CN104125189B - 一种适用于e波段通信的帧结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于E波段通信的帧结构，包括依次排列的帧前导、帧头和若干数据块，所述帧前导包括用来对抗多径干扰以及消除码间干扰的循环前缀与用于定时同步、信道估计和频偏估计补偿训练序列；所述帧头包括调制方式部分、链路质量部分、数据块数目部分、CRC校验部分、预留部分和导频部分，其中，调制方式部分用于决定本帧中数据的映射方法，链路质量部分用于表明信息传输环境的情况，数据块数目部分用于表明本帧中数据信息长度，CRC校验部分用于增强帧头数据的抗干扰能力，预留部分用于对帧结构进行扩展升级，导频部分用于进行频偏跟踪以及补偿。本发明可以根据通信环境自适应调制信息数据的调制方式，实现系统多种传输速率。
Description
技术领域
本发明涉及E波段无线通信技术领域，特别是涉及一种适用于E波段通信的帧结构。
背景技术
按照国际无线电咨询委员会CCIR(Consultative Committee of InternationalRadio)的划分，E波段是指通信频率为71G-76GHz和81G-86GHz的电磁波。利用E波段进行无线通信称为E波段无线通信。
多媒体终端的普及和高清数字业务等应用导致无线通信系统频率资源短缺这一问题日益严重。为提高传输速率，目前可以在传统的短波，微波通信中采用OFDM、构建异构网络等方案。但是由于受到可用频谱宽度和接收机复杂度等因素的影响，传统的短波、微波通信系统的通信容量和数据传输速率收到了很大影响，难以达到10Gbps的数据通信速率。E波段无线通信系统具有10GHz的可用带宽，每个频段划分成19个250MHz的子波段，用户可以同时使用连续的几个子波段。E波段中的频带宽度远比其他波段要宽，是迄今为止ITU-R一次性发放的频谱资源中波道间隔最大的一次。目前2G和3G网络的数据通信速率已经逐渐不能满足高清多媒体业务对信息传输速率的要求，我国逐步开始进行LTE、LTE-A的4G网络建设。未来4G网络不仅支持人们随时随刻通信，同时还可以高速的双向下载传递大容量数据。这些应用功能的实现要求极大的带宽和极高的速率支持，这对目前的无线回传网络的传输能力提出了新的挑战。E波段高速无线传输系统作为业界公认的未来无线回传的最佳可行解决方案，受到了各国的科研机构的重视。北美、欧洲、澳大利亚等都有团队和企业投入大量的资源进行E波段系统研究，除了公认的数据回传方面的应用，E波段还可作为未来微蜂窝数据接入回传的候选方案，这使得该系统具有更大的市场潜力。E波段系统在数据中心、国家安全和自然灾害等领域也具有广泛的运用背景。E波段的频谱资源的购买或租赁费用低、审批快等特点，许多国家都开放了E波段的使用。
虽然E波段系统的商业应用还处于初期阶段，但是市场上已经有一部分成熟的E波段产品。E-Band Communications公司推出了E-Link1000Q产品，该系统支持802.3z和802.3ab标准，采用QPSK调制方式，最大的通信速率为1.25Gbps；Siklu公司推出的EH-1200L产品和Gigabeam公司的Gi-CORE产品的速率为500M～1Gbps。早期的E波段产品的速率一般都小于2Gbps，随着理论和技术的成熟，E波段传输系统向着速率更高的目标进发。华为米兰团队研制出了具有电信级标准的第二代E波段产品，其产品型号为RTN380，通过在LTE系统中部署可以实现2.5Gbps的通信速率。现有的E波段的产品具有传输速率固定，传输速率小于5Gbps，频率利用率低等缺点。
目前E波段高速无线通信系统中存在串行和并行两种传输模式。在并行模式下：将信道分隔成若干个并行的子信道，将高速的数据信号并行转换成多个较低速的数据流，并调制到每个子信道中进行传输。采用正交频分调制，用多个子载波并行传输的方法提高速率。各个子载波相互正交，在扩频调制后的频谱可以相互重叠，不但减小子载波间的相互干扰，还提高了频谱利用率，增加了抗干扰性能。在串行模式下：系统采用单载波发送方式，数据以串行方式调制，码元宽度短，码间干扰严重，在实际的系统中需要采用均衡等技术来消除码间干扰的影响。
