CN113242243A - 一种超带宽的信号传输方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种超带宽的信号传输方法及系统，该方法包括：采用至少两根传输光纤；在接口添加压缩和解压缩模块，采用基带信号压缩算法对数据进行压缩；采用64B/66B编码方式对进行编码。本发明实施例通过增加传输光纤数量、引入数据压缩方法并改变编码方式，提高了基带数据传输速率，满足了不断增加的数据传输需求。通过各种技术手段相互配合，以较小的改造成本，显著提升了传输带宽。

Description

一种超带宽的信号传输方法及系统
技术领域
本发明涉及移动通信技术，尤其涉及一种超带宽的信号传输方法及系统。
背景技术
随着移动通信技术的快速发展，4G网络的广泛应用、IPTV三网融合、物联网等的实施和提出、5G网络的开发与研究对信号传输带宽的需求在以惊人的速度增长。移动性、无线化、数字化和宽带化是当今信息业发展的趋势。超高速、超大容量成为信息传输追求的主要目标。
当今，光纤通信已成为世界通信中的主要传输方式，而且对光纤传输能力提出了更高的要求。在目前以光纤传输为主的通信系统中，传输速率为10Gb/s的光模块应用已经普及，在5G的应用中甚至需要采用40G或者100G的光模块，以满足不断增加的带宽需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够大幅提升传输带宽的超带宽的信号传输方法及系统。
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
根据本发明的一方面，提供了一种超带宽的信号传输方法，采用至少两根传输光纤；在接口添加压缩和解压缩模块，采用基带信号压缩算法对数据进行压缩；采用64B/66B编码方式对进行编码。
在一实施例中，该超带宽的信号传输方法采用双纤传输模式。
在一实施例中，该超带宽的信号传输方法的所述采用基带信号压缩算法对数据进行压缩具体为：采用压缩感知方法对数据进行压缩。
在一实施例中，该超带宽的信号传输方法的所述压缩感知方法包括自适应匹配追踪算法。
在一实施例中，该超带宽的信号传输方法的所述采用基带信号压缩算法对数据进行压缩具体为：采用分段近似方法对数据进行压缩。
根据本发明的另一方面，提供了一种超带宽的信号传输系统，采用至少两根传输光纤；在接口添加压缩模块和解压缩模块，所述压缩模块和解压缩模块采用基带信号压缩算法处理信号；数据传输采用64B/66B编码。
在一实施例中，该超带宽的信号传输系统采用双纤传输模式。
在一实施例中，该超带宽的信号传输系统的所述压缩模块和解压缩模块采用压缩感知方法对数据进行压缩。
在一实施例中，该超带宽的信号传输系统的所述压缩感知方法包括自适应匹配追踪算法。
在一实施例中，该超带宽的信号传输系统的所述压缩模块和解压缩模块采用分段近似方法对数据进行压缩。
本发明实施例的有益效果是：通过增加传输光纤数量、引入数据压缩方法，并改变编码方式，提高了基带数据传输速率，满足了不断增加的数据传输需求。通过各种技术手段相互配合，以较小的改造成本，显著提升了传输带宽。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1是基于CPRI协议的拉远端功能模块框架图；
图2是CPRI基站结构图；
图3是本发明实施例的接口框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
2003年，爱立信、华为、NEC、北电和西门子组成的通用无线接口联盟规定了CPRI协议标准。CPRI作为通用公共无线接口提供了无线控制设备(REC)与无线设备(RE)之间的通信标准，通用的开放标准极大节约了产品成本，提高了其通用性和灵活性，有效地满足了现代移动通信下数据的高速传输需求。图1示出了基于CPRI协议的拉远端功能模块框图。
CPRI帧分成基本帧单元和超帧单元。如图2所示，基本帧单元的帧频是3.84MHz，包括16个字(表示为W＝0...15，其中W0为控制字，后15个字为I/Q数据)，根据不同的链路速率，字的长度分别为8bits、16bits、32bits。超帧单元是由256个基本帧单元组成，其中，第1个基本帧单元里的控制字写入K28.5标志作为超帧的同步控制信息，其余的255个基本帧单元里的控制字包含控制和管理字(C&M)、厂商自定义控制字等，并预留一些控制字。
CPRI基帧频率为3.84MHz，由16列数据组成，其中第一列为控制列，其它列为IQ列。每一行以一个BYTE为单位传输，用户根据自已的传输带宽选择不同的列数。
在目前的应用中，普遍采用9.8304G的传输速率，即采用10G光模块。每个CPRI帧频为3.84MHz，每个CPRI帧由16列数据组成，且数据流经过10B/8B转换，所以每列数据长度N＝9830.4/(10/8)/3.84/16＝128bit。
对于目前的通信设备，如果要升级为25G甚至更高速率的光模块，会大大地增加硬件的成本，而且PCB设计和硬件可靠性也会面临更大的挑战。
