(T)內(nèi)時分(TD)與統(tǒng)計時分(STD)的時間比例，解決了時分與統(tǒng)計時分信道訪問機制無法兼容的難題，是IP網(wǎng)絡(luò)兼容實時網(wǎng)絡(luò)和非實時網(wǎng)絡(luò)的基石，在IP層，通過芯片IO與IP層緩沖區(qū)之間的IP安全過濾器的過濾，防止在芯片管腳監(jiān)聽/竊聽的安全漏洞

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明提供的IP over RF網(wǎng)絡(luò)制式結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的第一實施例IP over RF網(wǎng)絡(luò)制式結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明提供的第二實施例基帶處理器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明提供的數(shù)字基帶單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5A-5E是本發(fā)明提供的IP over RF網(wǎng)絡(luò)制式應(yīng)用示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明實施例提供一種IP over RF網(wǎng)絡(luò)制式，用于解決一款芯片無法兼容各種網(wǎng)絡(luò)制式的難題，使得未來網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一成IP網(wǎng)絡(luò)成為可能。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種IP over RF網(wǎng)絡(luò)制式，包括：RF單元102，用于在動態(tài)變化的頻率范圍內(nèi)收發(fā)RF信號；可重構(gòu)的模擬基帶(ABB)單元104，用于對信號進(jìn)行濾波、放大、數(shù)/模與模/數(shù)處理，從而輸出帶寬、增益、采樣速率可重構(gòu)的處理信號；數(shù)字基帶(DBB)單元106，數(shù)字基帶單元106是參數(shù)化的，從而可兼容多種協(xié)議并可動態(tài)產(chǎn)生自定義的協(xié)議；以及多協(xié)議兼容MAC單元108，用于以可自動切換的方式以多種MAC層協(xié)議中的一種協(xié)議通信；MAC單元108具有時分與統(tǒng)計時分比例自適應(yīng)機制，通過自適應(yīng)控制每個周期內(nèi)時分與統(tǒng)計時分的時間比例。多種MAC層協(xié)議包括：CSMA/CA、CSMA/CD、TDD、WCDM、CDM2000、TD-SCDMA、DAMA-TDMA以及GSM等。

在一個實施例中，IP over RF網(wǎng)絡(luò)制式還可包括IP單元122，用于實現(xiàn)IP層通信。所述IP單元122包括IP安全過濾器302，設(shè)置在芯片IO接口與IP層緩沖區(qū)之間，用于防止在芯片管腳監(jiān)聽/竊聽通信信息。IP安全過濾器的形式有多樣，例如黑白名單。

與現(xiàn)有技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)制式相比，本申請的網(wǎng)絡(luò)制式的層次結(jié)構(gòu)并沒有實質(zhì)性的改變，但是本申請對物理層(包括RF單元、ABB單元和DBB單元)、MAC層、IP層中的每一層的結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)后的系統(tǒng)構(gòu)架在物理層和MAC層都支持多種協(xié)議兼容，從而可實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)的融合，并使得未來網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一成IP網(wǎng)絡(luò)成為可能。

其中，ABB、DBB和MAC層這三層具有參數(shù)化重構(gòu)與配置結(jié)構(gòu)，使得芯片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可動態(tài)重構(gòu)、可編程，實現(xiàn)軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)、P2P、M2M、D2D并使動態(tài)定義網(wǎng)絡(luò)協(xié)議成為現(xiàn)實。

在MAC層，提供了一種矢量映射(Vector-Mapping)的調(diào)制解調(diào)方法。所謂適量映射是指將星座圖中的點以矢量的方式與符號進(jìn)行映射。在實際實施中，根據(jù)實際使用需求限制矢量的最大數(shù)量，通過選擇不同的矢量數(shù)量和矢量來構(gòu)成不同的調(diào)制解調(diào)方式。比如，可限制矢量的最大矢量為1024，而實際使用可以自由選擇所需的矢量為128、256、512或1024個，矢量為圓上的點，矩形平面上的點、直線上的點等等。還可以選擇任意個不同的矢量形成自定義的調(diào)制方式。從而，通過動態(tài)配置可實現(xiàn)幾乎所有的調(diào)制解調(diào)方式以及自定義的調(diào)制解調(diào)方式，如調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅調(diào)相等。還提供了時分(Time Division)與統(tǒng)計時分(Statistics Time Division)比例自適應(yīng)機制，通過自適應(yīng)控制每個周期(T)內(nèi)時分(TD)與統(tǒng)計時分(STD)的時間比例，解決了時分與統(tǒng)計時分信道訪問機制無法兼容的難題，是IP網(wǎng)絡(luò)兼容實時網(wǎng)絡(luò)和非實時網(wǎng)絡(luò)的基石。

