CN111052696A - 基于软件的云计算调制器/解调器即调制解调器 - Google Patents

基于软件的云计算调制器/解调器即调制解调器 Download PDF

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CN111052696A CN201880042181.0A CN201880042181A CN111052696A CN 111052696 A CN111052696 A CN 111052696A CN 201880042181 A CN201880042181 A CN 201880042181A CN 111052696 A CN111052696 A CN 111052696A
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Abstract

提供了一种使用云计算的分布式处理资源的全数字纯软件调制解调器。具体地，以前由特制的软件、固件、现场可编程门阵列(FPGA)硬件描述语言(HDL)固件以及专用集成电路(ASIC)支持的所有进程在本披露中完全由云计算环境内的高性能计算(HPC)服务器支持。

Description

基于软件的云计算调制器/解调器即调制解调器
相关申请的交叉引用
本申请是专利合作条约下的国际申请，该国际申请要求于2017年10月12日提交的美国非临时专利申请号15/782,651的权益，该国际申请要求于2017年6月22日提交的美国临时申请号62/523,713的优先权，该申请的内容通过引用以其全文结合在此。
背景技术
自从引入了通信，使用被称为调制器/解调器或通常被称为“调制解调器”的特制设备来接受用户信息、将用户数据调制为称为波形的格式并通过介质进行传输。相反地，调制解调器包含用于在接收端接收调制波形并将该波形解调为原始用户数据的能力。调制器、传输介质和解调器的组合集合在本领域中被称为通信路径。传统地，调制解调器是使用具有专用软件和/或专用固件的专用部分来创建调制解调器的特制设备。截至最近几年，一种被称为软件定义调制解调器(SDM)的新概念已成为现实，该软件定义调制解调器使用设置有通用的调制器和解调器板的相对通用的印刷电路板(PCB)，旨在使得通用处理器可以支持某种程度上通用的调制解调器上的被设置用于创建调制解调器的软件包。
技术领域
所描述的本发明使用“全软件”方法在被称为“云计算”的分布式计算结构内创建调制解调器，该调制解调器由被称为高性能计算(HPC)服务器的商用现成品(COTS)硬件支持。现在，HPC架构由分布式处理公司(诸如亚马逊网络服务(AWS)、谷歌云计算、微软的Azure等)支持。而且，已知正由云计算公司支持的架构也支持或启用软件定义联网(SDN)。所描述的方法为本领域技术人员例如软件架构师、网络工程师或调制解调器设计师提供了理解本披露中描述的概念的能力。
相关技术
本披露涉及描述调制器和/或解调器(调制解调器)的方法，该调制器和/或解调器是使用高级编程语言(诸如OpenCL、C、C++等)并将该高级编程语言实施为分布式计算架构内的基于云的HPC平台上的应用来创建的。所描述的方法提供了关于可以如何使用高级计算语言来创建全软件调制解调器的描述、以及可以如何在基于云的架构中支持该全软件调制解调器以使用全数字计算设备来创建通信波形的描述。所描述的方法可以用于提供在使用基于云的处理架构内可用的处理资源的硬件或专用的(特制)调制解调器或软件定义调制解调器(SDM)的每个方面都相似或更高的性能。此外，所描述的方法可以实时地进行波形处理。
