兼容多协议和非标准协议的无线物理层处理系统及方法技术方案

本发明专利技术公布了兼容多协议和非标准协议的无线物理层处理系统和实现方法，系统包括配置表写入控制系统、配置表存储系统、配置表读取及信号处理系统；配置表用于存储数据帧信号处理所需的各个字段的参数；配置表写入控制系统生成参数并写入到配置表；配置表存储系统用于存储参数；配置表读取及信号处理系统用于读取参数与处理物理层信号；通过对配置表中的参数进行修改和信号处理，实现多协议及非标准协议的兼容。利用本发明专利技术，可方便快捷地完成物理层信号处理参数及帧结构的修改，实现多协议与非标准协议的兼容，为无线网络开发提供便利，节约硬件资源，降低开发难度。

Wireless physical layer processing system compatible with multi protocol and non-standard protocol and method thereof

The invention discloses a wireless physical layer processing system compatible with multi-protocol and non-standard protocol and its implementation method. The system includes a configuration table writing control system, a configuration table storage system, a configuration table reading and signal processing system, a configuration table for storing parameters of each field required for data frame signal processing, and a configuration table writing control system. The system generates parameters and writes them into the configuration table; the configuration table storage system is used to store parameters; the configuration table reading and signal processing system is used to read parameters and process physical layer signals; the compatibility of multi-protocol and non-standard protocol is realized by modifying and signal processing parameters in the configuration table. By using the invention, the physical layer signal processing parameters and frame structure can be easily and quickly modified, the compatibility of multi-protocol and non-standard protocol can be realized, the development of wireless network can be facilitated, the hardware resources can be saved, and the development difficulty can be reduced.