在IP層，提供了具有IP安全過濾器的芯片構(gòu)架，通過芯片IO與IP層緩沖區(qū)之間的IP安全過濾器的過濾，可防止在芯片管腳監(jiān)聽/竊聽信息，填補了無線通信中的安全漏洞。

下面將結(jié)合幾個具體的實施例來闡述本發(fā)明。

實施例1

如圖2所示，RF單元包括：天線ANT，用于收發(fā)RF信號；低噪聲放大器LNA，用于對RF信號進(jìn)行放大；下混頻器RMIXER，用于將RF信號線性搬移到中頻信號；頻率合成器FS，用于產(chǎn)生一定頻率范圍的頻率源；上混頻器TMIXER，用于將中頻信號線性搬移到RF信號；以及功率放大器PA，用于將RF信號放大后經(jīng)天線ANT發(fā)射。RF單元主要有以下兩種工作模式：

信號接收模式：信號經(jīng)天線ANT接收后輸入LNA，經(jīng)LNA低噪聲放大后輸入RMIXER進(jìn)行線性頻率搬移，將高頻搬移到中頻，然后提供給ABB。

信號發(fā)射模式：ABB提供的中頻信號輸入TMIXER進(jìn)行線性頻率搬移，從中頻搬移到高頻，然后通過PA進(jìn)行功率放大，以使發(fā)射距離更遠(yuǎn)，最后從ANT發(fā)送出去。

在本實施例中，RF的這兩種工作模式可以是并行的也可以是串行的。也就是說，RF可以同時進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，也可以收的時候不發(fā)，發(fā)的時候不收。

在本實施例中，頻率合成器FS為下混頻器RMIXER和上混頻器TMIXER提供頻率源，從而RMIXER和TMIXER可以相應(yīng)進(jìn)行頻率搬移。FS可以為RMIXER和TMIXER提供一個范圍很寬的頻率，例如從0～100GHz。而且提供給RMIXER和TMIXER的頻率可以是相同的，也可以是不同的，從而可以從ANT發(fā)射頻率動態(tài)變化的RF信號。例如，當(dāng)需要傳輸?shù)木嚯x太遠(yuǎn)、發(fā)射功率很低時，ANT的發(fā)射頻率可降低。相反，當(dāng)傳輸距離近、發(fā)射功率高時，ANT的發(fā)射頻率可以升高。

如圖2和3所示，可重構(gòu)的模擬基帶單元包括：固定增益放大器RAMP，用于以固定的增益對信號進(jìn)行放大；低通濾波器RLPF和TLPF，用于對接收到的信號進(jìn)行低通濾波；低通濾波器RLPF和TLPF帶寬可重構(gòu)；可變增益放大器RVGA和TVGA，用于以可變增益對信號進(jìn)行放大；模數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC，用于以可調(diào)的采樣速率將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC，用于以可調(diào)的采樣速率將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。

在本實施例中，低通濾波器RLPF和TLPF的帶寬是可以重構(gòu)的，例如在0～100M范圍了可動態(tài)重構(gòu)?？勺冊鲆娣糯笃鞯脑鲆嬉彩强芍貥?gòu)的，可以根據(jù)實際需要動態(tài)配置成不同的增益。在本實施例中，重構(gòu)的方法可使用參數(shù)化的方法，例如對于可變增益放大器來說，可提供最大的增益，然后從零到最大增益的變化可改變所選擇的MOS管的個數(shù)來實現(xiàn)。具體的重構(gòu)方法有很多種，在本文中并不一一累述。