在现有技术中，支持用于卫星、战术无线电或地面通信的通信链路的典型通信调制解调器包括用户数据接口并且利用各种同步和异步格式和协议接受采用数字流形式的用户数据。调制解调器的调制器部分接受用户数据，并且执行将数据调制为适合于传输介质的信号的进程。从用户数据到调制信号的变换的实际进程由一个特制硬件来执行，该一个特制硬件由分立部件、逻辑设备以及低级编程语言组成，以便为硬件提供完成创建要通过传输介质传输的最终波形所需的步骤的指示。相反地，调制解调器的解调器部分执行相反的进程——再一次地，所有操作由一个特制硬件来执行，该一个特制硬件由分立部件、逻辑设备以及低级编程语言组成，以便为硬件提供完成通过传输介质接受波形所需的步骤并执行用于返回用户数据的步骤的指示。
本披露涉及可以如何在无需任何特制硬件的情况下在全数字云计算环境中使用COTS处理硬件完成用于实现对以太网帧和IP数据包形式的用户数据进行调制所需的步骤。包括调制解调器的整个调制和解调进程可以在使用将用于SDN网络的云计算结构的全软件调制解调器中来完成。
发明内容
本披露涉及但不限于提供一种使用云计算的分布式处理资源的全数字纯软件调制解调器。传统地，支持用于卫星、战术无线电或地面链路的通信链路的典型通信调制解调器包括网络用户接口并且利用各种同步和异步协议接受采用数字流形式的用户数据。调制解调器的调制器部分接受用户数据，并且执行将数据调制为适合于传输介质的格式的进程。从用户数据到调制流的变换的实际进程由一个特制硬件来执行，该一个特制硬件由分立部件、逻辑设备以及低级编程语言组成，以便为硬件提供完成创建要通过传输介质传输的最终波形所需的步骤的指示。相反地，调制解调器的解调器部分执行相反的进程——再一次地，所有操作由一个特制硬件来执行，该一个特制硬件由分立部件、逻辑设备以及低级编程语言组成，以便为硬件提供完成通过传输介质接受波形所需的步骤并执行用于将用户数据返回至数字流的步骤的指示。
所披露的本发明使用所描述的技术并得到一个或多个描述，用于支持对使用云计算结构的分布式性质、使用当前可用资源以及为将来计划的资源的全软件数字调制解调器的创建和操纵。云计算结构还用于提供用于软件定义联网的资源。
本文描述的特定实施方式是并且可以使用但不限于程序、计算机编程语言、微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)以及CPU与FPGA的组合以用于形成高性能计算(HPC)服务器。
本披露的各个方面涉及一种用于创建使用云计算的分布式处理资源的全软件数字调制解调器的方法和系统。
附图说明
图1示出了使用特制的调制器和解调器硬件以支持波形的现有技术。
图2示出了使用特制的调制器和解调器(调制解调器)硬件的组合以支持波形的现有技术。
图3示出了用于利用特制硬件支持调制能力和解调能力的调制解调器的部件的现有技术。
图4示出了包含服务器(处理器)、存储装置、应用等云计算结构。
图5示出了包含CPU/GPU和硬件加速卡的下一代HPC服务器技术。
图6示出了所描述的本发明，其中所有的调制解调器进程(PROC1、PROC2和PROC3)由单个云计算服务器支持。
图7示出了所描述的本发明，其中所有的调制解调器进程(PROC1、PROC2和PROC3)由多个云计算服务器(左下方服务器(PROC1)、下方中心处服务器(PROC2)和右下方服务器(PROC3))支持。
图8示出了所描述的本发明，其中所有的调制解调器进程(PROC1、PROC2、PROC3和PROCn)由单个云计算服务器支持并且被传递至边缘设备，该边缘设备用于转换在云计算环境中创建并被传递至边缘处理设备的调制信号的数字流。
图9示出了所描述的本发明，其中所有的调制解调器进程(PROC1、PROC2和PROC3)由多个云计算服务器(左下方服务器(PROC1)、下方中心处服务器(PROC2)和右下方服务器(PROC3))支持，并且若干个应用/进程被支持在用于PROC4和PROC5的其他服务器上并被传递至边缘设备，该边缘设备用于转换在云计算环境中创建以通过介质传输的调制信号的数字流。
图10示出了所描述的本发明，其中所有的调制解调器进程(用于前向返回路径的PROC1至PROC5)由多个云计算服务器支持，这些进程中的每一个之间的流驻留在遍布云而分布的多个服务器上。
