CN105471776B - 一种信号传输方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种信号传输方法及装置,该方法包括:接收数字基带信号;确定所述数字基带信号的特殊字符;将所述数字基带信号中的基带I/Q数据和确定的所述特殊字符插入到第一数据包的前导和包间隔之间,得到处理后的第二数据包;将处理后的第二数据包通过网线发送至远端。用以解决现有技术光纤在室内分布系统基带信号的传输中存在成本高、供电难的问题。

Description

一种信号传输方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域,尤其涉及一种信号传输方法及装置。
背景技术
近年来,移动通信飞速发展,无线通信、宽带无线接入、WLAN(Wireless LocalNetwork,无线局域网络)的用户数量飞速增长,这些网络的规模也越来越大,其室内覆盖方面的问题也日益突出。特别是在4G(4th Generation,第四代移动通信系统)时代运营商不得不对移动通信系统进行扩容处理,以满足用户的通信需求。
目前室内分布系统中的基带信号多采用光纤进行传输,虽然光纤传输具有传输更远,带宽更宽,延时更少的优点,但是从工程方面考虑光纤和光模块成本都是比较高的,而且还需要专门拉电缆供电,另外考虑到室内这种特殊场景,有时候并不需要拉很远距离的线缆,这时候网线的优点就比较突出,因为网线便宜,工程施工非常方便,网线通过POE(Power Over Ethernet,以太网供电技术)来供电,而且还可以继承使用室内局域网中的原有网线。
综上,现有技术光纤在室内分布系统基带信号的传输中存在成本高、供电难的缺点。
发明内容
本发明实施例提供一种信号传输方法及装置,用以解决现有技术光纤在室内分布系统基带信号的传输中存在成本高、供电难的问题。
本发明方法一种信号传输方法,该方法包括:接收数字基带信号;确定所述数字基带信号的特殊字符;将所述数字基带信号中的基带I/Q数据和确定的所述特殊字符插入到第一数据包的前导和包间隔之间,得到处理后的第二数据包;将处理后的第二数据包通过网线发送至远端。
基于同样的发明构思,本发明实施例进一步地提供一种信号传输装置,该装置包括:接收单元,用于接收数字基带信号;确定单元,用于确定所述接收单元接收的数字基带信号的特殊字符;处理单元,用于将所述接收单元接收的数字基带信号中的基带I/Q数据和所述确定单元确定的所述特殊字符插入到第一数据包的前导和包间隔之间,得到处理后的第二数据包;发送单元,用于将所述处理单元处理后的第二数据包通过网线发送至远端。
本发明实施例通过改进现有的以太网协议,将数字基带信号中的基带I/Q数据和确定的时钟和偏移信息等特殊字符插入到每个数据包的前导和包间隔之间,然后将处理后的数据包通过网线发送至远端,这样就可以利用网线代替光纤进行传输,网线成本低、供电方便,而且有效地解决了网线带宽小的缺点,充分利用现有的带宽,在每个数据包中插入基带I/Q数据等信息,使得在有限的带宽里面可以传输更多的数据和信息,提高了网线的带宽利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种信号传输方法流程示意图;
图2为本发明实施例提供的利用网线实现的近控制端和远端处理器的传输场景;
图3为本发明实施例提供的处理后的数据包其中一种可能的组成情况;
图4为本发明实施例提供的时钟同步的实现方法;
图5为本发明实施例提供的一种数据包具体带宽划分的示意图;
图6为本发明实施例提供的一种特殊字符具体划分的示意图;
图7为本发明实施例提供的一种测量时延的方法示意图;
图8为本发明实施例提供的一种时钟同步方法流程示意图;
图9为本发明实施例提供的一种码片速率20.48M基带信号映射数据块分配示意图;
图10为本发明实施例提供的一种码片速率20.48M基带信号映射方法流程示意图;
图11为本发明实施例提供的一种码片速率0.48M基带信号映射方法流程示意图;
