CN101552679A - 用户前端设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用户前端设备，包括：中央处理模块；第一基带和射频模块，用于进行第一信号的收发及处理；第二基带和射频模块，用于进行第二信号的收发及处理；其中，第一基带和射频模块和第二基带和射频模块均连接至中央处理模块。通过本发明，实现了WiFi接入的高带宽和灵活性，并且降低了成本。

Description

用户前端设备

技术领域

本发明涉及通信领域中的宽带无线接入技术，具体地，涉及一种用户前端设备(Customer Premises Equipment，以下简称CPE)。

背景技术

WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access，微波存取全球互通)是针对微波和毫米波频段提出的一种支持移动特性的新的空中接口标准，同时也是IEEE802标准中针对城域范围内提供数据业务的一种标准，其融合了无线、宽带、和移动三大特点，可作为线缆和DSL(Digital Subscriber Line，数字用户线)的无线扩展技术，用于将802.11无线接入热点连接到互联网，也可将公司与家庭等环境连接至有线骨干线路，从而实现“最后一公里”的无线宽带接入。

WiMAX主要有802.16d和802.16e两个版本，其中，802.16d版本针对固定网络业务，802.16e版本针对移动通信业务。WiMAX的关键技术包括：

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)/OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交频分多址)：是一种高速传输技术，具有频谱效率高、带宽扩展性强、抗多径衰落、频谱资源灵活分配和易实现MIMO(MultipleInput Multiple Output，多输入多输出)技术等优点，是未来无线宽带接入系统/下一代蜂窝移动系统的关键技术之一，3GPP(3rdGeneration partnership project，第三代移动通讯伙伴计划)已将OFDM技术作为其LTE(Long Term Evolution，长期演进)研究的主要候选技术。

MIMO：MIMO技术可以在不消耗额外空口资源(时间、频率)的基础上，显著提高系统的容量和频谱利用率，从而大大提升系统的性能。

HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request，混合自动重传请求)：HARQ技术可大大提高频谱效率，从而显著提高系统吞吐量，同时重传可以带来合并增益，间接扩大了系统的覆盖范围。

AMC(Adaptive Modulation and Coding，自适应调制编码)：AMC技术需要根据信道条件采用最适合的调制方法和编码速率。由于WiMAX物理层采用的是OFDM技术，所以时延扩展、多普勒频移、PAPR值、小区的干扰等对于OFDM解调性能有重要影响的信道因素必须被考虑到AMC算法中，用于调整系统编码调制方式，达到系统瞬时最优性能。

QoS(Quality of Service，服务质量)机制：在WiMAX标准中，MAC层定义了较为完整的QoS机制。MAC层针对每个连接可以分别设置不同的QoS参数，包括速率、延时等指标。

WiFi(Wireless Fidelity，无线高保真)作为802.11无线局域网络WLAN(Wireless LAN)的代名词，是一种基于802.11a、802.11b、802.11g及802.11n标准的无线局域网络技术，可以使得用户在短距离(100米)内实现无线接入和共享网络资源，更好地免除布线的麻烦。Wi-Fi的技术规格由IEEE 802.11工作组提出，经Wi-Fi联盟认证后，可以实现各无线产品的互通。WiFi工作于2.4GHz和5GHz的工业科学和医疗ISM(IP multimedia subsystem，IP多媒体子系统)免许可频段，定位于企业、家庭的高速无线接入应用，具有成本低、终端便携、宽带和移动等特点，但其缺点是覆盖范围有限。

随着WiMAX技术的发展，出现了WiMAX+WiFi的组合应用，在WiFi接入点(Access Point，简称为AP)上集成WiMAX设备，将WLAN网络宽带接入到互联网，实现“上行WiMAX接入和下行WiFi覆盖”的典型应用场景。接入服务运营商可通过WiMAX+WiFiAP的组合应用，快速灵活地为中小企业和家庭提供宽带接入服务，并提供VoIP(Voice over IP，IP电话)互联网话音业务，即所谓的SOHO(Small Office Home Office)应用。传统的WiFi宽带接入互联网方式一般采用xDSL技术或光纤或同轴电缆等固线技术。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：通过xDSL技术或光纤或同轴电缆等固线技术实现WiFi宽带接入时，WiFi网络固线工程施工的成本较高，其应用不灵活。

