CN1305264C - 一种无线局域网基带处理和编码调制的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于无线局域网基带处理和编码调制的装置及方法，该装置包括：基带信号加/解扰处理模块，卷积编/解码处理模块，交织/去交织处理模块，编/解码及调制/解调处理模块。通过在1、2Mbps速率模式下使用15-bits Barker序列扩频调制，扩频增益达到11.76dB，比协议的10.41dB增加了1.35dB；在5.625、11.25Mbps速率模式下比标准系统中相应的速率模式调制方法增加了卷积/viterbi均衡和交织/去交织处理，可以提升约3.6dB的编码增益。所述的方法独特、新颖，所述的装置构成简单、实现成本低廉、开发技术风险小。通过数字信号处理来降低误码性能和提高信道的纠错能力，从而提高无线网络的有效传输速率和网络覆盖范围。

Description

一种无线局域网基带处理和编码调制的装置及方法

技术领域

本发明属于移动通信领域，涉及一种用于无线局域网编码调制和基带处理是装置及方法，特别涉及一种基于编码应用技术中直接序列扩频的无线局域网装置及方法。

背景技术

随着现代移动通讯技术的不断发展，人们已经不再满足于语音业务的局限，出现了数据业务的需求，并且要求数据传输速率越来越快、数据吞吐量也越来越大。移动通讯业务也由2G向3G发展，并逐渐提出4G的概念。

随着计算机技术的发展，使用笔记本电脑的用户越来越多，传统的有线局域网络所固有的布线困难、成本高、维护不变的缺陷越来越凸现出来。IEEE802.11系列协议所推出的搭建无线局域网络很好的解决了这些问题，受到了家庭和办公室以及机场、宾馆和咖啡店等公共场所等的欢迎，能够很好的为这些应用环境提供方便的互联网访问服务以及专用网络的解决方案。

IEEE802.11协议及其扩展IEEE802.11b(下文简称为“标准11M WLAN系统”)采用CSMA/CD信道检测机制，通过直接序列扩频技术提供10dB以上处理增益，通过自适应调节技术，能够提供1Mbps、2Mbps、5.5Mbps以及11Mbps四种传输速率工作模式。

目前的标准11M WLAN系统在使用过程中发现存在着一些问题，这些问题比较严重地影响了WLAN的网络性能，在11M标称速率模式下，单用户实际得到的最大数据吞吐量远远达不到所称的11Mbps，随着介入的用户数目的增加，载波碰撞和信道占用也随之非线性增加，用户得到的介入速率更低。所以对现有体制进行改造是有必要的。

在本发明阐述系统中，基带处理使用加扰后编码调制的方法，提高信道的处理增益和抗干扰能力，其使用的加扰器为：

G(Z)＝Z^-7+Z^-4+1

编码调制方法为：

1Mbps速率模式：15bits Barker序列直接扩展+DBPSK调制

2Mbps速率模式：15bits Barker序列直接扩展+DQPSK调制

5.625Mbps速率模式：4bits/symbol CCK调制

11.25Mbps速率模式：8bits/symbol CCK调制

在实际应用环境中，由于无线信号的衰落、多径、延迟等等传播特性，造成信号传输质量的下降，使得无线组网时网络的有效覆盖范围远远达不到室内100m、室外300m的水平，实际的室内有效范围只有六七十米、室外一百多米。这样就远远降低了网络的覆盖效率，无形中增加了设计安装以及运营的成本，限制了用户的活动范围，并且降低了传输效率和数据吞吐量。

发明内容

本发明针对现存的“标准11M WLAN系统”中所存在的问题，提出了一种经过改进适用于无线局域网的基带处理和编码调制的装置及方法，以期有效的提高数据传输效率和网络覆盖范围，给用户提供更加优质、高效的网络环境。

本发明的目的是提出一种通过经过改进“标准11M WLAN系统”的基带处理和编码调制的装置及方法，并进而通过数字信号处理来提高接收机灵敏度、降低误码性能和提高信道的纠错能力，从而提高无线网络的有效传输速率和网络覆盖范围。