图12为本发明实施例提供的一种12个载波的基带信号映射方法流程示意图;
图13为本发明实施例一种信号传输装置结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
参见图1所示,本发明实施例提供一种信号传输方法流程示意图,具体地实现方法包括:
步骤S101,接收数字基带信号。
步骤S102,确定所述数字基带信号的特殊字符。
步骤S103,将所述数字基带信号中的基带I/Q数据和确定的特殊字符插入到第一数据包的前导和包间隔之间,得到处理后的第二数据包。
步骤S104,将处理后的第二数据包通过网线发送至远端。
具体地,例如图2所示的场景,近控制端201与远端处理器202和远端处理器203之间利用网线204和网线205进行通信,因为网线204和网线205需要根据工程现场位置要求部署,很可能长短不一,这时就需要利用数字基带信号的时间戳信息测量出差异,然后做出必要的补偿,使得远端处理器202和远端处理器203的信号输出同时发出。
需要说明的是上述场景中的时间戳信息是特殊字符中的一种,所述数字基带信号的特殊字符包括下列中的部分或全部:包含数字基带信号中的基带I/Q数据的数据包的时间戳信息、包含数字基带信号中的基带I/Q数据的数据包的基带信号偏移信息、包含数字基带信号中的基带I/Q数据的数据包的帧信息。
其中,特殊字符中含有哪些信息是根据实际需要确定的,如果需要保证信号的同步,那么就需要特殊字符中加载时间戳信息;如果需要预防信号的抖动,那么就需要特殊字符中加载偏移信息;如果需要监控数据包是否丢包,那么就需要特殊字符中加载帧信息。
基于特殊字符可能有如上几种情况,图3表示了处理后的数据包其中一种可能的组成情况,图3所示该数据包包含:前导H字节,特殊字符I字节,A制式J字节,B制式K字节,监控通道L字节,校验M字节,包间隔N字节。
在步骤103中,插入方法具体为,将所述特殊字符插入到所述第一数据包的所述前导和所述包间隔之间;将所述数字基带信号中的基带I/Q数据插入到所述第一数据包的所述特殊字符和所述包间隔之间。
进一步地,考虑监控和校验的需要将监控信息和/或校验信息插入到所述数字基带信号中的基带I/Q数据和所述包间隔之间。
由于网络的传输带宽与数据包数、数据包的总字节数存在如下关系:
……………公式1
其中z代表数据包的总数,x代表带宽,y代表数据包的总字节数。因此可以根据实际情况调整z的数据包数或者y的字节数来满足不同的设计要求。
为了满足组网要求即在网线时延比较大的情况下,还要保证多个信号点输出信号时钟一致的要求,达到信号有效覆盖的目的,将处理后的数据包通过网线发送至远端处理器之后,包括:接收远端处理器返回的第三数据包,所述远端的处理器用于接收所述第二数据包,并对所述第二数据包进行处理后返回处理结果;提取所述第三数据包中的时间戳信息,并根据本地计数器与所述时间戳信息之间的差值确定时延;根据所述时延调整本地时钟。
具体地,时钟同步的实现方法通过举例描述,如图4所示,数据包401从近控制端201发送后,在数据包特殊字符字段携带近控制端的一个本地时钟振荡的计数器,发送到远端处理器202和远端处理器203接收后,远端处理器202和远端处理器203把接收到的时延测量值(CNT)提取出来,经过内部延时(offset)得到数据包402,然后时延测量值和内部延时之和(CNT+offset)填充回数据包同步信息字段定义时延测量的位置,通过远端处理器202和远端处理器203的发送端把数据包403发送出去。
offset=RX-TX……….公式2
其中,offset即收到CNT到发送CNT需要经过的时钟周期数,RX表示收到CNT时的时钟周期,TX表示发送CNT时的时钟周期数。
近控制端201收到数据包403后,把本地计数器(CNT_LOCAL)和收到的数据包403中的计数器值相减即可得出时延值:
T=CNT_LOCAL-(CNT+offset)…….公式3