图11示出了所描述的本发明，其中所有的调制解调器进程(用于前向路径的PROC1至PROC5以及用于返回路径的PROCA至PROCC)由多个云计算服务器支持，这些进程中的每一个之间的流驻留在遍布云而分布的多个服务器上。
具体实施方式
本披露(本披露的各个方面和实施方式)不限于本文所披露的具体处理技术、部件、调制格式、频率示例、或方法。本领域已知的与调制器和解调器(调制解调器)对波形的创建和操纵一致的许多附加部件和组装流程与来自本披露的特定实施方式一起使用。因此，例如，尽管披露了特定的实施方式，但是这类实施方式和实施部件可以包括如本领域中针对这类系统和实施部件已知的与期望操作一致的任何部件、模型、版本、数量和/或类似物。
描述了作为使用通信系统的云计算资源的应用的全软件数字调制解调器的特定实施方式。然而，本领域普通技术人员将从本披露中清楚的是，本文披露的原理和方面可以容易地应用于下文被称为调制解调器的任何调制设备、解调设备和调制/解调设备，该调制解调器用于在无需进行过多实验的情况下创建要通过中频(IF)传输介质、射频(RF)传输介质和光通信系统(诸如卫星传输、战术无线电传输和地面传输)携带的波形。
图1展示了其中具有前向路径(发射站到接收站)的通信传输系统的特定实施方式的现有技术，在该前向路径上，发射站包含发射调制器并且接收器包含接收解调器。现有技术中的调制解调器是特制设备，通常是进行传输并被称为调制器的专用“盒子”。调制器要么输出可能未被转换为射频(RF)的中频(IF)，要么直接从调制器输出作为射频的中频，该中频可能地被功率放大并通过自由空间传输到空气或卫星转发继电器。在接收站处，现有技术中的接收调制解调器是特制设备，通常是进行接收并被称为解调器的专用“盒子”。解调器要么接收(输入)可能从射频(RF)下变频的中频(IF)，要么直接从接收天线输入作为射频信号的中频。
图2是现有技术的替代实施例，其中，调制器和解调器组合在被称为调制器/解调器(也被称为调制解调器)的单个设备中。作为调制解调器，每个站可以包含分别提供发射能力和接收能力(调制和解调)两者的调制解调器。每个站处的调制解调器可以提供全双工通信路径。
图3示出了现有技术，其中使用包括发射路径或调制路径以及接收路径或解调路径的专用硬件的特制调制解调器的每个部件。示出了作为专用硬件设备的各个处理模块以及以低级专用硬件描述语言(HDL)编写的处理模块。
对于图3中示出的专用盒子，盒子(功能)的顶行示出了接受用户数据所需的各个阶段，在许多情况下，该用户数据是但不限于以太网(帧)和IP(包)。然后，用户数据作为数据字节被接受到使用HDL语言的专用集成电路(ASIC)、FPGA中，其中，该用户数据被成帧为具有报头信息(控制字节、序列号、类型信息等)的合适传输帧，并且添加了错误检查。下一阶段是利用前向纠错(FEC)信息对数据进行编码，以便在远端进行数据恢复。在许多实施方式中，这个功能是专用硬件设备或ASIC。在下一阶段中，然后通过固件功能(诸如使用HDL语言的ASIC或FPGA)将数据从并行格式转换为串行格式。下一部分接受串行数据流，并且然后执行比特到符号的映射，以创建波形星座作为调制数据。然后，利用在使用HDL语言的ASIC或FPGA中实施的数字滤波器对调制数据进行滤波(脉冲整形)。在调制解调器的专用调制器或调制器部分中，输出然后经由以太网(帧)和IP(包)流至数模转换器(DAC)或流至数字输出流以进入另一处理阶段。在已经创建最终波形之前，整个进程必须在使用HDL语言的ASIC、FPGA、分立部件等的多种技术之间进行传递。继续图3，接收(解调)链执行与发射(调制)链相反的功能。首先，假设模数转换器(ADC)已经接受到传入模拟波形并已将信号数字化，或者通过诸如以太网(帧)和IP(包)等数字流接收到信号。底行右侧的输入示出了：第一步骤是进行增益控制，并且该步骤由用于增加放大或衰减的硬件设备来执行。下一步骤是执行将传入流解调为解映射的数据比特。这个步骤由使用HDL语言的ASIC或FPGA来执行。下一步骤是将流传递至FEC解码器。FEC解码是一种硬件密集功能并且其通常由使用HDL语言的ASIC或FPGA来执行。下一步骤是通过错误检查来验证数据的完整性，并且该步骤由使用HDL语言的ASIC、FPGA、或系统处理器来执行。下一步骤是对帧进行解帧并移除任何控制和错误检查开销比特，并且将恢复的数字流传递至用户。
