CN102447666B - 无线以太网调制解调器及物理层信号传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线以太网调制解调器及物理层信号传输方法，旨在提供一种千兆无线以太网调制解调器及物理层信号传输方法。它包括依次连接的天线、射频器件和MCU数字控制器，所述MCU数字控制器包括数字信号处理器，所述天线包括4个发射天线和6个接收天线。发射端采用4个天线，接收端采用6个天线，形成MIMO系统结构的天线阵，这样的设计不但能使频谱利用率得到4倍的提高，而且接收机可以有效的抗多径干扰，使得本发明能够很好的工作在无线不可视状态。本发明传输速率高，安装联网方便，适用于千兆无线以太网络。

Description

无线以太网调制解调器及物理层信号传输方法

技术领域

本发明涉及一种无线网络设备及方法，尤其是涉及一种千兆无线以太网调制解调器及物理层信号传输方法。

背景技术

经济在高速发展，信息在迅猛膨胀。随着多媒体应用的日益增加、IP视频与语音传输需求的激增，对网络的带宽提出了新的挑战。局域以太网从10M开始发展，经历几多的变迁，风风雨雨二十多年，发展到今天风靡一时的千兆以太网。千兆以太网以高效、高速、高性能而著称，已经广泛应用在金融、商业、教育、政府机关及厂矿企业等各行各业。 

目前现有的以太网都是由有线以太网线构成的，这样的有线以太网适用于大多数的固定网络。与有线以太网相对应的是无线以太网。无线以太网的网络终端都是由无线调制解调器无线链接的，它们有着组网灵活、不受环境制约等优点，特别适合于应急组网、大型机构网络备份、市中心不同高楼间组网、偏僻山区乡村组网等等。

近几年来，云计算在我国乃至世界各地，可谓风生水起，热闹非凡。就我国而言，云计算从概念到落地，实际只能从2010年算起，在此之前只能堪称是云计算的市场引入阶段。根据计世咨询的数据认为，2009年，我们云计算市场规模达到403.5亿元，较2008年同比增长28.0%，其中SaaS占云计算市场规模的87.8%，354.2亿元；PaaS、IaaS分别占到其中的11.8%和0.4%，分别为47.6亿元、1.7亿元。而且，经过市场引入、普及，到2009年云计算模式已经被64.7%的行业用户所认可。云计算模式就需要大量的数据传输来实现本地与云端的通信，综合考虑到设备的灵活性、安装的便捷性和传输速率的要求，高速无线调制解调器将是不二之选。

无线调制解调器的传输速率是限制千兆以太网发展的主要瓶颈。一方面千兆以太网要求至少1.0Gbps的物理层传输速度，另一方面由于无线带宽的限制和调制解调数字信号处理难度的制约，超高速无线调制解调器的实现非常困难。目前全球还没有一款能满足无线千兆以太网要求的调制解调器，最快的无线以太调制解调器是AIRAYA公司的WirelessGRID-300，它的传输速度是300Mbps,但是它要求收发双方可视，这就极大的限制了它的应用。Netgear以及其它公司有着不要求无线可视条件的调制解调器，但是它们的传输速率一般都在54Mbps。无论是300Mbp还是54Mbps,它们都远远不能满足千兆以太网所要求的1.0Gbps的传输速度要求。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的无线调制解调器传输速率较慢，难以适用于千兆以太网需求的技术问题，提供一种具有高传输速率、可以适用于千兆以太网的无线以太网调制解调器及其物理层的信号传输方法。

本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种无线以太网调制解调器，包括依次连接的天线、射频器件和MCU数字控制器，所述MCU数字控制器包括数字信号处理器，所述天线包括4个发射天线和6个接收天线。发射端采用4个天线，接收端采用6个天线，形成MIMO（Multiple-Input Multiple-Out-put，多入多出）系统结构的天线阵，这样的设计不但能使频谱利用率得到4倍的提高，而且接收机可以有效的抗多径干扰，使得本发明能够很好的工作在无线不可视状态。

