本发明专利技术公开了一种用于太赫兹无线网络的物理层架构系统，包括发射端和接收端；发射端包含加扰模块、成帧模块、前向纠错编码模块、添加帧前缀模块、高速收发模块、开关键控调制模块、太赫兹频率源；接收端包括与发射端相对应的接收处理模块，包括直接检波器、高速收发与数据时钟恢复模块、帧同步模块、前向纠错译码模块、拆帧模块和解扰模块；本发明专利技术可直接对比特数据流进行处理，避免进行复杂的数字信号处理，适用于单路高达100Gbps量级的太赫兹高速无线网络应用，结构更简单，便于专用处理器件设计，容易进行功耗与体积控制；在技术可行性上可完全并行化，可在现有水平的FPGA器件上实现，对硬件性能要求低于现有架构要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及无线通信
，具体是一种用于太赫兹无线网络的物理层架构。
技术介绍
现有广泛应用的WiFi网络基于电气与电子工程师协会（I邸E)提出的802. 11协 议，主要采用2. 4GHz或5GHz频段进行通信。协议架构的简化模型如图1所示，主要分为物 理（PHY)层和媒体接入控制（MAC)层。MAC层由MAC协议子层和MAC管理模块组成，PHY层 由物理媒介依赖（PMD)子层、物理协议汇聚（PLCP)子层和PHY管理模块（PLME)组成。 物理层的主要功能包括S个； 1)通过载波和调制完成帖数据的发送，该功能由PMD子层实现。 2)完成MAC层和PHY层的帖交换，该功能由化CP子层实现。 3)为MAC层提供物理载波监听功能。 根据所采用的技术不同，WiFi网络的PHY层常用类型包括直接序列扩频（DSSS) PHY(包含其改进版本HR/DSSSPHY和邸PHY)、频率跳变扩频（F服S)PHY、正交频分 复用（(FDM)PHY(包含其改进版本HTPHY)等。下面根据公开发表的IE邸标准文件 802. 11 ?-2012,对不同类型的WiFi物理层架构的内容进行简要说明。UDSSSPHY.hr/DSSSPHY.ERPHY 化CP将MAC送来的待发送数据（即MAC层协议数据单元，缩写为MPDU)按照一定的 帖格式打包成化CP协议数据单元（PPDU)，并对设备的收发状态进行控制。图2所示为 PPDU帖的结构，包含化CP前缀（Preamble)、化CP头部（Header)和MPDUS个部分组成。 前缀包含同步（SYNC)字段和帖起始定界（S抑）字段；SYNC字段为128比特加扰的"1"序 列，用于接收机进行载波同步和时间同步，使接收机能正确接收之后从SFD字段起始的 数据；SFD字段用于标记PPDU的起始位置，使数据处理模块能正确解释后续比特流的含 义，DSSSPHY中S抑采用固定的16比特序列"0xF3A0"。化CP头部包含信号（SIGNAL)、 服务（沈RVICE)、长度（LENGTH)和循环冗余校验（CRC)四个字段；SIGNAL字段用于指示接 收机采用哪种解调方案对MPDU进行解调；SERVICE字段目前为保留字段，后续另有应用； LENGTH字段指示了MPDU部分的长度，单位为微秒，MAC层用该值来确定PPDU的结束时间； CRC字段用于对化CP头部数据的正确性进行校验，采用CRC-16校验方法，校验多项式为[000引PMD子层从PPDU获取需要发送的信息比特，利用DSSS技术和载波调制将比特数 据转换为射频（RF)信号，并从天线上发射出去。图3-4所示分别为发射端和接收端的DSSS 物理层的PMD子层。数据分别经过加扰（Scramb1er)、DSSS扩频、滤波、调制后被发射出去。 数据加扰的目的是将被发送比特流中长时间连续的0或1进行转换，使数据流近 似于随机序列，包含足够多的〇、1转换，消除连续〇、1序列中的直流分量，便于前端射频器 件发射和接收。DSSSPHY采用加扰多项式关 DSSS技术属于扩频技术的一种，通过采用比发送信息所需的最小带宽大得多的带 宽，来换取干扰抑制、降低能量密度、提高时间分辨率、多址接入等通信优势。DSSSPHY采用 11 片己克码；+1，-1，+1，+1，- 1，+1，+1，+1，- 1，- 1，- 1。 滤波的作用是消除通信频带外的能量，避免对网络中的其他设备造成影响。[001引DSSSPHY采用两种调制方式；差分二进制相移键控（DBPSK)、差分四相相移键控 (DQPSK)oDSSSPHY仅能够提供1Mbps(DBPSK调制）和2Mbps(DQPSK调制）的传输速率，在 带宽需求迅速增长的今天，显然已无法满足网络中高速无线传输的要求。 