【技术实现步骤摘要】
兼容多协议和非标准协议的无线物理层处理系统及方法
本专利技术涉及一种无线物理层处理系统及方法，尤其涉及一种可兼容多协议及非标准协议的无线物理层系统及方法。
技术介绍
无线网络正在越来越全面地影响着人类的生活，从手机、平板、电脑到智能家居用品，再到物联网的高速发展，无线网络已经越来越不可或缺，根据华为公司预测，到2025年，网络设备接入量将达到1000亿台，而这些设备中，大部分都将通过无线网络进行互连。802.11协议族是由国际电工电子工程学会(IEEE)制定的一系列无线局域网标准，主要规定了媒体访问控制层(MAC层)与物理层(PHY层)，日常生活中常用的WIFI即使用了802.11协议的媒体访问控制层与物理层部分。802.11协议族包括十多种协议并仍在逐步扩充中，日常生活与科学研究中涉及较多的有802.11a，802.11b，802.11g，802.11n与802.11ac，协议的逐步发展提高了数据传输速率，但也带来了多协议兼容上的困难。同时，在科学研究中，为了改进协议，经常需要将协议中的某一部分改为非标准的，因此，兼容多协议甚至非标准协议的无线物理层成为一种需求。物理层(PhysicalLayer，简称PHY层)定义了数据传送与接收所需要的数据编码、电/光信号、时钟基准等，并向MAC层提供标准接口。广义上来说，物理层还包括传输信道，狭义的物理层指进行数据编解码的部分。现有的物理层设计与实现绝大部分是闭源的，即商用无线网卡，这些网卡实现了协议的标准要求，但却不具备可重构能力，每个芯片所能实现的协议是固定的；除此之外，也存在一些开源的物理层设计与实现，相较于商用网卡，可以基于这些开源项目进行物理层的修改和算法验证，这在一定程度上满足了无线网络开发的需求。但是，随着协议发展与学术研究的逐步深入，现有的开源物理层设计已经越来越难以满足需求，目前尚未出现能够同时兼容多协议与非标准协议的无线物理层。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种通过重配置参数实现无线物理层同时兼容多协议及非标准协议的方法和系统，可提高无线网络使用与设计的便捷性。为了便于说明，本专利技术约定：“PHY层”表示无线网络物理层；“MAC(MediaAccessControl)层”表示无线网络媒体访问控制层；“用户”表示PHY层参数设定者，包括但不限于固定设置程序、自动化设置程序；“ACK帧”表示确认应答帧，即Acknowledge帧；“signal字段”表示帧头部的信号字段。本专利技术的核心是：物理层(PHY层)定义了数据传送与接收所需要的数据编码、电/光信号、时钟基准等，并向MAC层提供标准接口。本专利技术所涉及的物理层指进行数据编解码的部分的狭义物理层。本专利技术的核心主要包括：(1)在物理(PHY)层中，数据帧由多个字段构成。如图1所示，不同字段的信号处理参数可能不同，而不同协议的帧的字段构成也不同，因此，本专利技术以字段为单位进行物理层信号处理，以便于实现对不同协议及非标准协议的兼容；(2)在现有传统的PHY层信号处理流水线外，添加全局配置表，通过全局配置表控制信号处理流水线工作，形成一套可动态修改各字段信号处理参数的物理层处理系统。物理层各信号处理模块通过读取上述全局配置表获取各物理层参数，网络上层可以通过修改全局配置表动态改变各物理层参数，从而实现多协议与非标准协议的兼容。本专利技术中，可设置的参数包括但不限于PHY层流水线结构、PHY层帧结构及字段组成、PHY层各信号处理模块对每个字段的信号处理参数。本专利技术的技术方案如下：一种同时兼容多协议及非标准协议的无线物理层处理系统，可部署在包括但不限于FPGA、网卡芯片的设备平台上，上述无线物理层处理系统包括配置表写入控制系统、配置表存储系统、配置表读取及信号处理系统，如图2所示。A1.所述配置表写入控制系统，负责完成PHY层参数的生成及写入，如图3所示，分为PHY层参数生成模块，配置表写入模块。其中PHY层参数生成模块，负责提供各模块对各字段的信号处理参数，发送端参数由MAC层提供，接收端参数由PHY层自行生成。其中配置表写入模块负责将已生成的参数更新至全局配置表中。A2.所述配置表存储系统，负责PHY层参数存储，如图4所示，分为发送端配置表存储模块与接收端配置表存储模块，分别存储发送端与接收端的全部PHY层参数，所述参数存储在全局配置表中，针对不同信号处理模块所需的参数，将各个字段的参数分别存储在全局配置表中，供配置表读取及信号处理系统读取；配置表读取及信号处理系统的每个信号处理模块每处理完一个字段，即读取下一个字段的参数，为下一字段的处理做准备，当处理完全部字段后，则跳回第一个字段，重新开始帧的处理。而网络上层通过修改上述配置表，可以修改帧的字段构成，每个字段的信号处理参数等，从而实现不同协议及非标准协议的兼容。A3.所述配置表读取及信号处理系统，负责PHY层参数读取及PHY层信号处理，如图5所示，对于PHY层流水线中的每个信号处理单元，分为配置表读取模块与信号处理模块。其中配置表读取模块如A2所述预先在配置表存储系统中读取下一字段的信号处理参数，提供给信号处理模块使用。其中信号处理模块负责完成PHY层所要求的信号处理过程。上述无线物理层处理系统的实现方法包括配置表写入控制过程、配置表存储过程、配置表读取及信号处理过程；包括如下步骤：1)配置表写入控制过程：设计用于存储PHY层参数的全局配置表；将发送端与接收端的全部PHY层参数均存储在全局配置表中；具体地，11)PHY层参数生成：由MAC层生成发送端PHY层参数，由PHY层自行生成接收端PHY层参数；12)配置表写入：将已生成的PHY层参数更新至配置表中；2)配置表存储过程：将存储发送端与接收端全部PHY层参数的配置表作为配置表存储系统的组成部分；3)配置表读取及信号处理过程：从配置表存储系统中读取即将到来字段的参数，提供给信号处理模块；信号处理模块针对所述参数，进行信号处理。针对上述通过重配置参数实现无线物理层同时兼容多协议及非标准协议的方法，进一步地，对于信号处理相关的参数以字段为基本处理单位，从而解决了一帧中包含不同字段的问题，并可通过修改PHY层各信号处理模块参数提供非标准协议的帧结构。另外，以字段为处理单位的处理方式简化了PHY层的复杂度，弱化了不同协议所造成的PHY层流水线差异。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种通过重配置参数实现无线物理层同时兼容多协议及非标准协议的方法和无线物理层系统，在PHY层信号处理中，采用以字段为单位的处理方式，并结合配置表，使得PHY层流水线结构、帧结构和信号处理参数可以通过修改配置表参数实现，从而实现多协议与非标准协议的兼容。利用本专利技术提供的技术方案，可以方便快捷地完成PHY层信号处理参数及帧结构的修改，更加简单地完成多协议与非标准协议的兼容，为无线网络开发者提供了便利，节约了硬件资源，降低了开发难度。附图说明图1是本专利技术提出的物理层中以字段为基本构成单位的帧结构示意图。图2是本专利技术提供的同时兼容多协议及非标准协议的无线物理层处理方法和系统框图。图3是本专利技术提供的无线物理层中配置表写入控制系统的结构框图。图4是本专利技术提供的无线物理层中配置表存储系统的结构框图。图5是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种兼容多协议和非标准协议的无线物理层处理系统，可部署在包括但不限于FPGA、网卡芯片设备平台上，包括配置表写入控制系统、配置表存储系统、配置表读取及信号处理系统；所述无线物理层处理系统中，每一个数据帧由多个字段构成；所述配置表写入控制系统包括无线网络物理层参数生成模块和配置表写入模块，用于生成无线网络物理层参数并写入到配置表；所述配置表的结构包括数据帧的字段和每个字段的信号处理参数信息，用于存储数据帧信号处理所需的各个字段的参数；所述配置表存储系统包括发送端配置表存储模块和接收端配置表存储模块，用于存储无线网络物理层参数；所述配置表读取及信号处理系统包括配置表读取模块和信号处理模块，用于读取无线网络物理层参数与处理无线网络物理层信号；针对由多个字段构成每一个数据帧，所述配置表读取模块从所述配置表存储系统的配置表中逐个读取每个字段的参数，所述信号处理模块对获得的字段逐个进行处理；所述无线物理层处理系统通过对所述配置表中的参数进行修改和信号处理，实现不同协议及非标准协议的兼容。