E波段无线通信系统具有10Gbps甚至更高的通信速率，远远高于传统的2.5Gbps的通信速率。采用并行传输模式时，系统的信号发射功率，信号峰均值比具有较大提高，这对整个系统的功率放大器、天线耦合器等都提出了更高的要求。目前市场上一般的器件难以满足此系统的要求，并且提高器件的工艺性能等费用代价非常大。采用串行传输模式时，由于系统的传输速率为10Gbps，码元宽度短。接收机的接收信号包含了经历衰减和时延的多径波，信号码元之间会产生严重的干扰，从而导致接收机不能正常的解调出数据。如果在接收端采用时域均衡来降低码间干扰的影响，则需要较多滤波器抽头才能得到满足系统要求的均衡效果，并且整个系统均衡所占用的开销和系统实现复杂度非常大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于E波段通信的帧结构，可以根据通信环境自适应调制信息数据的调制方式，实现系统多种传输速率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种适用于E波段通信的帧结构，包括依次排列的帧前导、帧头和若干数据块，所述帧前导包括用来对抗多径干扰以及消除码间干扰的循环前缀与用于定时同步、信道估计和频偏估计补偿训练序列；所述帧头包括调制方式部分、链路质量部分、数据块数目部分、CRC校验部分、预留部分和导频部分，其中，调制方式部分用于决定本帧中数据的映射方法，链路质量部分用于表明信息传输环境的情况，数据块数目部分用于表明本帧中数据信息长度，CRC校验部分用于增强帧头数据的抗干扰能力，预留部分用于对帧结构进行扩展升级，导频部分用于进行频偏跟踪以及补偿。
所述训练序列的后部与循环前缀序列相同。
所述数据块包括相互交错排列的数据符号和导频符号，，数据符号长度可变，导频用于跟踪频偏和消除剩余频偏。
所述调制方式部分采用的调制方式包括BPSK、QPSK、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM、512QAM、1024QAM、2048QAM、4096QAM、或8192QAM。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明可以根据通信环境自适应调制信息数据的调制方式，实现系统多种传输速率，传输速率最大可为10Gbps。通过接收端的频域均衡技术，可以达到很好的均衡效果，与时域均衡技术相比，具有效果优异、复杂度低等特性。与现有OFDM多载波E波段系统相比，本发明降低了发送端和接收端对功率放弃、天线耦合器等器件的性能要求，降低整个系统的费用。本方法产生的帧结构具有开销小，峰均值比低，抗频率选择性衰落能力强等优点，可以降低系统的误比特率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的数据成帧结构图；
图3是本发明中帧前导结构示意图；
图4是本发明中帧头结构示意图；
图5是本发明中数据块结构示意图；
图6是本发明中训练序列示意图；
图7是本发明中导频序列示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种适用于E波段通信的帧结构，如图1所示，包括依次排列的帧前导、帧头和若干数据块，所述帧前导包括用来对抗多径干扰以及消除码间干扰的循环前缀与用于定时同步、信道估计和频偏估计补偿训练序列(见图3)；所述帧头包括调制方式部分、链路质量部分、数据块数目部分、CRC校验部分、预留部分和导频部分，其中，调制方式部分用于决定本帧中数据的映射方法，链路质量部分用于表明信息传输环境的情况，数据块数目部分用于表明本帧中数据信息长度，CRC校验部分用于增强帧头数据的抗干扰能力，预留部分用于对帧结构进行扩展升级，导频部分用于进行频偏跟踪以及补偿。
如图2所示，信息从信息比特模块产生，然后进入信道编码模块，编码后的序列进行数据映射模块形成数据符号。数据符号首先进行添加帧前导，其次进行添加帧头，数据符号进行分块，最后添加导频。添加帧前导、添加帧头、数据符号进行分块以及添加导频为数据成帧步骤，最后进入发送模块发送。
本发明基于单载波频域均衡技术，相比于多载波OFDM系统，单载波具有对发送端和接收端器件要求低、信号峰均值比低、接收端实现复杂度低、系统成本费用低等优点。
下面以一个具体的实施例来进一步说明本发明。