本发明提供的无线局域网基带处理和编码调制的装置是用以下技术方案实现的：

本发明提供的装置由四个电路模块组成：基带信号加/解扰处理模块(21)，卷积编/解码处理模块(22)，交织/去交织处理模块(23)，编/解码及调制/解调处理模块(24)；

所述基带信号加/解扰处理模块(21)进一步包括加扰器(211)和解扰器(212)；

所述卷积编/解码处理模块(22)进一步包括卷积码编码器(221)和卷积码解码器(222)；

所述交织/去交织处理模块(23)进一步包括交织编码器(231)和交织解码器(232)；

所述编/解码及调制/解调处理模块(24)进一步包括1Mbps编码调制处理模块(241)、2Mbps编码调制处理模块(242)、5.625Mbps编码调制处理模块(243)、11.25Mbps编码调制处理模块(244)以及1Mbps解码解调处理模块(245)、2Mbps解码解调处理模块(246)、5.625Mbps解码解调处理模块(247)、11.25Mbps解码解调处理模块(248)。

本发明提供的改进编码调制和基带处理方法，包括发信和收信，

所述发信机端包括如下步骤：

步骤一：首先根据信道质量状况选择发送速率，这一选择方式依据可以参考IEEE802.11b协议的相关内容；

步骤二：根据IEEE802.11b协议的有关内容计算PLCP HEADER中的LENGTH字段的值。对于采用CCK调制方式的数据包，数据传输的PSDU单元，每个数据帧长度规定为720bytes(34bytes帧格式+686bytes数据体)，当前传输数据量不足686bytes时，数据体尾部以10101010补足，此时PLCP HEADER中的LENGTH字段值的计算依据以实际的有效数据体长度为准；

步骤三：对于1Mbps传输方式，数据经过加扰处理后，用barker序列进行扩展，然后采用DBPSK调制输出；

步骤四：对于2Mbps传输方式，数据经过加扰处理后，用barker序列进行扩展，然后采用DQPSK调制输出；

步骤五：对于5.625Mbps传输方式，数据经过加扰处理后，经过卷积和交织处理后，用4bits/symbol的CCK调制并输出；

步骤六：对于11.25Mbps传输方式，数据经过加扰处理后，经过卷积和交织处理后，用8bits/symbol的CCK调制并输出；

所述收信机端包括如下步骤：

步骤一：首先接收的PLCP HEADER设定接收机的工作速率模式，这可以依据IEEE802.11b协议的相关内容；

步骤二：根据IEEE802.11b协议的有关内容由PLCP HEADER中的LENGTH字段值计算接收数据的长度。对于采用CCK调制方式的数据包，根据PLCP HEADER中的LENGTH字段值的计算实际传输的有效数据体长度，并在数据解调、解交织和去卷积后抛掉用于补充数据体长度的10101010比特流部分；

步骤三：对于1Mbps传输方式，数据经过经过DBPSK解调、解扩以及解扰处理后输出；

步骤四：对于2Mbps传输方式，数据经过经过DQPSK解调、解扩以及解扰处理后输出；

步骤五：对于5.625Mbps传输方式，数据经过经过4bits/symbol的CCK解调、去交织、去卷积以及解扰处理后输出；

步骤六：对于11.25Mbps传输方式，数据经过经过8bits/symbol的CCK解调、去交织、去卷积以及解扰处理后输出。

本发明所述的装置及方法与目前按照“标准11M WLAN系统”相比，具有以下特点：本发明在1、2Mbps速率模式下使用15-bits Barker序列扩频调制，扩频增益达到11.76dB，比协议的10.41dB增加了1.35dB；

在5.625、11.25Mbps速率模式下比标准系统中相应的速率模式调制方法增加了卷积/viterbi均衡和交织/去交织处理，可以提升约3.6dB的编码增益(现代通信原理，清华大学出版社，曹志刚、钱亚生，2001年3月，404页)。