如图3所示，调制解调器的整个配置是由系统控制器来控制。系统处理器是控制整个调制解调器的专用硬件设备。系统控制器(控制处理器)管理整个装置的健康、状态、配置、设置、错误检查并在许多情况下执行用户接口。
图3还可以用于描述被称为软件定义调制解调器(SDM)或软件定义无线电(SDR)的新技术。与专用调制解调器类似，由GNU无线电和诸如Ettus研究(Ettus Research)等公司支持的SDR技术是特制的用于支持多种类型的波形的专用硬件板，但是最终依赖于用于支持波形处理的一个专用/特制处理硬件。
图4示出了云计算环境的高级表示。如所示出的，云计算或分布式处理架构已将所有处理、应用和存储移至云中。如图4所描绘的，诸如亚马逊网络服务(AWS)、微软Azure、谷歌云计算等公司正在开发大型基础设施(通常被称为SDN)。
图5示出了下一代服务器/处理器架构。基于CPU/GPU的PC处理器不再能够跟上对需要通过互联网处理的用户数据/信息的处理需求。替代地，云计算提供商正在向其服务器(例如亚马逊网络服务的F1架构以及微软的Azure)添加硬件辅助模块。现在，在硬件辅助下的这些新HPC架构针对SDN环境提供了用于支持实时高速处理的硬件加速能力。考虑到这些新的硬件处理增强，已经引入了被称为OpenCL的新计算语言。OpenCL已被引入以允许以硬件不可知的高级抽象编写代码，并且可以在分布式计算环境中的服务器中利用硬件加速技术。所描述的本发明使用OpenCL，但是所描述的本发明将覆盖能够在硬件辅助下支持对CPU/GPU的组合处理的任何高级语言。
图6示出了本发明的新颖性，其中由特制的软件、固件、FPGA HDL固件和ASIC支持的所有进程正完全由云计算环境内的HPC服务器支持。图6示出的进程PROC1、PROC2和PROC3是各种调制解调器进程的表示。应当注意的是，PROC1、PROC2、PROC3、……PROCn(进程和/或应用)是在CPU(x86)或诸如FPGA、GPU或DSP等硬件加速单元中的任一个上运行的功能块或算法，这些功能块或算法组合构成了对通信波形的实施。根据波形的性能分析，功能块针对特定的HPC资源，该波形标识需要硬件加速以实现与特制硬件相当的性能的算法。表示调制解调器进程/应用的进程如下：
可以假设,用户数据在云计算环境内作为以太网(帧)和IP(包)已经可用并且被定向到如下的调制解调器进程：
PROC1(应用/进程)提供成帧为具有报头信息(控制字节、序列号、类型信息等)的合适传输帧，并添加了错误检查。
PROC2利用前向纠错(FEC)信息对数据进行编码，以便在接收器处进行比特纠错。这个功能代替了专用硬件设备或ASIC，并且完全由高级软件语言(即OpenCL)和HPC架构支持。
PROC3然后将数据从并行格式转换为串行格式。这以被称为串行器的功能代替由使用HDL语言的ASIC或FPGA支持的固件功能，并且完全由针对HPC架构的高级软件语言(OpenCL)支持。
PROCn(其中，n是多处理架构的第n阶处理)然后接受串行数据流，并且然后执行比特到符号的映射，以创建波形星座作为调制数据。
PROCn+1的功能代替了在使用HDL语言的ASIC或FPGA中实施的数字滤波器，并且完全由高级软件语言(OpenCL)支持并由HPC架构支持。