发明内容

考虑到相关技术中存在的WiFi宽带接入互联网方式由于采用xDSL技术或光纤或同轴电缆等固线技术，因此受到固线工程施工的高额成本的限制，并且不够灵活问题而提出本发明，为此，本发明旨在提供一种用户前端设备，以解决上述问题。

在本发明的实施例中，提供了一种用户前端设备，包括中央处理模块、接口模块、外围模块，并且还包括：第一基带和射频模块，用于进行第一信号的收发及处理；第二基带和射频模块，用于进行第二信号的收发及处理；其中，第一基带和射频模块和第二基带和射频模块均连接至中央处理模块。

优选地，第一基带和射频模块进一步包括第一基带处理子系统和第一射频处理子系统，第二基带和射频模块包括第二基带处理子系统和第二射频处理子系统，并且第一基带处理子系统和第二基带处理子系统采用正交频分复用调制模式。

优选地，外围模块包括时钟产生电路和电源管理子模块，其中，时钟产生电路用于产生时钟，电源管理子模块用于为第一基带和射频模块供电。

优选地，接口模块用于提供接口以及按键和/或指示灯，其中，接口模块通过MII接口直接与中央处理模块连接，或者，经由交换模块与中央处理模块连接。

优选地，第一基带和射频模块为WiMAX基带和射频模块，第二基带和射频模块为WiFi接入点基带和射频模块，第一信号为WiMAX信号，第二信号为WiFi信号。

优选地，WiMAX基带和射频模块通过以下接口之一与中央处理模块连接：PCI-Express接口，USB接口，SDIO接口；WiFi接入点基带和射频模块通过MiniPCI-Express接口与中央处理模块连接。

优选地，中央处理模块内部集成有数字信号处理器。

优选地，中央处理模块包括：BSP及驱动子系统，用于完成硬件上电的初始化以及软件环境和硬件驱动的配置；操作系统支撑子系统，位于BSP及驱动子系统的上层，用于为上层应用提供平台和统一的操作接口；操作维护子系统，位于操作系统支撑子系统的上层，用于实现用户前端设备的维护；网络子系统，位于操作系统支撑子系统的上层，用于进行数据转发；语音子系统，位于操作系统支撑子系统的上层，用于实现呼叫控制功能；安全子系统，位于操作系统支撑子系统的上层，用于为用户前端设备提供安全服务；服务质量子系统，位于操作系统支撑子系统的上层，用于对应用提供QoS保证，以及进行资源的规划及控制；网管子系统，位于网络子系统、语音子系统、安全子系统、以及服务质量子系统的上层，用于对外提供标准的网管接口以实现用户前端设备的管理。

通过本发明，由于采用了第一基带和射频模块和第二基带和射频模块，提供了一种基于3G和WiFi AP的用户前端设备，实现了WiMAX和WiFi的组合应用，克服了目前WiFi宽带接入方式固线工程施工成本高和应用不灵活的问题，进而实现了WiFi接入的高带宽、灵活性和低成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了用于实施本发明实施例的CPE的网络环境示意图；

图2示出了根据本发明实施例的CPE的方框图；

图3示出了根据本发明实施例的SOHO CPE硬件模块的示意图；

图4示出了根据本发明实施例的SOHO CPE软件系统模块的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

图1示出了根据本发明实施例的CPE的应用场景的示意图。在图1中，CPE设备处于基站和用户终端之间，向上通过WiMAX接入到Internet网络，向下通过WiFi信号无线覆盖办公区域/家庭的终端设备，也可以通过有线方式接入PC和普通话机。用户终端包括笔记本、台式PC机和WiFi手机及普通固定电话等。通过SOHO CPE设备，可以快速灵活地为中小企业和家庭提供宽带数据接入服务，并可以提供VoIP互联网话音业务，极大地降低了网络建设成本。

图2示出了根据本发明实施例的用户前端设备(CPE)的方框图，如图2所示，该用户前端设备包括：

中央处理模块10；

第一基带和射频模块20，用于进行第一信号的收发及处理；

第二基带和射频模块30，用于进行第二信号的收发及处理；

其中，第一基带和射频模块和第二基带和射频模块均连接至中央处理模块。此外，根据本发明实施例的用户前端设备还包括接口模块和外围模块(图2中未示出)。

上述实施例同时采用了第一基带和射频模块和第二基带和射频模块，实现了一种基于3G和WiFi AP的用户前端设备。

优选地，第一基带和射频模块进一步包括第一基带处理子系统和第一射频处理子系统(图中未示出)，第二基带和射频模块包括第二基带处理子系统和第二射频处理子系统(图中未示出)，并且第一基带处理子系统和第二基带处理子系统采用OFDM模式。