本发明所述的方法独特、新颖，所述的装置构成简单、实现成本低廉、开发技术风险小。采用本发明提供的方法和装置实现“标准11M WLAN系统”，通过数字信号处理来降低误码性能和提高信道的纠错能力，从而提高无线网络的有效传输速率和网络覆盖范围。

附图说明

图1给出本发明的加扰器。

图2给出本发明的解扰器。

图3给出本发明的卷积码编码器。

图4本发明的发送支路流程图。

图5本发明的接收支路流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

图1中加扰器模块(211)加扰器的加扰多项式G(Z)＝Z^-7+Z^-4+1。

图2中解扰器模块(212)解扰器的解扰多项式G(Z)＝Z^-7+Z^-4+1。

图3为卷积码编码器(221)。

采用删除型卷积(4，3，2)码编码器，用于纠正随机产生的单个差错。卷积编/解码仅用于5.625Mbps和11.25Mbps速率传输模式下，仅仅是对MAC层传来的数据PSDU单元进行交织处理。

交织编码多项式为：

G0＝1+D²+D³+D⁵+D⁶删除比特码型110

G1＝1+D+D²+D³+D⁶删除比特码型101

卷积码解码器(222)：

卷积码译码器采用3比特软量化维特比译码技术，以获得较高的信道译码性能。

交织编码器(231)：

在接收信号中，交织处理可以将由于突发所产生的连续比特差错，可以转化为随机比特差错，以方便后续的检错和纠错处理步骤，提高信道的抗快衰落能力。交织编/解码仅用于5.625Mbps和11.25Mbps速率传输模式下，对MAC层传来的数据PSDU单元进行交织处理。数据传输的PSDU单元以帧格式进行传输，每个数据帧格式规定为不超过720bytes(34bytes帧格式+686bytes数据体)，当前传输数据量不足686bytes时，数据体尾部以10101010补足，此时实际的有效数据体长度在PLCP HEADER中的LENGTH字段表示(单位为byte)。

交织器组成的阵列为96×80(7680bits)，输入C_j(1≤j≤7680)为按列输入，填充满后输出D_I(1≤I≤7680)为按行输出，输出比特流与输入比特流关系：

D_I＝C_m×96+n

其中：m＝取余数[(I-1)/80]      n＝取除数[(I-1)/80]+1。

交织解码器(232)：

交织解码器组成的阵列为96×80(7680bits)，输入D’_j(1≤j≤7680)为按行输入，填充满后输出C’_I(1≤I≤7680)为按列输出，输出比特流与输入比特流关系：

C’_I＝D’_m×80+n

其中：m＝取余数[(I-1)/96]      n＝取除数[(I-1)/96]+1。

1Mbps编码调制处理模块(241)：

在1Mbps传输速率工作模式下，加扰后的数据先经过扩频调制，扩频码字为15bit-barker序列000100110101111。扩频后的比特流再使用DBPSK进行调制。

2Mbps编码调制处理模块(242)：

在2Mbps传输速率工作模式下，加扰后的数据先经过扩频调制，扩频码字为15bit-barker序列000100110101111。扩频后的比特流再使用DQPSK进行调制。

5.625Mbps编码调制处理模块(243)：

在5.625Mbps传输速率工作模式下，加扰后的数据经过卷积、交织后，通过4bits/symbol的CCK调制处理，并使用DQPSK进行调制。

11.25Mbps编码调制处理模块(244)

在11.25Mbps传输速率工作模式下，加扰后的数据经过卷积、交织后，通过8bits/symbol的CCK调制处理，并使用DQPSK进行调制。

1Mbps解码解调处理模块(245)

在1Mbps传输速率工作模式下，接收到的数据先经过DBPSK解调后，再使用序列000100110101111进行相关解扩处理。

2Mbps解码解调处理模块(246)

在2Mbps传输速率工作模式下，接收到的数据先经过DQPSK解调后，再使用序列000100110101111进行相关解扩处理。

5.625Mbps解码解调处理模块(247)