在调制解调器的专用调制器或调制器部分中，输出然后经由以太网(帧)和IP(包)流至数模转换器(DAC)或流至数字输出流以进入另一处理阶段。图8是替代实施例，边缘设备可以放置在云计算架构的边缘上，并且外出到会话设备，然后在该会话设备中将其从完全数字格式转换为适合于传输的模拟格式。
继续图6，接收(解调)链执行与发射(调制)链相反的功能。在图6中，PROCn进程可以是期望采用用于在云计算环境内提供各波形处理阶段的任何顺序的任何功能。如前所述，接收部分可以使用来自云计算环境中另一个源的先前数字化波形进行操作。如图3所示，底行右侧的输入示出了：第一步骤是进行增益控制并由用于增加放大或衰减的硬件设备来执行。这个功能代替了由硬件设备提供的增益/衰减控制，并且由应用/进程、由高级软件语言(OpenCL)代替并由HPC架构支持。下一步骤是执行将传入流解调为解映射的数据比特。这个步骤由使用HDL语言的ASIC或FPGA来执行，并且由应用/进程、高级软件语言(OpenCL)代替并由HPC架构支持。下一步骤是将流传递至FEC解码器。FEC解码是一种硬件密集功能并且其通常由使用HDL语言的ASIC或FPGA来执行，并且由应用/进程、高级软件语言(OpenCL)代替并由HPC架构支持。下一步骤是经由错误检查来验证数据的完整性并由使用HDL语言的ASIC、FPGA、或系统处理器来执行，并且由应用/进程、高级软件语言(OpenCL)代替并由HPC架构支持。下一步骤是对帧进行解帧并移除任何控制和错误检查开销比特并且作为数字流传递至用户，并且该步骤通常由使用HDL语言的ASIC或FPGA、或系统处理器提供，并且由应用/进程、高级软件语言(OpenCL)代替并由HPC架构支持。
图8示出了替代实施例，边缘设备模数转换器(ADC)已经接受到传入模拟波形并将信号数字化，或者信号在将数字化波形传递至云计算环境中之前通过诸如以太网(帧)和IP(包)等数字流被接收。
图7示出了替代实施例，其中各进程可以由其物理位置或不同位置处的单独处理器(硬件或虚拟)使用相同的HPC架构或不同的架构以及相同或不同的CPU架构支持。图9表示支持图7的分布式处理的边缘设备。值得注意的是，示出了波形处理的图4、图6、图7、图8、图9、图10和图11的架构可以是完全灵活的。
图10示出了本发明的新颖性，其中，所有进程遍布云计算环境而分布。流1表示用户网络数据进入包含云计算架构的网络。可以假设用户数据被封装为以太网(帧)和IP(包)。PROC1提供成帧为具有报头信息(控制字节、序列号、类型信息等)的合适传输帧，并添加了错误检查。图10没有明确地示出计时进程，但是在云计算环境中的服务器与进程中的每一个之间传递的网络包必须所有包都具有时间戳，因此清楚地理解，在从一个进程移至另一个进程的所有信息的控制报头中具有可能使用了诸如但不限于实时协议(RTP)等的高分辨率时间戳。
流2将格式化的网络数据从PROC1引导至进程PROC2，该进程提供前向纠错(FEC)信息以便在远端进行数据恢复。
流3将具有FEC信息的波形从PROC2引导至进程PROC3，在该进程中，然后将数据从并行格式转换为串行格式。
流4将串行格式的波形数据从PROC3引导至进程PROC4，该进程然后接受波形数据并且然后执行比特到符号的映射，以创建波形星座作为调制数据。
流5将调制数据从PROC4引导至进程PROC5，该进程然后接受调制数据并且然后执行适当的滤波和脉冲整形。
流6将经脉冲整形的波形数据从PROC5引导至边缘设备，在该边缘设备处，该经脉冲整形的波形数据被接受并通过IF或RF无线电链路进行传输。
进程PROC1至PROCn中的每一个均被示出为处理波形的能力的表示，并且并不意味着示出任何一个波形将被如何处理的顺序或过程。在许多情况下，诸如加密、解密和传输安全(TRANSEC)等附加进程可能会作为将被表示为PROCn进程的模块而存在。