一种如权利要求1所述的无线以太网调制解调器的物理层信号传输方法，包括以下步骤：

步骤a、决定调制方式：发射端的调制解调器接收到输入信号后，通过在信令域上对特征码进行定义，从而确定是哪一种调制方式以及是否需要波束成形；

步骤b、串行转并行：将一路串行信号A转换成相应的四路并行信号A1、A2、A3和A4；

步骤c、对并行信号进行加密处理：加密过程中，四路并行信号A1、A2、A3、A4、中只对A1一路进行加密，得到四路并行信号A1’、A2、A3、A4；单路加密可以大幅缩短加密时间，降低加密难度，提高传输速率；

步骤d、RS编码、数模转换及调制：对四路并行信号A1’、A2、A3、A4进行RS编码、数模转换和调制，做好发射准备；

步骤e、MIMO发射：将并行的四路信号以MIMO的方式发射；

步骤f、MIMO接收：接收端的接收调制端发出的4路信号；

步骤g、解调、模数转换及RS解码：根据调制方式，确定相应的解调方式进行解调，并完成模数转换、纠错解码；

步骤h、并行转串行：将四路分别接收到的并行信号A1’、A2、A3、A4转换为加密过的串行信号A’，经过解密，输出信号。

作为优选，传输的信号帧包括如下部分：（1）前导域：前导域由21个相同的短训练域组成，短训练域由256个弗兰克序列构成； 

（2）长训练域：一个长训练域包含着两个分长训练域，每个分长训练域包含着4个已知的OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）训练符号；

（3）信令域：每个信令域容量为2048比特和600个间隔符号，有效使用的有1740比特，其中含4比特调制状态判断；10比特OFDM信号长度判断用来支持突发通信模式，代表最大可有1024个OFDM符号；剩余的1726比特代表信道传输函数；

（4）数据域：每个数据域包含2048个OFDM载频和600个间隔符号。

本发明带来的实质性效果是，传输速率高，本发明的额定传输速率为1.25bps，完全能够满足千兆以太网的速率要求；安装联网方便，可以实现距离较远和难以布线等情况下的以太网构建。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图中：1、MCU数字控制器，2、数字信号处理器，3、射频器件，4、天线。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种无线以太网调制解调器，如图1所示，包括依次连接的天线、射频器件和MCU数字控制器，MCU数字控制器包括数字信号处理器，天线包括4个发射天线和6个接收天线。

天线采用MIMO系统结构的天线阵，这样的设计不但能使频谱利用率得到4倍的提高，而且接收机可以有效的抗多径干扰，使得本实施例能够很好的工作在无线不可视状态

数字信号处理器采用高速FPGA，能够对MINO进行矩阵运算，对COFMD信号进行调制解调和编码解码处理。

MCU数字控制器控制所有信号的收发和整个调制解调器的管理。

本实施例的物理层信号传输方法，包括以下步骤：

步骤a、决定调制方式：发射端的调制解调器接收到输入信号后，通过在信令域上对特征码进行定义，从而确定是哪一种调制方式以及是否需要波束成形；

步骤b、串行转并行：将一路串行信号A转换成相应的四路并行信号A1、A2、A3和A4；

步骤c、对并行信号进行加密处理：在加密过程中，4路并行信号A1、A2、A3、A4、中只对A1一路进行加密，从而大幅度缩短了加密时间和难度，但是当在解调端将并行信号转为串行信号A’的时候（步骤h），以上任何一路的错误，都会导致整个串行信号A’的错误，从而并不会降低信号的安全性；

步骤d、RS编码、数模转换及调制：对四路并行信号A1’、A2、A3、A4进行RS编码、数模转换和调制，做好发射准备；

步骤e、MIMO发射：将并行的四路信号以MIMO的方式发射；

步骤f、MIMO接收：接收端的接收调制端发出的4路信号；

步骤g、解调、模数转换及RS解码：根据调制方式，确定相应的解调方式进行解调，并完成模数转换、纠错解码；

步骤h、并行转串行：将四路分别接收到的并行信号A1’、A2、A3、A4转换为加密过的串行信号A’，经过解密，输出信号。

传输的信号帧包括如下部分：（1）前导域：前导域由21个相同的短训练域组成，短训练域由256个弗兰克序列构成，前导域可以被接收机用来进行自动增益控制、信号检测和频率同步； 