同樣，ABB單元也具有兩種工作模式：

接收中頻IFR信號模式：如圖2和3所示，該模式包括固定增益放大器RAMP、低通濾波器RLPF、可變增益放大器RVGA和模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。其主要作用就是對接收到的中頻信號進(jìn)行濾波和放大處理，從而為ADC提供符合要求的模擬輸入信號，經(jīng)ADC采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換后形成數(shù)字信號輸入至數(shù)字基帶DBB。

發(fā)射中頻IFT信號模式：如圖2和3所示，該模式包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC、低通濾波器TLPF、可變增益放大器TVGA。其主要作用就是對數(shù)字信號進(jìn)行采樣和數(shù)模轉(zhuǎn)換后形成模擬信號輸入至TLPF，經(jīng)TLPF濾波后輸入TVGA進(jìn)行放大，最后輸出至TMIX。

如圖2所示，基帶處理器進(jìn)行DBB、MAC層和IP層的相關(guān)邏輯處理。這些將在下面的實施例中進(jìn)行更詳細(xì)的介紹。

實施例2

如圖3和4所示，數(shù)字基帶DBB單元包括：快速傅里葉逆變換IFFT模塊202，用于提供可變點數(shù)的頻域到時域的變換；快速傅里葉變換FFT模塊204，用于提供可變點數(shù)的時域到頻域的變換；矢量映射調(diào)制解調(diào)模塊206，用于提供基于矢量的調(diào)制解調(diào)方式，從而兼容多種調(diào)制解調(diào)方式；編解碼模塊208，用于提供多種編解碼方式。

在本實施例中，F(xiàn)FT和IFFT模塊采用可變點數(shù)，從而解決了不同OFDM系統(tǒng)下子載波數(shù)不一致的問題。也就是說，本申請中將FFT和IFFT的點數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，然后提供一個最大的可用點數(shù)，在具體實現(xiàn)中，用戶可以在最大點數(shù)范圍內(nèi)選擇所需要的點數(shù)進(jìn)行變換。

矢量映射調(diào)制解調(diào)模塊206提供基于矢量的調(diào)制解調(diào)方法。所謂適量映射是指將星座圖中的點以矢量的方式與符號進(jìn)行映射。在實際實施中，根據(jù)實際使用需求限制矢量的最大數(shù)量，通過選擇不同的矢量數(shù)量和矢量來構(gòu)成不同的調(diào)制解調(diào)方式。比如，可限制矢量的最大矢量為1024，而實際使用可以自由選擇所需的矢量為128、256、512或1024個，矢量為圓上的點，矩形平面上的點、直線上的點等等。還可以選擇任意個不同的矢量形成自定義的調(diào)制方式。從而，通過動態(tài)配置可實現(xiàn)幾乎所有的調(diào)制解調(diào)方式以及自定義的調(diào)制解調(diào)方式，如調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅調(diào)相等。還提供了時分(Time Division)與統(tǒng)計時分(Statistics Time Division)比例自適應(yīng)機制，通過自適應(yīng)控制每個周期(T)內(nèi)時分(TD)與統(tǒng)計時分(STD)的時間比例，解決了時分與統(tǒng)計時分信道訪問機制無法兼容的難題，是IP網(wǎng)絡(luò)兼容實時網(wǎng)絡(luò)和非實時網(wǎng)絡(luò)的基石。

編解碼模塊208可采用多種編碼和解碼方式進(jìn)行編碼和解碼操作。編解碼方式包括：卷積碼、Turbo coding和低密度奇偶校驗碼(LDPC)。

圖3示出的是基帶處理器的結(jié)構(gòu)示意圖。基帶處理器通過主從SPI(0)接口對圖2所示的RF芯片內(nèi)部寄存器進(jìn)行靈活配置，以實現(xiàn)靈活地對射頻頻率、頻帶和收發(fā)鏈路功率進(jìn)行控制，具體包括控制RLNA、RVGA等。具體應(yīng)用，可以通過SPI接口和用戶可空中編程對相關(guān)寄存器進(jìn)行控制，來優(yōu)化實際應(yīng)用系統(tǒng)。