在优选实施例中，传统上由特制设备或半特制硬件平台支持的用于支持依赖于特制硬件或半特制硬件的软件定义调制解调器(SDM)或软件定义无线电(SDR)的整个波形创建、处理、操纵等可以完全由以高级编码语言(诸如但不限于OpenCL)实施或以ISO C99高级编程语言(诸如C、C++等)开始并转换为OpenCL(或类似语言)的云计算应用代替。可以由特制的调制器、解调器或调制解调器支持的任何和所有功能都可以被创建或表示为高级编程语言并且在云计算环境内的HPC设备上受支持。整个架构可以被支持为由单个硬件服务器支持的100％数字波形表示，其中所有进程均作用在该波形上以形成调制器、解调器、调制器/解调器(调制解调器)或从一个服务器传递至另一个服务器，并且(一个或多个)进程在其遍历云计算环境时作用于该波形。应当注意的是，PROC1、PROC2、PROC3、……PROCn(进程和/或应用)是在CPU(x86)或诸如FPGA、GPU或DSP等硬件加速单元中的任一个上运行的功能块或算法，这些功能块或算法组合构成了对通信波形的实施。根据波形的性能分析，功能块针对特定的HPC资源，该波形标识需要硬件加速以实现与特制硬件相当的性能的算法。
所描述的本发明较之特制调制解调器或特制SDR板的益处如下：
·提供弹性架构——如果路径受损，则通过云计算环境内的附加资源对该路径进行重新路由。
·提供冗余的波形处理资源——如果路径或服务器变为不可用，则通过云计算环境内的附加资源对该路径进行重新路由。
·提供几乎无限制的波形处理能力——如果正在处理的波形达到服务器上的处理极限，则另一个或多个服务器的资源在云计算环境内。
·提供短暂操作——如果仅在短时间段内需要使用波形进程，则波形可以在短时间段内(重复)被处理并被永久拆毁、或移至新位置。
·提供抽象的硬件平台——高级波形处理可以以不依赖于特定服务器或制造商技术的硬件资源的方式来执行。
·提供安全的处理环境——细节、复杂性和资源不暴露于外界并且不能被物理窃取或暴露给不友好的个人、组织或对手。
在替代实施例中，传统上由特制设备或半特制硬件平台支持的用于支持SDM或SDR的整个波形创建、处理、操纵等可以完全用以高级编码语言(诸如但不限于OpenCL)实施或以C、C++等开始并转换为OpenCL(或类似语言)的云计算应用和每个处理功能代替。可可以由特制的调制器、解调器或解调器支持的任何和所有功能都可以被创建或表示为高级编程语言并且在云计算环境内的HPC设备上受支持。在波形创建或波形接收结束时，可以使用边缘设备进行模拟格式的来回转换。对于发射链，边缘设备将通过被称为数模转换(DAC)的硬件设备将所得的全数字波形从全数字格式转换为模拟格式。相反地，对于接收链，边缘设备将接收模拟信号，并且然后利用被称为模数转换器(ADC)的硬件设备将该模拟信号转换为数字信号。一旦已经进行了转换进程，整个进程和流程将如本披露中所描述的那样。
最终的云计算模块与边缘设备之间的接口需要成帧格式，该成帧格式提供确保在云计算环境与边缘设备之间发送的消息：
·引导至正确的目的地或从已知的边缘设备接收
·无错误操作，这可能需要对数据流的FEC保护
·所有数据的有序顺序，而没有丢失或乱序的帧/包
·可以说明所有数据的时间戳记或已知的时间/延迟量，以确保包含数字波形I/Q数据的帧/包不会太迟到达或溢出
·可以利用加密的数据流
·可以利用流控制机制以减慢或加快数字I/Q数据的传递
所描述的本发明较之特制调制解调器或特制SDR板的益处如下：
·提供可以放置在可以访问互联网或云边缘的任何位置处的边缘设备。
·提供随处理技术的改进而扩展的架构。边缘设备仅是转换设备并且将对编码为数字流(I/Q样本)的波形进行最终模拟格式的来回转换。波形处理的复杂性保持在云计算结构内。
·提供安全的处理环境——仅需要调制数字I/Q波形数据在边缘设备之间来回传递，而复杂性和资源不暴露于外界并且不能被物理窃取或暴露给不友好的个人、组织或对手。
示例
以下是利用全数字云计算调制解调器的优化技术的特定实施方式，并且提供这些方法以用作非限制性示例。
示例1