高速（皿）DSSS物理层HR/DSSSPHY在DSSSPHY的基础架构上进行了技术扩充， 使其传输速率增加到最高11Mbps，部分解决了DSSSPHY速率过低的缺点，但仍然不高。 其扩充的技术包括： 1) 采用8片补码键控（CCK)方式进行调制（11Mbps); 2) 72比特的化CP短前缀代替144比特的长前缀（5. 5Mbps或11Mbps)。ERPHY(也缩写为ERP)将DSSS技术和OFDM技术相结合，对DSSS和HR/DSSSPHY 进行了速率拓展，将传输速率提升到最高54Mbps。并与DSSSPHY、HR/DSSSPHY相兼容。 2、即SSPHY FHSS是另一种扩频技术，发射信号在跳频带宽内进行伪随机跳变。[001引 图5为F服SPHY的PPDU帖结构。与DSSS物理层帖格式类似，F服S物理层帖同 样包含化CP前缀、PLCP头部和化CP服务数据单元（PSDU)S个部分。其中PSDU即MAC层 协议数据单元MPDU。与DSSS物理层不同的是，前缀中SYNC字段为80比特"0/1"交替的序 列，起始定界符S抑的值定义为"OxOCBD"。头部包含PLW、PSF和校验S个字段；PLW指示了 PSDU包含的字节数；PSF字段指示了PSDU传输的速率，从1Mbps到4. 5Mbps;校验字段采用 与DSSS物理层相同的CRC-16校验方法。PSDU部分的加扰方法与DSSS物理层相同。 F服SPHY的PMD子层提供1Mbps和2Mbps两种速率的实现方案。1Mbps的方案采 用2GFSK调制技术，按照预先定义的跳频频率集进行工作；2Mbps的方案采用4GFSK调制技 术。 3、0FDMPHY'HTPHY (FDM物理层用于(FDM通信系统，能够提供最高54Mbps的传输速率。在2. 4GHz频段 采用了 52个子载波进行通信，支持的调制解调方式包括BPSK、QPSK和正交调幅（16-QAM或 64-QAM)。 (FDM技术即"正交频分复用"技术，是多载波调制技术的一种。其基本思想是将信 道分为若干正交的子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信 道上进行传输。正交的子信号可W通过在接收端采用相关技术来分开，该样可W减少子信 道之间的串扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上可W看 成平坦性衰落，从而可W消除码间串扰，而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的 一小部分，信道均衡变得相对容易。[002引图6所示为(FDM物理层的PPDU帖格式。包括化CP前缀、化CP头部、PSDU、尾部 (Tail)和化dBits五个部分，PLCP头部又分为RATE、1比特保留字段、LENGTH、1比特奇偶 校验（Parity)、Tail和SERVICE六个字段。化CP前缀包含10个短训练符号和2个长训练符 号，分别用于接收机进行粗同步和细同步。各个部分的时长如图7所示。化CP头部的前五 个字段组成了一个独立的OFDM符号（Symbol),该个符号称为SIGNAL并固定采用BPSK方 式调制W及编码效率为1/2的前向纠错（FEC)编码，不进行加扰处理。化CP头部的SERVICE 字段、PSDU、尾部（Tail)和化dBits被统一称为DATA,其传输速率由RATE字段决定。 图8-9所示为(FDM物理层的发射机和接收机功能框图。待发送数据分别经过FEC、 交织、映射、逆傅立叶变换本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于太赫兹无线网络的物理层架构，其特征在于：包括发射端和接收端；发射端包含加扰模块、成帧模块、前向纠错编码模块、添加帧前缀模块、高速收发模块、开关键控调制模块、太赫兹频率源；接收端包括与发射端相对应的接收处理模块，包括直接检波器、高速收发与数据时钟恢复模块、帧同步模块、前向纠错译码模块、拆帧模块和解扰模块。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴秋宇，林长星，陆彬，邓贤进，张健，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51
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