其中，第一基带和射频模块可以用于处理诸如TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA、HSDPA、HSUPA、3G-LTE、WiMAX等的3G网络信号，第二基带和射频模块可以用于处理WiFi信号。

优选地，第一基带和射频模块为WiMAX基带和射频模块，第二基带和射频模块为WiFi AP基带和射频模块。基于此，以下将以基于WiMAX和WiFi的用户前端设备为例进行说明。

图3示出了根据本发明实施例的基于WiMAX和WiFi的用户前端设备的结构示意图。

如图3所示，优选地，该CPE包括：WiMAX模块301(即，上述的WiMAX基带和射频模块)，WiMAX模块301、WiFi AP模块302(即，上述的WiFi AP基带和射频模块)、中央处理模块303、交换模块304、接口模块305和外围模块306。

其中，中央处理模块303是一个高性能网络处理器，负责处理上层应用及各种协议，其提供强大的网络数据包转发功能和丰富的接口，同时内部可以集成一个语音DSP(Digital Signal Processor)，支持多路VoIP功能。

优选地，WiMAX模块301通过A接口与中央处理模块连接，负责处理WiMAX的基带和射频部分，其中，A接口可以是PCI-Express接口，USB接口，SDIO接口等；WiMAX模块301支持IEEE802.16e协议，主要完成WiMAX的信号收发和信号处理，如上所述，该模块通常分为基带处理子系统和射频处理子系统，其中，基带部分采用高性能的OFDM调制模式，支持OFDMA PHY和MAC分配，并对于这些PHY提供独立的固件/软件。WiMAX模块的信道带宽和数据速率都是可编程控制的，支持宽范围的应用和调整。

WiFi AP模块302通过B接口中央处理模块连接，负责处理WiFi AP的基带和射频部，其中，B接口可以是MiniPCI-Express接口。WiFi AP模块302支持IEEE802.11b/g/n协议，主要完成WiFi的信号收发、信号处理和用户安全认证，如上所述，与WiMAX模块301类似，该模块通常分为基带处理子系统和射频处理子系统。

接口模块305负责提供RJ45以太网接口、RJ11电话接口、串口、电源接口及各类指示灯和按键，并可以通过D接口(MII接口)直接与中央处理模块连接，或者，在存在交换模块的情况下，经由交换模块与中央处理模块连接(如图3所示)。

交换模块304负责数据包的转发和MII接口的扩展，由交换芯片实现，其通过C接口(MII接口)与中央处理模块连接；其中，在中央处理模块网络处理能力足够并且物理可实现的条件下，可以将中央处理模块与交换模块304合并；

外围模块306包括时钟产生电路和电源管理子模块。时钟产生部分用来产生系统时钟，CPU时钟，AHB总线、存储器接口和OMU时钟和一个可初始化的外部时钟，作为以太网PHY或MII-PCI桥芯片的时钟参考，电源管理子模块采用电源适配器输出的DC电源，并通过DC-DC电源变换电路给WiMAX模块供电。

图4示出了根据本发明实施例的SOHO CPE的软件系统模块的示意图。该软件系统模块运行于中央处理模块上，为用户提供数据和话音服务，为运营商提供运营维护和网络管理。如图4所示，其优选地包括八个独立运作的子系统：BSP及驱动子系统401、操作系统支撑子系统402、操作维护子系统403、网络子系统404、语音子系统405、安全子系统406、QoS子系统407和网管子系统408。

以下结合附图来进一步详细描述上述的各个子系统。

(1)BSP及驱动子系统401

位于软件系统的最底层，是对硬件设备的直接接口。BSP完成所有跟CPU内核相关的初始化、软件环境配置以及必要的硬件驱动。具体地，BSP完成硬件上电的初始化，提供基本的驱动程序，提供硬件相关或硬件无关的操作系统所需的软件模块。BSP模块对硬件的初试化应使硬件工作在最优状态，根据具体硬件的实际情况，在保证可靠性的前提下，使硬件的处理能力最佳。

