一种双频结合的太赫兹无线局域网协议构架制造技术

本发明专利技术公开了一种双频结合的太赫兹无线局域网协议构架，包括物理层和数据链路层；物理层包括基于802.11协议的2.4GHz PHY和太赫兹PHY，数据链路层包含两级MAC子层，两级MAC子层是独立下MAC层和公共上MAC层；所述独立下MAC层包括基于802.11协议的下MAC层和太赫兹下MAC层；本发明专利技术在用户接入及低速数据传输时利用2.4GHz频段Wi-Fi进行，保证了局域网的宽覆盖范围特性；在需要进行高速数据传输时再切换到太赫兹频段，进行太赫兹高速数据传输，保证了太赫兹局域网的高速率特性；使得太赫兹无线局域网具备在较大覆盖范围内提供超高速率联网通信的能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信
，具体是一种双频结合的太赫兹无线局域网协议构架。
技术介绍
目前得到广泛应用的2.4GHz/5GHz频段的基于802.lla/b/g/n等协议的W1-Fi局域网的网络协议构架简化参考模型如图1所示，其主要分为物理层(PHY)和数据链路层(MAC)，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管理模块组成。这种网络结构中通信频率一般采用2.4GHz或者5GHz，天线均采用了近全向天线，以保证较大的网络空间覆盖范围。然而，电磁波在自由空间的损耗与频率的平方正相关，即载波频率每提高一个量级，电磁波的自由空间损耗将提高20分贝(dB)，通信系统的接收信噪比将降低20dB。因此在太赫兹频段(载波频率在10GHz到1THz之间)，由于通信载波频率比现有W1-Fi采用的2.4GHz/5GHz提高了近两个量级以上，通信系统的接收信噪比将降低近40dB以上，为了达到与原来通信系统相同的接收信噪比，在发射功率不变的情况下就要求收发天线增益提高近40dB以上。我们都知道1dB增益的天线波束宽度大约为45度，而35dB增益的天线波束宽度就仅仅只有2.6度，降低了一个量级以上。因此，在太赫兹频段构建的无线局域网由于载波频率的提高，天线波束宽度将极大变窄，覆盖范围将急剧缩小，现有的W1-Fi网络结构已经无法实现有效的大区域范围覆盖。为了解决这个覆盖范围的问题，一种可能的技术方案是采用波束成形及控制技术，如相控阵天线，利用波束成形及电扫描方式进行快速扫描对准，对准之后再进行通信。60GHz频段的无线局域网/个域网协议802.15.3c及802.1lad中即采用了这种技术方案。802.15.3c中采用的波束控制方案如图2所示，其用户接入及波束对准由实时调整波束宽度实现，即在用户接入阶段将天线波束宽度由半全向逐渐往精细指向调节，一步一步锁定用户所在区域，待精确指向对准后再利用高定向高增益的天线进行高速数据传输通信。802.1lad中采用的波束控制方案如图3所示，其用户接入及波束对准分收发端分别进行，即:在用户接入阶段，首先接收端用近全向天线接收信号，发送端实时调整发射波束方向，找到最佳指向后改用全向天线发射信号，接收端再调整天线为精确指向并实时调整其波束方向，找到最佳接收指向之后，收发双方再同时利用高定向天线进行精细对准，以达到最佳的对准效果，随后再进行高速数据传输通信。由于太赫兹频段比60GHz频段至少再高了 I倍以上，因此天线的增益将会更大，其波束宽度更窄，如果在太赫兹频段采用这种类似的扫描对准再通信的技术方案的话，需要的扫描对准时间将会更长，从而降低了局域网的整体效率。同时，这种扫描对准策略本身也是非常复杂和繁琐的，在实际应用中难以实现。另外，太赫兹频段的核心电子学器件还不够成熟，生产太赫兹频段的相控阵芯片还比较困难，故当前阶段采用波束成形及控制方案还不太现实。再者，由于太赫兹频段的波长很短，其对物质的穿透、绕射等特性均较差，在室内局域网应用时很容易被人体、物品等遮挡而无法实现有效通信，此时扫描对准再通信技术将失效。