【技术特征摘要】
1.一种兼容多协议和非标准协议的无线物理层处理系统，可部署在包括但不限于FPGA、网卡芯片设备平台上，包括配置表写入控制系统、配置表存储系统、配置表读取及信号处理系统；所述无线物理层处理系统中，每一个数据帧由多个字段构成；所述配置表写入控制系统包括无线网络物理层参数生成模块和配置表写入模块，用于生成无线网络物理层参数并写入到配置表；所述配置表的结构包括数据帧的字段和每个字段的信号处理参数信息，用于存储数据帧信号处理所需的各个字段的参数；所述配置表存储系统包括发送端配置表存储模块和接收端配置表存储模块，用于存储无线网络物理层参数；所述配置表读取及信号处理系统包括配置表读取模块和信号处理模块，用于读取无线网络物理层参数与处理无线网络物理层信号；针对由多个字段构成每一个数据帧，所述配置表读取模块从所述配置表存储系统的配置表中逐个读取每个字段的参数，所述信号处理模块对获得的字段逐个进行处理；所述无线物理层处理系统通过对所述配置表中的参数进行修改和信号处理，实现不同协议及非标准协议的兼容。2.如权利要求1所述无线物理层处理系统，其特征是，所述参数包括但不限于：无线网络物理层流水线结构参数、无线网络物理层帧结构及字段组成参数、无线网络物理层各信号处理模块对每个字段的信号处理参数。3.如权利要求1所述无线物理层处理系统，其特征是，所述配置表写入控制系统中，所述物理层参数生成模块用于提...

【专利技术属性】
技术研发人员：王韬，李志伟，吴浩洋，丁博岩，吕松武，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11