用户要求将数据传递至终端卫星站。使用所描述的本发明，创建用于封装用户数据以将该用户数据作为以太网帧和/或IP包通过网络传输至数据中心的流。此外，IP核(进程)遍布云计算环境而分布。建立并初始化包括完整数字调制解调器的所有部件，并且利用全数字I/Q能力建立到卫星传送器的数字采样I/Q波形数据连接。所需数据的终端用户位于卫星链路的末端。转发继电器卫星实现卫星传送器与终端卫星接收站之间的通信。启用(由云计算IP核应用/进程创建的)全软件数字调制解调器，并且建立到终端用户的通信路径并传送数据。
示例2
在示例1中描述的系统的特定实施方式中，可以从终端用户卫星终端建立返回路径，其中通信路径从远程卫星终端通过卫星返回至卫星地球站，并且对数字I/Q波形流进行接收、解调、解码、检错、可能地进行解密、并将其传递至原始数据用户。
示例3
用户要求将数据传递至终端战术无线电用户。使用所描述的本发明，创建用于封装用户数据并将该用户数据传输至数据中心的流。此外，IP核(应用/进程)遍布云计算环境而分布。建立并初始化包括完整数字调制解调器的所有部件，并且利用全数字I/Q波形能力建立到战术无线电基站的数字I/Q波形连接。所需数据的终端用户位于战术无线电链路的末端。站点通信路径的线路允许基站与终端无线电用户之间的通信。启用(由云计算IP核应用/进程创建的)全软件数字调制解调器，并且建立到终端用户的通信路径并传送数据。
示例4
在示例3中描述的系统的特定实施方式中，可以从终端用户战术无线电建立返回路径，其中通信路径从远程战术无线电(手持用户)通过自由空间返回至战术无线电基站，并且对数字I/Q流进行接收、解调、解码、检错、可能地进行解密、并将其传递至原始数据用户。
示例5
用户要求将数据传递至终端卫星站。使用所描述的本发明，创建用于将用户数据封装为以太网帧和/或IP包并通过网络将其传输到数据中心的流。此外，IP核(应用/进程)遍布云计算环境而分布。建立并初始化包括完整数字调制解调器的所有部件，并且通过数据采样I/Q数据能力建立到支持卫星通信的边缘设备的数字I/Q波形数据连接。所需数据的终端用户位于卫星链路的末端。转发继电器卫星实现支持卫星能力的边缘设备与终端卫星接收站之间的通信。启用(由云计算IP核创建的)全软件数字调制解调器，并且建立到终端用户的通信路径并传送数据。
示例6
在示例5中描述的系统的特定实施方式中，可以从终端用户卫星终端建立返回路径，其中通信路径从远程卫星终端通过卫星返回至具有卫星能力的边缘设备，并且对数字I/Q流进行接收、解调、解码、检错、可能地进行解密、并将其传递至原始数据用户。
示例7
用户要求将数据传递至终端战术无线电用户。使用所描述的本发明，创建用于将用户数据封装为以太网帧和/或IP包并通过网络将其传输到数据中心的流。此外，IP核(应用/进程)遍布云计算环境而分布。建立并初始化包括完整数字调制解调器的所有部件，并且利用全数字采样I/Q能力建立到支持战术无线电的边缘设备的数字I/Q波形数据连接。所需数据的终端用户位于战术无线电链路的末端。站点通信路径的线路允许支持战术无线电能力的边缘设备与终端无线电用户之间的通信。启用(由云计算IP核创建的)全软件数字调制解调器，并且建立到终端用户的通信路径并传送数据。
示例8
在示例7中描述的系统的特定实施方式中，可以从终端用户战术无线电建立返回路径，其中通信路径从远程战术无线电(手持用户)通过自由空间返回至支持战术无线电能力的边缘设备，并且对数字I/Q流进行接收、解调、解码、检错、可能地进行解密、并将其传递至原始数据用户。

Claims (16)

1.一种云支持的调制解调器系统，包括：
调制子系统，该调制子系统包括：
计算机设备，该计算机设备被编程用于接受用户数据作为成帧用户数据流；
前向纠错应用，该前向纠错应用被编程用于对所述成帧用户数据流进行比特校正；
格式转换应用，该格式转换应用被编程用于将该用户数据从并行格式转换为串行格式；
映射应用，该映射应用被编程用于将该串行格式的成帧用户数据流转换为第一调制用户数据流；