基帶處理器采用專用MCU，完全解除應(yīng)用微控制器的無線通信協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議處理負(fù)擔(dān)；具體可實現(xiàn)基帶、媒介訪問控制(MAC)、驅(qū)動器(Driver)，TCP/IP協(xié)議棧等各個層次的功能。例如：具體可實現(xiàn)802.11g標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的基帶、媒介訪問控制(MAC)、Wi-Fi驅(qū)動器等。

圖2中的RF收發(fā)器與圖3的基帶處理器一起構(gòu)成一個完整的集成芯片或應(yīng)用終端設(shè)備。RF收發(fā)器的內(nèi)部處理器和外部終端設(shè)備之間通過硬件SDIO接口和軟件Driver來實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)層次的數(shù)據(jù)傳輸。整個芯片可以工作在終端模式和中繼轉(zhuǎn)發(fā)模式。整個芯片可以獨立成系統(tǒng)，作為整個網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)模式工作；整個芯片也可以與外部的終端設(shè)備通過SDIO接口通信，實現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)發(fā)，由外部終端設(shè)備實現(xiàn)具體的應(yīng)用。

實施例3

如圖5A～5E所示，附圖示出了本發(fā)明IP over RF網(wǎng)絡(luò)制式在的各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實例。圖5A示出了本發(fā)明IP over RF網(wǎng)絡(luò)制式進(jìn)行D2D通信、P2P通信或M2M通信的數(shù)據(jù)收發(fā)示意圖。數(shù)據(jù)可以從一個設(shè)備直接傳送到另一個設(shè)備。

圖5B示出了本發(fā)明的IP over RF網(wǎng)絡(luò)制式進(jìn)行無線信號放大的示意圖。當(dāng)兩個通信目標(biāo)MA(A)和MA(C)由于各種原因(如距離太遠(yuǎn)、有障礙物阻擋、發(fā)射功率太小等)無法直接通信時，可以通過中間設(shè)備MS(B)進(jìn)行無線信號放大，此時無線信號只經(jīng)過MS(B)的天線進(jìn)行放大，即時將接收到的無線信號放大后發(fā)送出去。

圖5C示出了本發(fā)明的IP over RF網(wǎng)絡(luò)制式進(jìn)行橋接的示意圖。當(dāng)兩個通信目標(biāo)MA(A)和MA(C)由于各種原因無法直接通信時，可以通過中間設(shè)備MS(B)進(jìn)行橋接，此時無線信號經(jīng)過MS(B)的數(shù)字基帶進(jìn)行處理，然后發(fā)送給MS(C)。

圖5D示出了本發(fā)明的IP over RF網(wǎng)絡(luò)制式進(jìn)行幀中繼/包轉(zhuǎn)發(fā)的示意圖。當(dāng)兩個通信目標(biāo)MA(A)和MA(C)由于各種原因無法直接通信時，可以通過中間設(shè)備MS(B)進(jìn)行幀中繼/包轉(zhuǎn)發(fā)，此時無線信號經(jīng)過MS(B)的MAC層進(jìn)行處理，然后將接收到的幀/包發(fā)送給MS(C)。

圖5E示出了本發(fā)明的IP over RF網(wǎng)絡(luò)制式進(jìn)行路由的示意圖。當(dāng)兩個通信目標(biāo)MA(A)和MA(C)由于各種原因(無法直接通信時，可以通過中間設(shè)備MS(B)進(jìn)行無線信號放大，此時無線信號經(jīng)過MS(B)的IP層進(jìn)行處理，然后將接收到的IP包轉(zhuǎn)發(fā)給MS(C)。

本發(fā)明的IP over RF網(wǎng)絡(luò)制式的上述網(wǎng)絡(luò)功能還可廣泛應(yīng)用于泛在網(wǎng)絡(luò)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)和物聯(lián)網(wǎng)等。

以上所揭露的僅為本發(fā)明一種較佳實施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例的全部或部分流程，并依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬于發(fā)明所涵蓋的范圍。