当测量出时延之后就需要进行时钟同步,具体地,时钟同步如图7所示:源端设备1001会在特殊字符中定义时间戳位置上插入本地时钟(Cnt_M)计数下的时间戳值,终端设备1002收到Cnt_M后和本地时钟下计数(Cnt_S)一起送入时钟处理模块1003进行处理,时钟处理模块1003根据运算结果控制DAC(数字模拟转换器)1004从而调整本地时钟的快慢,跟踪源端设备1001的时钟频率,最终让终端设备1002的时钟和源端设备1001时钟一致,具体过程如图8所示:假设源端设备1001和终端设备1002之间存在时钟起始固定误差为△T,源端设备1001在本地时间M1时刻发送时戳经过△t的延时终端设备1002收到,那么从绝对时刻上看第n次采样:M1+△t=△T+S1+△1,其中△1为两个时钟本次的误差;第n+1次采样:M2+△t=△T+S2+△2,其中△2为两个时钟本次的误差;那么M1-S1=△T-△t+△1,M2-S2=△T-△t+△2可得:(M2-S2)-(M1-S1)=△2-△1,其中,n代表采样的次数,时钟相对误差△err=△2-△1,M1、M2代指源端上产生的时刻(Cnt_M计算器的值),M1是第一次采样时刻,M2是与第一次相邻的第二次采样时刻,同样S1、S2代指终端不同时刻的采样值,Cnt_S为终端本地的计数器,同样S1,S2代表相邻的两次采样时刻。
可见,根据n和n+1次的时钟相对误差△err收敛情况可以通过时钟处理模块1003对DAC1004的控制实现终端设备1002对源端设备1001的时钟跟踪。
假设现在需要传输LTE和GSM信号,并且网线204或者网线205的传输带宽为x=1Gbps,并且需要10ms的定时。那么根据z*y=x,当z=40000包,y=3125*8比特时可得40000*3125*8=1000000000bps。
如图5所示:y=3125比特情况下,对数据包501进行具体带宽划分,前导H为8比特,特殊字符I为15比特,LTE制式J为2816比特,GSM制式为K为254比特,监控通道L为16比特,校验字节M为4比特,包间隔N字节为12比特。
如图6所示:特殊字符具体划分为:帧号2比特,时戳4比特,时延测量2比特,帧头标识1比特,LTE帧头偏移2比特,GSM帧头偏移1比特,预留3比特。
假设把LTE信号处理成码片速率20.48M,基带I/Q数据为11bit的数据。那么就可以通过图10所示数据包801的映射方法,把两路的LTE基带信号映射进图9所示数据块702的容器中,其中I0Q0,I1Q1为两路不同的载波,I0`Q0`为I0Q0载波的下一个抽样,I1`Q1`为I1Q1载波的下一个抽样。256个数据块702的容器2816等于11乘以256刚好可以存放到数据块701中,完成LTE信号的映射。
假设需要把8个载波,码片速率0.48M,GSM信号、IQ信号位宽各为16比特的数据,映射进数据包901中的划分给GSM的254字节的字段中。那么可以通过图11所示的方式实现:首先把把同一载波的4个抽样,I0Q0,I0`Q0`,I0``Q0``,I0```Q0```,根据信号大小进行位宽压缩处理把16bit位宽的IQ数据处理成8比特位宽的数据,并按904的映射方式存放IQ数据并把位宽压缩信息缓存到904所示压缩信息存放区,组成9个比特长度的压缩块映射入903所示的空间中,903所示每个块可以存放1个载波的压缩数据包(904)的数据,903共划分了8个块,因此可以存放8个载波的数据。那么8个903所示的块可以组成一个区,如902所示,共划分了3个区域和一个保留区域,一个902中可以存放3个903的数据块。那么902就可以映射入901的容器中,实现8载波GSM数据的映射和存放。