（2）长训练域：一个长训练域包含着两个分长训练域，每个分长训练域包含着4个已知的OFDM训练符号，长训练域是用来做信道估计的；

（3）信令域：每个信令域容量为2048比特和600个间隔符号，有效使用的有1740比特，其中含4比特调制状态判断，比如BPSK、QPSK、16QAM、64QAM，有无“波束成形”等；10比特OFDM信号长度判断用来支持突发通信模式，代表最大可有1024个OFDM符号；剩余的1726比特代表信道传输函数；

（4）数据域：每个数据域包含2048个OFDM载频和600个间隔符号。

两帧信号之间插入空格域，每个空格域上含有1200个空格。

数据域的处理程序如下：

1、串联到并联

每个MIMO OFDM符号包含着34080串联比特。它们首先被转换成4路8520并联比特。 

2、RS编码

针对不同的调制方式进行不同的RS调制。

3、载波调制

每路总共有1740个数据载波。

4、快速傅立叶逆变换 （IFFT) 

本调制解调器的带宽为80MHz, 在这个带宽上面有2048个载波，其中1740为数据载波，12个为导频载波，其余296个为零载波。当2048个载波形成后，频域信号通过IFFT转换成时域信号。 

5、循环延迟

四路信号分别循环延迟（0， D,  2D, 3D),其中D=2250纳秒。

系统是突发模式结构通信，可以支持不同长度的BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM和“波束成形”等。对于不同调制方式和信息长度的判别，以及对于“波束成形”的判断都是在信令域上完成的。4比特的调制状态判断，可以表示16种不同状态，完全能够覆盖以上4种调制方式与“波束成形”的组合。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了天线、数据域等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (2)

1.一种无线以太网调制解调器的物理层信号传输方法，所述的无线以太网调制解调器，包括依次连接的天线、射频器件和MCU数字控制器，所述MCU数字控制器包括数字信号处理器，所述天线包括4个发射天线和6个接收天线，其特征在于包括以下步骤：

步骤a、决定调制方式：发射端的调制解调器接收到输入信号后，通过在信令域上对特征码进行定义，从而确定是哪一种调制方式以及是否需要束波成形；

步骤b、串行转并行：将一路串行信号A转换成相应的四路并行信号A1、A2、A3和A4；

步骤c、对并行信号进行加密处理：加密过程中，四路并行信号A1、A2、A3、A4、中只对A1一路进行加密，得到四路并行信号A1’、A2、A3、A4；

步骤d、RS编码、数模转换及调制：对四路并行信号A1’、A2、A3、A4进行RS编码、数模转换和调制，做好发射准备；

步骤e、MIMO发射：将并行的四路信号以MIMO的方式发射；

步骤f、MIMO接收：接收端的接收调制端发出的4路信号；

步骤g、解调、模数转换及RS解码：根据调制方式，确定相应的解调方式进行解调，并完成模数转换、纠错解码；

步骤h、并行转串行：将四路分别接收到的并行信号A1’、A2、A3、A4转换为加密过的串行信号A’，经过解密，输出信号；

传输的信号帧包括如下部分：（1）前导域：前导域由21个相同的短训练域组成，短训练域由256个弗兰克序列构成； 

（2）长训练域：一个长训练域包含着两个分长训练域，每个分长训练域包含着4个已知的OFDM训练符号；

（3）信令域：每个信令域容量为2048比特和600个间隔符号，有效使用的有1740比特，其中含4比特调制状态判断；10比特OFDM信号长度判断用来支持突发通信模式，代表最大可有1024个OFDM符号；剩余的1726比特代表信道传输函数；

（4）数据域：每个数据域包含2048个OFDM载频和600个间隔符号。

2.根据权利要求1所述的物理层信号传输方法，其特征在于，传输的相邻两帧信号帧之间插有一个空格域，所述空格域包括1200个空格。

Images