在5.625Mbps传输速率工作模式下，接收到的数据要进行DQPSK解调和4bits/symbol的CCK解调处理。

11.25Mbps解码解调处理模块(248)

在11.25Mbps传输速率工作模式下，接收到的数据要进行DQPSK解调和8bits/symbol的CCK解调处理。

如图1所示，在发信机侧，MAC层按照协议根据信道质量等信息决定待传输帧的传输速率，并按照协议将待传输的数据体进行拆分，其中对于CCK调制待数据按照上文发信机端实现方法之步骤二的要求进行处理并加扰(211)。然后按照协议生成PLCP Preamble/Header/CRC16，并做加扰处理(211)。

根据传输速率，分别进行信道编码和调制处理，生成PPDU单元，然后与所生成的PLCP Preamble/Header/CRC16合并形成PPDU，输出发送基带信号。

如图2所示，在收信机侧，接收的I/Q数据经过采样和A/D变换后转为数字处理。接收状态机按照协议接收PLCP Preamble/Header/CRC16，确定传输速率以及调制方式和数据体长度。通过通道滤波处理后的接收数据进行barker相关解调、峰值提取、DPSK解调(对于1,2Mbps传输速率)或者是进行CCK解调、符号判决、去交织、去卷积处理，并抛掉补充比特还原数据体(对于5.625、11.25Mbps传输速率)。最后将接收的数据解扰，发送到MAC处理单元按照协议要求进行数据还原。

Claims (2)

1.一种适用于无线局域网基带处理和编码调制的装置，其特征在于该装置包括：

基带信号加/解扰处理模块，卷积编/解码处理模块，交织/去交织处理模块，编/解码及调制/解调处理模块；

所述基带信号加/解扰处理模块进一步包括加扰器和解扰器；

所述卷积编/解码处理模块进一步包括卷积码编码器和卷积码解码器；

所述交织/去交织处理模块进一步包括交织编码器和交织解码器；

所述编/解码及调制/解调处理模块进一步包括1Mbps编码调制处理模块、2Mbps编码调制处理模块、5.625Mbps编码调制处理模块、11.25Mbps编码调制处理模块以及1Mbps解码解调处理模块、2Mbps解码解调处理模块、5.625Mbps解码解调处理模块、11.25Mbps解码解调处理模块；

所述卷积码编码器采用删除型卷积码编码器，用于纠正随机产生的单个差错；

所述卷积编/解码器用于5.625Mbps和11.25Mbps速率传输模式下，对MAC层传来的数据PSDU单元进行交织处理；

所述对MAC层传来的数据PSDU单元进行交织处理的交织编码多项式为：

G0＝1+D²+D³+D⁵+D⁶删除比特码型110

G1＝1+D+D²+D³+D⁶删除比特码型101；

所述卷积码解码器采用3比特软量化维特比译码技术，以获得较高的信道译码性能；

所述交织编码器组成的阵列为96×80，输入C_j，其中1≤j≤7680，为按列输入，填充满后输出D_I，其中1≤I≤7680为按行输出，输出比特流与输入比特流关系：

D_I＝C_m×96+n

其中：m＝取余数[(I-1)/80]      n＝取除数[(I-1)/80]+1；

所述交织解码器组成的阵列为96×80，输入D’_j，其中1≤j≤7680，为按行输入，填充满后输出C’_I，其中1≤I≤7680，为按列输出，输出比特流与输入比特流关系：

C’_I＝D’_m×80+n

其中：m＝取余数[(I-1)/96]     n＝取除数[(I-1)/96]+1；

在接收信号中，交织处理将由于突发所产生的连续比特差错，转化为随机比特差错，以方便后续的检错和纠错处理，提高信道的抗快衰落能力；

交织编/解码器用于5.625Mbps和11.25Mbps速率传输模式下，对MAC层传来的数据PSDU单元进行交织处理；

数据传输的PSDU单元以帧格式进行传输，每个数据帧格式规定为720bytes，其中包括34bytes帧格式和686bytes数据体，当前传输数据量不足686bytes时，数据体尾部以10101010补足，此时实际的有效数据体长度在PLCP HEADER中的LENGTH字段表示；