(2)操作系统支撑子系统402

操作系统支撑子系统402在BSP的上层，对上层应用提供了统一的运行库和运行环境，即，为上层应用提供平台和统一的操作接口，使上层应用不必关心下层硬件平台的具体构造和结构。其核心是Linux操作系统的内核，实现进程调度，进程间通讯，内存管理，文件管理，TCP/IP基础网络协议栈等基本功能，在其上封装了虚拟的OS子层，对上层应用以API的形式提供函数调用库，直接利用LINUX操作系统标准的POSIX接口，分为：进程控制、文件系统控制、系统控制、内存管理、网络管理、用户管理、进程间通信等。

(3)操作维护子系统403

操作维护子系统403为整个系统提供操作维护功能，实现设备的维护，包括版本管理、性能统计、诊断测试和系统日志等。

(4)网络子系统404

网络子系统404是SOHO CPE设备的基本功能。简单地说，网络子系统404是一个用于进行数据转发的路由器，为网关内部用户提供Internet宽带接入共享功能，并架设防火墙保护内部网络。另外，网络子系统还提供FTP、HTTP、DNS、DHCP、NAT、WiMAX/WiFi连接管理等基本服务功能。

(5)语音子系统405

语音子系统405用于实现呼叫控制功能，具体地，分为基本呼叫控制层(Basic Call Controller，简称为BCC)和多方业务控制层(Multi-Party Call Controller，简称为MPCC)。基本呼叫控制层的功能是完成基本的呼叫控制功能，即完成从发起方到接收方点到点的呼叫，并完成仅在呼叫发起方和呼叫接收方两方之间实现的简单补充业务，例如立即热线，缩位拨号，闹钟等补充业务。多方业务层的功能是在呼叫控制的基础上完成各种涉及多方的补充呼叫业务的叠加。通过设置在基本呼叫控制层中的触发点(Trigger Point)/检测点(Detection Point)机制来触发多方业务层的业务控制逻辑和呼叫控制权的转移。其中，信令模块采用SIP协议，VoIP媒体模块主要为语音流的传输提供必要的支持，主要涉及到相关的网络传输协议和控制协议，其中包括多媒体传输协议，以及一些实时流式传输协议等。

(6)安全子系统406

安全子系统406为CPE提供保密性、认证、数据完整性、访问控制、不可否认性、可用性等安全服务，实现的基本原理和流程基于认证、访问控制、数据加密、加密隧道、完整性校验、代理/转换、网管安全、安全管理工具、审计和追踪以及特定的有线和无线安全技术手段，防止信息窃听、会话劫持、地址仿冒以及DoS攻击等安全成胁，使得CPE设备以及使用CPE的用户免受信息泄漏、完整性破坏、业务拒绝和非法使用。

(7)QoS子系统

QoS子系统407和最终用户的应用体验有直接关系，在系统中非常关键。QoS的实现需要在系统中(甚至系统外部网络环境)统一考虑，涉及从上到下几乎所有的层次；QoS技术本身并不创造服务质量，而是一种取舍、规划，对上提供针对各应用的不同QoS保证，对下统一进行资源(带宽、业务处理优先级等)规划、控制。

QoS子系统在内部网络中提供相对的QoS，在WAN接口提供RQoS或者配合外部网络实现WAN接口的有保证的QoS，实现LAN侧接口和WAN侧接口QoS之间映射，同时提供灵活的QoS控制策略，支持尽力而为、区别优先级的相对QoS、参数限定QoS、临界QoS等4个层次的QoS控制。

(8)网管子系统408

对于CPE产品而言，其作为运营商网络体系中的一部分而存在，所以设备的可运维、可管理应该得到很重要的体现。网管子系统308通过对外提供标准的网管接口实现设备的管理。具体地，网管子系统提供管理媒介接受用户的输入，转化用户的输入为系统内部指令，分发到系统内核程序和应用程序的各个模块，完成用户需求的数据配置，系统控制，配置显示，动态信息显示等功能。408网管子系统主要由管理媒介(WEB和OMA)、操作维护(Operationand Maintenance，简称为OAM)和数据库(DB)组成。