假设需要把12个载波,码片速率0.48M,GSM信号,IQ信号位宽为16比特的数据,映射进数据包1201中划分给GSM的254字节字段中。那么可以通过图12的处理方式实现:依然是把同一载波的4个抽样组成一个基本单元模块,把16比特的IQ数据通过位宽压缩处理的方式处理成6比特IQ数据,然后根据1204所示的IQ数据排列方式存放,并把位宽压缩信息存放在压缩信息区域以备接收端把6位比特IQ恢复程16位比特IQ之用。1204所示4个同一载波的抽样组成一个7个字节的压缩块,存放到1203所划分的块中。1203所示共划分了12个块因此可以存放12个载波的数据。1203所示12个块组成了一个区域存放于1202所划分的区域中。1202所示共划分了3个区域252字节和一个2字节的保留区域。
综上,通过网线代替光纤进行传输,网线成本低、供电方便,而且通过调整数据包的组成,使得在有限的带宽里面可以传输更多的数据和信息,提高了网线的带宽利用率,有效地弥补了网线带宽小的缺点。
基于相同的技术构思,本发明实施例还提供一种信号传输装置,该装置可执行上述方法实施例。本发明实施例提供的装置如图13所示,包括:接收单元1301,确定单元1302,处理单元1303,发送单元1304,具体地:
接收单元1301,用于接收数字基带信号;
确定单元1302,用于确定所述接收单元1301接收的数字基带信号的特殊字符;
处理单元1303,用于将所述接收单元1301接收的数字基带信号中的基带I/Q数据和所述确定单元1302确定的所述特殊字符插入到第一数据包的前导和包间隔之间,得到处理后的数据包;
发送单元1304,用于将所述处理单元1303处理后的数据包通过网线发送至远端。
具体地,例如图2所示的场景,近控制端201与远端处理器202和远端处理器203之间利用网线204和网线205进行通信,因为网线204和网线205需要根据工程现场位置要求部署,很可能长短不一,这时就需要利用数字基带信号的时间戳信息测量出差异,然后做出必要的补偿,使得远端处理器202和远端处理器203的信号输出同时发出。
需要说明的是上述场景中的时间戳信息是特殊字符中的一种,所述数字基带信号的特殊字符包括下列中的部分或全部:包含数字基带信号中的基带I/Q数据的数据包的时间戳信息、包含数字基带信号中的基带I/Q数据的数据包的基带信号偏移信息、包含数字基带信号中的基带I/Q数据的数据包的帧信息。
其中,特殊字符中含有哪些信息是根据实际需要确定的,如果需要保证信号的同步,那么就需要特殊字符中加载时间戳信息;如果需要预防信号的抖动,那么就需要特殊字符中加载偏移信息;如果需要监控数据包是否丢包,那么就需要特殊字符中加载帧信息。
基于特殊字符可能有如上几种情况,图3表示了处理后的数据包其中一种可能的组成情况,图3所示该数据包包含:前导H字节,特殊字符I字节,A制式J字节,B制式K字节,监控通道L字节,校验M字节,包间隔N字节。
所述处理单元1303具体用于:将所述特殊字符插入到所述第一数据包的所述前导和所述包间隔之间;将所述数字基带信号中的基带I/Q数据插入到所述第一数据包的所述特殊字符和所述包间隔之间。进一步地,所述处理单元1303还用于:将监控信息和/或校验信息插入到所述数字基带信号中的基带I/Q数据和所述包间隔之间。
由于网络的传输带宽与数据包数、数据包的总字节数存在如公式1所示。
为了满足组网要求即在网线时延比较大的情况下,还要保证多个信号点输出信号时钟一致的要求,达到信号有效覆盖的目的,时钟同步单元1305,用于接收远端处理器返回的第三数据包,所述远端的处理器用于接收所述发送单元1304发送的第二数据包,并对所述第二数据包进行处理后返回处理结果;提取所述第三数据包中的时间戳信息,并根据本地计数器与所述时间戳信息之间的差值确定时延;根据所述时延调整本地时钟。
具体地,时钟同步的实现方法通过举例描述,如图4所示,数据包401从近控制端201发送后,在数据包特殊字符字段携带近控制端的一个本地时钟振荡的计数器,发送到远端处理器202和远端处理器203接收后,远端处理器202和远端处理器203把接收到的时延测量值CNT提取出来,经过内部延时offset得到数据包402,然后CNT+offset填充回数据包同步信息字段定义时延测量的位置,通过远端处理器202和远端处理器203的发送端把数据包403发送出去。其中,offset的确定方式如公式2所示,即收到CNT到发送CNT需要经过的时钟周期数。近控制端201收到数据包403后,把本地计数器(CNT_LOCAL)和收到的计数器值相减即可得出时延值,时延值的确定方式如公式3所示。