为了解决传输带宽的问题，本发明实施例提供了一种超带宽的信号传输方法，采用至少两根传输光纤；在接口添加压缩和解压缩模块，如图3所示，并采用基带信号压缩算法对数据进行压缩；采用64B/66B编码方式对进行编码。
本方法通过将单纤传输模式改为双纤传输模式，可以在不改变硬件的情况下，仅修改FPGA相应的接口代码，就能使接口传输速率翻倍。通过引入基带信号压缩算法，减少了接口传输数据中无用信息造成的支出，同时也降低了数据吞吐量，减少和控制了光纤资源的消耗，使传输系统能利用普通低速光模块满足传输需求。通过采用64B/66B编码，提高了链路传输效率。
以将单纤传输改为双纤传输方式、采用1/2压缩比、并将8B/10B编码改为64B/66B编码为例，传输带宽可以增加2＊2＊(64/66)/(8/10)≈4.8倍。
基于位宽的数据压缩分为无损压缩和有损压缩两种。目前普遍应用的是有损压缩，它在牺牲一定的数据精度的条件下可以获得更大的压缩率。在应用中需要选择合适的压缩算法，以保证信号传输的各项性能指标。
在可能的实施例中，本方法使用分段近似的方法对数据进行处理，可实现从16位到8位的压缩，且只有0.79％的低保真损失。而1/2的压缩比能使接口传输速率翻倍，可以很好地满足高传输带宽的需求。
而在LTE系统中，基带OFDM信号值采用了部分子载波进行数据传输，在频域是稀疏的，因此在还可以采用压缩感知的数字处理方式来进行数据压缩。压缩感知是一种利用新号稀疏特性，即信号在时序或某变换域只有少量的值是非零值得情况下，通过少量压缩数据即可恢复出原始信号的算法。这能大大降低信号的传输数据量。
进一步地，对于稀疏度未知的情况，可以采用自适应匹配追踪算法，通过选定的步长进行贪婪迭代追踪，恢复出稀疏信号。
采用压缩感知的方法对LTE信号进行数据压缩，压缩率能达到25％以下，即压缩比小于1/4。
最初的CPRI标准采用的是8B/10B编码，把8位数据以10位组的形式发送，其冗余度较高。8B/10B编码耗费最少的主件设计，并提供良好的转换密度，能容易地恢复时间响应。
而本方法使用66B/64B编码代替8B/10B编码，从而提高了链路效率，传输速率从9.8304Gbps增加到10.1376Gbps。64B/66B码本身只是一种码的格式转换，其将64bit的数据编码为66bit进行传输。66bit的前两位表示同步头，主要用于接收端数据对齐和接收数据流的同步。该编码方式并没有显著增加码的0，1转换密度，其冗余度很小，代价是同步所需时间的资源相对较多。在64B/66B编码之后，还需要经过扰码以后才能进行传输。扰码是一种将数据重新排列或编码使其随机化的方法，从而减少串行数据流的码间干扰和抖动，提高通信的可靠性。
与上述方法相对应地，本发明实施例还提供了一种超带宽的信号传输系统，其采用至少两根传输光纤；在接口添加压缩模块和解压缩模块，所述压缩模块和解压缩模块采用基带信号压缩算法处理信号；数据传输采用64B/66B编码。
在可能的实施例中，该系统采用双纤传输模式。
在可能的实施例中，该系统的所述压缩模块和解压缩模块采用压缩感知方法对数据进行压缩。
在可能的实施例中，所述压缩感知方法包括自适应匹配追踪算法。
在可能的实施例中，该系统的所述压缩模块和解压缩模块采用分段近似方法对数据进行压缩。
综上所述，本发明实施例提供的超带宽的信号传输方法及系统，通过各种技术手段相互配合，以较小的改造成本，显著提升了传输带宽。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
以上所述仅为本申请的较佳实例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种超带宽的信号传输方法，其特征在于：采用至少两根传输光纤；在接口添加压缩和解压缩模块，采用基带信号压缩算法对数据进行压缩；采用64B/66B编码方式对进行编码。
2.根据权利要求1所述的超带宽的信号传输方法，其特征在于，采用双纤传输模式。
3.根据权利要求1所述的超带宽的信号传输方法，其特征在于，所述采用基带信号压缩算法对数据进行压缩具体为：采用压缩感知方法对数据进行压缩。
4.根据权利要求1所述的超带宽的信号传输方法，其特征在于：所述压缩感知方法包括自适应匹配追踪算法。
5.根据权利要求1所述的超带宽的信号传输方法，其特征在于，所述采用基带信号压缩算法对数据进行压缩具体为：采用分段近似方法对数据进行压缩。
6.一种超带宽的信号传输系统，其特征在于：
采用至少两根传输光纤；
在接口添加压缩模块和解压缩模块，所述压缩模块和解压缩模块采用基带信号压缩算法处理信号；
数据传输采用64B/66B编码。
7.根据权利要求6所述的超带宽的信号传输系统，其特征在于，采用双纤传输模式。
8.根据权利要求6所述的超带宽的信号传输系统，其特征在于：所述压缩模块和解压缩模块采用压缩感知方法对数据进行压缩。
9.根据权利要求8所述的超带宽的信号传输系统，其特征在于：所述压缩感知方法包括自适应匹配追踪算法。
10.根据权利要求6所述的超带宽的信号传输系统，其特征在于：所述压缩模块和解压缩模块采用分段近似方法对数据进行压缩。
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