其中，上述的网络子系统404，语音子系统405，安全子系统406和QoS子系统407还为网管子系统408和操作维护子系统403提供支持和服务。

通过以上描述可以看出，与现有技术相比较，本发明提供的技术方案具有如下优点：

(1)组网灵活，由于无线接入具有先天的灵活组网的特点，因此，本发明实施例所提出的基于WiMAX和WiFi技术的用户前端设备相比于传统的有线接入方式更具有组网灵活简便的优势。

(2)成本低，相比于传统有线技术，本发明实施例提供的技术方案节省了穿墙打洞、挖沟埋缆等的工程成本，建网成本低、速度快，便于运营商开展运营。由于产业链的不断成熟，终端设备的成本也在用户可承受的范围内。

(3)宽带接入，WiMAX可以达到静止条件下的75Mbps和移动条件下的30Mbps的吞吐速率，WiFi的802.11n技术更是理论上可以支持330Mbit/s的传输速度，因此，本发明实施例提供的技术方案可以实现宽带接入。

如上所述，本发明提供的方法和技术具有较大的通用性，根据本发明实施例的用户前端设备所使用的宽带技术包括但不限于WiMAX技术，其它基于3G+WiFi AP技术的用户前端设备也可以使用和借鉴本发明的设计思想，其中3G技术包括但不限于TD-SCDMA、CDMA3000、WCDMA、HSDPA、HSUPA、3G-LTE等。

另外需要说明的是，对于本领域普通技术人员而言，可以理解俄，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在诸如硬盘、磁盘、光盘等的存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用户前端设备，基于3G和无线高保真接入点技术，包括中央处理模块、与中央处理模块连接的接口模块、外围模块，其特征在于，还包括：

第一基带和射频模块，用于进行第一信号的收发及处理；

第二基带和射频模块，用于进行第二信号的收发及处理；

其中，所述第一基带和射频模块和所述第二基带和射频模块均连接至所述中央处理模块。

2.根据权利要求1所述的用户前端设备，其特征在于，所述第一基带和射频模块进一步包括第一基带处理子系统和第一射频处理子系统，所述第二基带和射频模块包括第二基带处理子系统和第二射频处理子系统，并且所述第一基带处理子系统和所述第二基带处理子系统采用正交频分复用调制模式。

3.根据权利要求1所述的用户前端设备，其特征在于，

所述外围模块包括时钟产生电路和电源管理子模块，其中，所述时钟产生电路用于产生时钟，所述电源管理子模块用于为所述第一基带和射频模块供电。

4.根据权利要求1所述的用户前端设备，其特征在于，

所述接口模块用于提供接口以及按键和/或指示灯，其中，所述接口模块通过MII接口直接与所述中央处理模块连接，或者，经由交换模块与所述中央处理模块连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用户前端设备，其特征在于，所述第一基带和射频模块为WiMAX基带和射频模块，所述第二基带和射频模块为WiFi接入点基带和射频模块，所述第一信号为WiMAX信号，所述第二信号为WiFi信号。

6.根据权利要求5所述的用户前端设备，其特征在于，所述WiMAX基带和射频模块通过以下接口之一与所述中央处理模块连接：PCI-Express接口、USB接口、SDIO接口；所述WiFi接入点基带和射频模块通过MiniPCI-Express接口与所述中央处理模块连接。

7.根据权利要求1所述的用户前端设备，其特征在于，所述中央处理模块内部集成有数字信号处理器。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的用户前端设备，其特征在于，所述中央处理模块包括：

BSP及驱动子系统，用于完成硬件上电的初始化以及软件环境和硬件驱动的配置；

操作系统支撑子系统，位于所述BSP及驱动子系统的上层，用于为上层应用提供平台和统一的操作接口；

操作维护子系统，位于所述操作系统支撑子系统的上层，用于实现所述用户前端设备的维护；

网络子系统，位于所述操作系统支撑子系统的上层，用于进行数据转发；

语音子系统，位于所述操作系统支撑子系统的上层，用于实现呼叫控制功能；

安全子系统，位于所述操作系统支撑子系统的上层，用于为所述用户前端设备提供安全服务；

服务质量子系统，位于所述操作系统支撑子系统的上层，用于对应用提供QoS保证，以及进行资源的规划及控制；

网管子系统，位于所述网络子系统、所述语音子系统、所述安全子系统、以及所述服务质量子系统的上层，用于对外提供标准的网管接口以实现所述用户前端设备的管理。

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