当测量出时延之后就需要进行时钟同步,具体地,时钟同步如图7所示:源端设备1001会在特殊字符中定义时间戳位置上发送插入本地时钟(Cnt_M)计数下的时间戳值,终端设备1002收到Cnt_M后和本地时钟下计数(Cnt_S)一起送入时钟处理模块1003进行处理,时钟处理模块1003根据运算结果控制DAC1004从而调整本地时钟的快慢,跟踪源端设备1001的时钟频率,最终让,终端设备1002的时钟和源端设备1001时钟一致,具体过程如图8所示:假设源端设备1001和终端设备1002之间存在时钟起始固定误差为△T,源端设备1001在本地时间M1时刻发送时戳经过△t的延时终端设备1002收到,那么从绝对时刻上看第n次采样:M1+△t=△T+S1+△1,其中△1为两个时钟本次的误差;第n+1次采样:M2+△t=△T+S2+△2,其中△2为两个时钟本次的误差;那么M1-S1=△T-△t+△1,M2-S2=△T-△t+△2可得:(M2-S2)-(M1-S1)=△2-△1,其中,n代表采样的次数,时钟相对误差△err=△2-△1,M1、M2代指源端上产生的时刻(Cnt_M计算器的值),M1是第一次采样时刻,M2是与第一次相邻的第二次采样时刻,同样S1、S2代指终端不同时刻的采样值,Cnt_S为终端本地的计数器,同样S1,S2代表相邻的两次采样时刻。
可见,根据n和n+1次的时钟相对误差△err收敛情况可以通过时钟处理模块1003对DAC1004的控制实现终端设备1002对源端设备1001的时钟跟踪。
假设现在需要传输LTE和GSM信号,并且103的传输带宽为x=1Gbps,并且需要10ms的定时。那么根据z*y=x当z=40000包,y=3125*8比特时可得40000*3125*8=1000000000bps。
如图5所示:y=3125比特情况下,对数据包501进行具体带宽划分,前导H为8比特,特殊字符I为15比特,LTE制式J为2816比特,GSM制式为K为254比特,监控通道L为16比特,校验字节M为4比特,包间隔N字节为12比特。
如图6所示:特殊字符具体划分为:帧号2比特,时戳4比特,时延测量2比特,帧头标识1比特,LTE帧头偏移2比特,GSM帧头偏移1比特,预留3比特。
假设把LTE信号处理成码片速率20.48M,IQ为11bit的数据。那么就可以通过图10所示数据包801的映射方法,把两路的LTE基带信号映射进图9所示数据块702的容器中,其中I0Q0,I1Q1为两路不同的载波,I0`Q0`为I0Q0载波的下一个抽样,I1`Q1`为I1Q1载波的下一个抽样。256个数据块702的容器2815=11*256刚好可以存放到数据块701中,完成LTE信号的映射。
假设需要把8个载波,码片速率0.48M,GSM信号、IQ信号位宽各为16比特的数据,映射进数据包901中的划分给GSM的254字节的字段中。那么可以通过图11所示的方式实现:首先把把同一载波的4个抽样,I0Q0,I0`Q0`,I0``Q0``,I0```Q0```,根据信号大小进行位宽压缩处理把16bit位宽的IQ数据处理成8bit位宽的数据,并按904的映射方式存放IQ数据并把位宽压缩信息缓存到904所示压缩信息存放区,组成9个比特长度的压缩块块映射入903所示的空间中,903所示每个块可以存放1个载波的压缩数据包(904)的数据,903共划分了8个块,因此可以存放8个载波的数据。那么8个903所示的块可以组成一个区,如902所示,共划分了3个区域和一个保留区域,一个902中可以存放3个903的数据块。那么902就可以映射入901的容器中,实现8载波GSM数据的映射和存放。