滤波应用，该滤波应用被编程用于对该调制用户数据流进行电子滤波；以及
数模转换器，该数模转换器被配置用于将该调制用户数据流转换为第一模拟调制通信波形；
其中，该前向纠错应用、该格式转换应用、该映射应用以及该滤波应用各自是以OpenCL语言编写并由至少一种云环境中的至少一个服务器支持的程序；以及
解调子系统，被编程用于接收第二模拟调制通信波形，该解调子系统包括：
模数信号转换器，该模数信号转换器被配置用于将该第二模拟调制通信波形转换为第二调制用户数据流；
增益/衰减应用；
解调应用，该解调应用被编程用于将该第二调制用户数据流转换为解映射的数据比特；
前向纠错(FEC)应用；
错误检查应用；以及
解帧应用，该解帧应用被编程用于去除该第二调制用户数据流的成帧格式；
其中，该增益/衰减应用、该解调应用、该前向纠错应用、该错误检查应用以及该解帧应用各自是以Open CL语言编写并由至少一种云环境中的至少一个服务器支持的程序。
2.如权利要求1所述的云支持的调制解调器系统，进一步包括：边缘设备，其中，所述边缘设备发射所述第一模拟调制通信波形并且接收所述第二模拟调制通信波形。
3.如权利要求1所述的云支持的调制解调器系统，其中，该用户数据流作为网络数据从用户实时接收以便由该云支持的调制解调器系统进行调制。
4.如权利要求2所述的云支持的调制解调器系统，其中，该第一调制用户数据流是第一分组化数字I/Q样本流；并且
其中，该第一I/Q样本流以具有帧报头的帧格式进行封装并且被实时转发给该边缘设备。
5.如权利要求1所述的云支持的调制解调器系统，其中，该第二调制用户流是从该边缘设备实时接收的第二分组化数字I/Q样本流；其中，该第二分组化数字I/Q样本流由该解调子系统进行解调以便实时转发给用户。
6.如权利要求1所述的云支持的调制解调器系统，进一步包括：存储该用户数据的存储设备，其中，存储在存储设备中的该用户数据由该调制子系统进行调制。
7.如权利要求4所述的云支持的调制解调器系统，进一步包括：存储该用户数据的存储设备，其中，存储在存储设备中的该用户数据由该调制子系统进行调制。
8.如权利要求1所述的云支持的调制解调器系统，进一步包括：存储该第二调制用户流的存储设备。
9.如权利要求5所述的云支持的调制解调器系统，进一步包括：存储该第二调制用户流的存储设备，其中，该第二调制用户流被存储为数字化I/Q样本。
10.如权利要求1所述的云支持的调制解调器系统，其中，
该调制器子系统、该解调器子系统和该调制解调器系统中的每一者的宽带处理都由使用单个CPU的高性能计算(HPC)服务器支持。
11.如权利要求1所述的云支持的调制解调器系统，其中，
该调制器子系统、该解调器子系统和该调制解调器系统中的每一者的波形处理都由使用至少一个CPU和至少一个硬件加速设备的HPC支持。
12.如权利要求1所述的云支持的调制解调器系统，其中，
该调制器子系统、该解调器子系统和该调制解调器系统中的每一者的宽带处理跨多个HPC服务器而分布，该多个HPC服务器包含一个或多个CPU以及一个或多个硬件加速设备。
13.如权利要求1所述的云支持的调制解调器系统，进一步包括：外部时钟基准，其中，该外部时钟基准作为公共网络时钟基准被输入到该调制子系统和该解调子系统中。
14.如权利要求2所述的云支持的调制解调器系统，进一步包括：外部时钟基准，其中，该外部时钟基准作为公共网络时钟基准被输入到该调制子系统、该解调子系统和该边缘设备中。
15.如权利要求1所述的云支持的调制解调器系统，其中，该调制器子系统和该解调子系统中的每一者中的应用都可以支持多个第一和第二模拟通信调制波形。
16.如权利要求1所述的云支持的调制解调器系统，其中，OpenCL被用作用于这些调制应用和这些解调应用中的每一个的高级语言。
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