本实施例的帧结构如图1所示，图中数据块的个数N为54。本实施例中帧长度为5376个符号，持续时间为2.8672ms。其中帧前导由长度为96个符号的序列和长度为48个符号的循环前缀构成。长度为96个符号的序列用于进行定时同步、信道估计、频偏估计补偿。循环前缀序列由该长度为96的序列的后48个符号构成。本E波段通信系统的单个码元持续为0.5333ns，本次循环前缀的长度为48个码元，其持续时间为25.6ns。E波段无线通信系统由于经常部署在点到点的视距通信环境中，其具有通信环境好，信道多径时延低等优点。经过实际测试，E波段无线通信系统信号传输过程中的信道时延为10多纳秒。帧结构中的循环前缀持续时间远远大于信道时延，可以抵抗多径带来的影响。长度为96个符号的基本序列在频域上具有固定的幅值，其中一种组成方式如图6所示。
本实施的帧结构，帧头用于定义帧数的各个参数，具体帧头的结构如图4所示。帧头的组成为：调制方式部分、链路质量部分、数据块数目部分、CRC校验部分、预留区部分和导频一共6个部分组成。调制方式部分占用6个符号，不同的组成表示不同的调制方式，例如可以使BPSK，QPSK，MQAM(M＝16,64,…8192)。本实施例中为000010，表示采用16QAM，数据的传输速率为10.38156Gbps。链路质量部分中指示占用5个符号，不同的符号组合反应不同的链路质量，从而自适应的调整数据的调制方式；序列号占用4个符号，其功能为表示当前发送的帧中数据块的个数。CRC检验部分占用16个符号，确保帧头的数据符号具有强大的抗干扰能力。预留区部分占用16个符号，确保系统的可扩展性。导频部分占用1个符号，用来进行实时跟踪、频偏补偿。
本实施的帧结构，每一帧包含54个数据块，每个数据块包含94个数据符号和2个导频符号。数据块结构如图5所示，每个数据块的构成为47个数据符号，1个导频符号，47个数据符号，1个导频符号。导频序列如图7所示，例如可以采用长度为127的pn序列，从帧头的导频开始，依次选择序列中的导频数据进行插入。
本实施的帧结构，具体的映射方式如表1，表2，表3和表4所示。
表1调制方式下归一化因子
表2BPSK映射方法
| Input bit(b0) | I | Q |
| 0 | -1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
表3:QPSK映射方法
| Input bit(b0) | I | Input bit(b1) | Q |
| 0 | -1 | 0 | -1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
表4：16QAM映射方法
| Input bit(b0b1) | I | Input bit(b2b3) | Q |
| 00 | -3 | 00 | -3 |
| 01 | -1 | 01 | -1 |
| 11 | 1 | 11 | 1 |
| 10 | 3 | 10 | 3 |
从以上实施例可以看出，本发明实施例中帧结构具有结构合理、开销低、抗干扰性能好，适用于E波段无线通信系统中。
Claims (4)
1.一种适用于E波段通信的帧结构生成方法，其特征在于，数据符号首先进行添加帧前导，其次进行添加帧头，然后数据符号进行分块，最后添加导频，其中，所述帧前导包括用来对抗多径干扰以及消除码间干扰的循环前缀与用于定时同步、信道估计和频偏估计补偿训练序列；所述帧头包括调制方式部分、链路质量部分、数据块数目部分、CRC校验部分、预留部分和导频部分，其中，调制方式部分用于决定本帧中数据的映射方法，链路质量部分用于表明信息传输环境的情况，数据块数目部分用于表明本帧中数据信息长度，CRC校验部分用于增强帧头数据的抗干扰能力，预留部分用于对帧结构进行扩展升级，导频部分用于进行频偏跟踪以及补偿。
2.根据权利要求1所述的适用于E波段通信的帧结构生成方法，其特征在于，所述训练序列的后部与循环前缀序列相同。
3.根据权利要求1所述的适用于E波段通信的帧结构生成方法，其特征在于，所述数据块包括相互交错排列的数据符号和导频符号，所述数据符号的长度可变。
4.根据权利要求1所述的适用于E波段通信的帧结构生成方法，其特征在于，所述调制方式部分采用的调制方式包括BPSK、QPSK、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM、512QAM、1024QAM、2048QAM、4096QAM、或8192QAM。
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