假设需要把12个载波,码片速率0.48M,GSM信号,IQ信号位宽为16比特的数据,映射进数据包1201中划分给GSM的254字节字段中。那么可以通过图12的处理方式实现:依然是把同一载波的4个抽样组成一个基本单元模块,把16比特的IQ数据通过位宽压缩处理的方式处理成6比特IQ数据,然后根据1204所示的IQ数据排列方式存放,并把位宽压缩信息存放在压缩信息区域以备接收端把6位比特IQ恢复程16位比特IQ之用。1204所示4个同一载波的抽样组成一个7个字节的压缩块,存放到1203所划分的块中。1203所示共划分了12个块因此可以存放12个载波的数据。1203所示12个块组成了一个区域存放于1202所划分的区域中。1202所示共划分了3个区域252字节和一个2字节的保留区域。
综上所述,本发明实施例通过改进现有的以太网协议,将数字基带信号中的基带I/Q数据和确定的所述时钟和偏移信息等特殊字符插入到每个数据包的前导和包间隔之间,然后将处理后的数据包通过网线发送至远端,这样就可以利用网线代替光纤进行传输,网线成本低、供电方便,而且通过调整数据包的组成,使得在有限的带宽里面可以传输更多的数据和信息,提高了网线的带宽利用率,有效地弥补了网线带宽小的缺点。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种信号传输方法,其特征在于,该方法包括:
接收数字基带信号;
确定所述数字基带信号的特殊字符,所述数字基带信号的特殊字符包含数字基带信号中的基带I/Q数据的数据包的时间戳信息、数字基带信号中的基带I/Q数据的数据包的基带信号偏移信息、数字基带信号中的基带I/Q数据的数据包的帧信息;
将所述数字基带信号中的基带I/Q数据和确定的所述特殊字符、以及监控信息和/或校验信息插入到第一数据包的前导和包间隔之间,得到位宽压缩处理后的第二数据包;
将位宽压缩处理后的第二数据包通过网线发送至远端的处理器,所述远端的处理器用于接收所述第二数据包,并对所述第二数据包进行处理后返回处理结果;
接收远端的处理器返回的第三数据包,并提取所述第三数据包中的时间戳信息,并根据本地计数器与所述时间戳信息之间的差值确定时延;
根据所述时延调整本地时钟。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,将所述数字基带信号中的基带I/Q数据和确定的所述特殊字符插入到第一数据包的前导和包间隔之间,包括:
将所述特殊字符插入到所述第一数据包的所述前导和所述包间隔之间;
将所述数字基带信号中的基带I/Q数据插入到所述第一数据包的所述特殊字符和所述包间隔之间。
3.一种信号传输装置,其特征在于,该装置包括:
接收单元,用于接收数字基带信号;
确定单元,用于确定所述接收单元接收的数字基带信号的特殊字符,所述数字基带信号的特殊字符包含数字基带信号中的基带I/Q数据的数据包的时间戳信息、数字基带信号中的基带I/Q数据的数据包的基带信号偏移信息、数字基带信号中的基带I/Q数据的数据包的帧信息;
处理单元,用于将所述接收单元接收的数字基带信号中的基带I/Q数据和所述确定单元确定的所述特殊字符、以及监控信息和/或校验信息插入到第一数据包的前导和包间隔之间,得到位宽压缩处理后的第二数据包;
发送单元,用于将所述位宽压缩处理单元处理后的第二数据包通过网线发送至远端的处理器,所述远端的处理器用于接收所述第二数据包,并对所述第二数据包进行处理后返回处理结果;
时钟同步单元,用于接收远端的处理器返回的第三数据包,并提取所述第三数据包中的时间戳信息,并根据本地计数器与所述时间戳信息之间的差值确定时延;
根据所述时延调整本地时钟。
4.如权利要求3所述的装置,其特征在于,所述处理单元具体用于:
将所述特殊字符插入到所述第一数据包的所述前导和所述包间隔之间;
将所述数字基带信号中的基带I/Q数据插入到所述第一数据包的所述特殊字符和所述包间隔之间。
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