所述1Mbps编码调制处理模块在1Mbps传输速率工作模式下，加扰后的数据先经过扩频调制，扩频码字为15bit-barker序列000100110101111；

扩频后的比特流再使用DBPSK进行调制；

所述2Mbps编码调制处理模块在2Mbps传输速率工作模式下，加扰后的数据先经过扩频调制，扩频码字为15bit-barker序列000100110101111；

扩频后的比特流再使用DQPSK进行调制；

所述5.625Mbps编码调制处理模块在5.625Mbps传输速率工作模式下，加扰后的数据经过卷积、交织后，通过4bits/symbol的CCK调制处理，并使用DQPSK进行调制；

所述11.25Mbps编码调制处理模块在11.25Mbps传输速率工作模式下，加扰后的数据经过卷积、交织后，通过8bits/symbol的CCK调制处理，并使用DQPSK进行调制；

所述1Mbps解码解调处理模块在1Mbps传输速率工作模式下，接收到的数据先经过DBPSK解调后，再使用序列00010011010111进行相关解扩处理；

所述2Mbps解码解调处理模块在2Mbps传输速率工作模式下，接收到的数据先经过DQPSK解调后，再使用序列000100110101111进行相关解扩处理；

5.625Mbps解码解调处理模块在5.625Mbps传输速率工作模式下，接收到的数据要进行DQPSK解调和4bits/symbol的CCK解调处理；

所述11.25Mbps解码解调处理模块在11.25Mbps传输速率工作模式下，接收到的数据要进行DQPSK解调和8bits/symbol的CCK解调处理。

2.一种适用于无线局域网基带处理和编码调制的方法，包括发信和收信，所述发信机端进一步包括如下步骤：

步骤一：首先根据信道质量状况选择发送速率，这一选择方式依据可以参考IEEE802.11b协议的相关内容；

步骤二：根据IEEE802.11b协议的有关内容计算PLCP HEADER中的LENGTH字段的值，对于采用CCK调制方式的数据包，数据传输的PSDU单元，每个数据帧长度规定为720bytes其中包括34bytes帧格式和686bytes数据体，当前传输数据量不足686bytes时，数据体尾部以10101010补足，此时PLCP HEADER中的LENGTH字段值的计算依据以实际的有效数据体长度为准；

步骤三：对于1Mbps传输方式，数据经过加扰处理后，用barker序列进行扩展，然后采用DBPSK调制输出；

步骤四：对于2Mbps传输方式，数据经过加扰处理后，用barker序列进行扩展，然后采用DQPSK调制输出；

步骤五：对于5.625Mbps传输方式，数据经过加扰处理后，经过卷积和交织处理后，用4bits/symbol的CCK调制并输出；

步骤六：对于11.25Mbps传输方式，数据经过加扰处理后，经过卷积和交织处理后，用8bits/symbol的CCK调制并输出；

所述收信机端进一步包括如下步骤：

步骤一：首先根据接收的PLCP HEADER设定接收机的工作速率模式，这可以依据IEEE802.11b协议的相关内容；

步骤二：根据IEEE802.11b协议的有关内容由PLCP HEADER中的LENGTH字段值计算接收数据的长度，对于采用CCK调制方式的数据包，根据PLCP HEADER中的LENGTH字段值，计算实际传输的有效数据体长度，并在数据解调、解交织和去卷积后抛掉用于补充数据体长度的10101010比特流部分；

步骤三：对于1Mbps传输方式，数据经过DBPSK解调、解扩以及解扰处理后输出；

步骤四：对于2Mbps传输方式，数据经过DQPSK解调、解扩以及解扰处理后输出；

步骤五：对于5.625Mbps传输方式，数据经过4bits/symbol的CCK解调、去交织、去卷积以及解扰处理后输出；

步骤六：对于11.25Mbps传输方式，数据经过经过8bits/symbol的CCK解调、去交织、去卷积以及解扰处理后输出。

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