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题，提出了一种由基于802.11协议的2.4GHz频段W1-Fi局域网及高速太赫兹通信链路的双频结合的太赫兹无线局域网协议构架，其在用户接入及低速数据传输时利用2.4GHz频段W1-Fi进行，保证了局域网的宽覆盖范围特性；在需要进行高速数据传输时再切换到太赫兹频段，进行太赫兹高速数据传输，保证了太赫兹局域网的高速率特性；使得太赫兹无线局域网具备在较大覆盖范围内提供超高速率联网通信的能力，从而为高速太赫兹通信的窄波束与局域网要求的宽覆盖范围的矛盾提供了一种可能的解决途径。本专利技术的技术方案如下: 一种双频结合的太赫兹无线局域网协议构架，其特征在于:包括物理层(PHY)和数据链路层(MAC);物理层包括基于802.11协议的2.4GHz PHY和太赫兹PHY，数据链路层包含两级MAC子层，两级MAC子层是独立下MAC层和公共上MAC层；所述独立下MAC层包括基于802.11协议的下MAC层和太赫兹下MAC层。整个网络通信分为两种模式模式和太赫兹模式(THz模式)模式完全兼容现有的W1-Fi标准，提供与现有W1-Fi完全相同的功能，包括:低速数据传输，整个太赫兹无线局域网的接入控制、指令传输、断开控制、接入授权控制、漫游、安全、多用户管理等功能；THz模式用于进行太赫兹天线对准及超高速率的数据收发功能。所述公共上MAC层用于通信模式的选择及数据分发，即判断需要发送的数据是低速数据还是高速数据，如果是低速数据则利用W1-Fi模式发送，如果是大量高速数据则采用太赫兹模式发送。所述基于802.11协议的下MAC层和基于802.11协议的2.4GHz PHY提供现有W1-Fi标准的物理层和数据链路层支持，实现W1-Fi模式功能。所述太赫兹下MAC层和太赫兹PHY层提供太赫兹模式下的超高速率数据收发功會K。所述太赫兹模式下的超高速数据收发过程，即首先在W1-Fi模式下进行高速数据传输的用户接入请求控制及太赫兹天线的波束对准(波束对准可用相控阵天线或机械转台天线实现)，然后完成收发链路参数的协商，并将参数下发给太赫兹PHY，最后利用协商的参数在太赫兹链路下进行高速数据的收发。用户接入控制及太赫兹波束对准的详细流程如下: 首先，在接入请求阶段，由于收发双方的太赫兹波束极有可能是没有对准的，因此需要利用传统的基于802.11协议的W1-Fi标准来传输接入请求，即利用含有全向天线的W1-Fi标准来传输接入请求及太赫兹波束扫描请求； 其次，在波束对准阶段，收发双方先利用W1-Fi中的MIMO等技术进行双方位置的粗估计，并利用该位置信息引导太赫兹波束控制系统进行太赫兹波束的粗对准； 然后，收发双方再通过协作迭代扫描方式进行太赫兹波束的精细对准，该过程中的控制信息及对准状态等信息的交互均通过W1-Fi链路进行传输； 最后，再在建立的太赫兹链路上进行超高速率的数据传输。本专利技术的有益效果如下: 1.利用2.4GHz频段的W1-Fi通信保证了局域网的宽覆盖范围特性和较低速率的通信性能，利用太赫兹通信保证了超高速率的通信特性，使得太赫兹无线局域网具备在较大覆盖范围内提供超高速率联网通信的能力，为高速太赫兹通信的窄波束与局域网要求的宽覆盖范围的矛盾提供了一种可能的解决途径。2.双频结合的构架以及利用2.4GHz频段进行通信双方位置初步估计、对准信息交互、链路参数协商等，避免了复杂的相控阵波束成型及扫描对准策略、缩当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双频结合的太赫兹无线局域网协议构架，其特征在于：包括物理层和数据链路层；物理层包括基于802.11协议的2.4GHz PHY和太赫兹PHY，数据链路层包含两级MAC子层，两级MAC子层是独立下MAC层和公共上MAC层；所述独立下MAC层包括基于802.11协议的下MAC层和太赫兹下MAC层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林长星，吴秋宇，张健，陆彬，邓贤进，
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