基于软件的云计算调制器/解调器即调制解调器制造技术

提供了一种使用云计算的分布式处理资源的全数字纯软件调制解调器。具体地，以前由特制的软件、固件、现场可编程门阵列(FPGA)硬件描述语言(HDL)固件以及专用集成电路(ASIC)支持的所有进程在本披露中完全由云计算环境内的高性能计算(HPC)服务器支持。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于软件的云计算调制器/解调器即调制解调器相关申请的交叉引用本申请是专利合作条约下的国际申请，该国际申请要求于2017年10月12日提交的美国非临时专利申请号15/782,651的权益，该国际申请要求于2017年6月22日提交的美国临时申请号62/523,713的优先权，该申请的内容通过引用以其全文结合在此。
技术介绍
自从引入了通信，使用被称为调制器/解调器或通常被称为“调制解调器”的特制设备来接受用户信息、将用户数据调制为称为波形的格式并通过介质进行传输。相反地，调制解调器包含用于在接收端接收调制波形并将该波形解调为原始用户数据的能力。调制器、传输介质和解调器的组合集合在本领域中被称为通信路径。传统地，调制解调器是使用具有专用软件和/或专用固件的专用部分来创建调制解调器的特制设备。截至最近几年，一种被称为软件定义调制解调器(SDM)的新概念已成为现实，该软件定义调制解调器使用设置有通用的调制器和解调器板的相对通用的印刷电路板(PCB)，旨在使得通用处理器可以支持某种程度上通用的调制解调器上的被设置用于创建调制解调器的软件包。
所描述的本专利技术使用“全软件”方法在被称为“云计算”的分布式计算结构内创建调制解调器，该调制解调器由被称为高性能计算(HPC)服务器的商用现成品(COTS)硬件支持。现在，HPC架构由分布式处理公司(诸如亚马逊网络服务(AWS)、谷歌云计算、微软的Azure等)支持。而且，已知正由云计算公司支持的架构也支持或启用软件定义联网(SDN)。所描述的方法为本领域技术人员例如软件架构师、网络工程师或调制解调器设计师提供了理解本披露中描述的概念的能力。相关技术本披露涉及描述调制器和/或解调器(调制解调器)的方法，该调制器和/或解调器是使用高级编程语言(诸如OpenCL、C、C++等)并将该高级编程语言实施为分布式计算架构内的基于云的HPC平台上的应用来创建的。所描述的方法提供了关于可以如何使用高级计算语言来创建全软件调制解调器的描述、以及可以如何在基于云的架构中支持该全软件调制解调器以使用全数字计算设备来创建通信波形的描述。所描述的方法可以用于提供在使用基于云的处理架构内可用的处理资源的硬件或专用的(特制)调制解调器或软件定义调制解调器(SDM)的每个方面都相似或更高的性能。此外，所描述的方法可以实时地进行波形处理。在现有技术中，支持用于卫星、战术无线电或地面通信的通信链路的典型通信调制解调器包括用户数据接口并且利用各种同步和异步格式和协议接受采用数字流形式的用户数据。调制解调器的调制器部分接受用户数据，并且执行将数据调制为适合于传输介质的信号的进程。从用户数据到调制信号的变换的实际进程由一个特制硬件来执行，该一个特制硬件由分立部件、逻辑设备以及低级编程语言组成，以便为硬件提供完成创建要通过传输介质传输的最终波形所需的步骤的指示。相反地，调制解调器的解调器部分执行相反的进程——再一次地，所有操作由一个特制硬件来执行，该一个特制硬件由分立部件、逻辑设备以及低级编程语言组成，以便为硬件提供完成通过传输介质接受波形所需的步骤并执行用于返回用户数据的步骤的指示。本披露涉及可以如何在无需任何特制硬件的情况下在全数字云计算环境中使用COTS处理硬件完成用于实现对以太网帧和IP数据包形式的用户数据进行调制所需的步骤。包括调制解调器的整个调制和解调进程可以在使用将用于SDN网络的云计算结构的全软件调制解调器中来完成。
技术实现思路
本披露涉及但不限于提供一种使用云计算的分布式处理资源的全数字纯软件调制解调器。传统地，支持用于卫星、战术无线电或地面链路的通信链路的典型通信调制解调器包括网络用户接口并且利用各种同步和异步协议接受采用数字流形式的用户数据。调制解调器的调制器部分接受用户数据，并且执行将数据调制为适合于传输介质的格式的进程。从用户数据到调制流的变换的实际进程由一个特制硬件来执行，该一个特制硬件由分立部件、逻辑设备以及低级编程语言组成，以便为硬件提供完成创建要通过传输介质传输的最终波形所需的步骤的指示。相反地，调制解调器的解调器部分执行相反的进程——再一次地，所有操作由一个特制硬件来执行，该一个特制硬件由分立部件、逻辑设备以及低级编程语言组成，以便为硬件提供完成通过传输介质接受波形所需的步骤并执行用于将用户数据返回至数字流的步骤的指示。所披露的本专利技术使用所描述的技术并得到一个或多个描述，用于支持对使用云计算结构的分布式性质、使用当前可用资源以及为将来计划的资源的全软件数字调制解调器的创建和操纵。云计算结构还用于提供用于软件定义联网的资源。本文描述的特定实施方式是并且可以使用但不限于程序、计算机编程语言、微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)以及CPU与FPGA的组合以用于形成高性能计算(HPC)服务器。本披露的各个方面涉及一种用于创建使用云计算的分布式处理资源的全软件数字调制解调器的方法和系统。附图说明图1示出了使用特制的调制器和解调器硬件以支持波形的现有技术。图2示出了使用特制的调制器和解调器(调制解调器)硬件的组合以支持波形的现有技术。图3示出了用于利用特制硬件支持调制能力和解调能力的调制解调器的部件的现有技术。图4示出了包含服务器(处理器)、存储装置、应用等云计算结构。图5示出了包含CPU/GPU和硬件加速卡的下一代HPC服务器技术。图6示出了所描述的本专利技术，其中所有的调制解调器进程(PROC1、PROC2和PROC3)由单个云计算服务器支持。图7示出了所描述的本专利技术，其中所有的调制解调器进程(PROC1、PROC2和PROC3)由多个云计算服务器(左下方服务器(PROC1)、下方中心处服务器(PROC2)和右下方服务器(PROC3))支持。图8示出了所描述的本专利技术，其中所有的调制解调器进程(PROC1、PROC2、PROC3和PROCn)由单个云计算服务器支持并且被传递至边缘设备，该边缘设备用于转换在云计算环境中创建并被传递至边缘处理设备的调制信号的数字流。图9示出了所描述的本专利技术，其中所有的调制解调器进程(PROC1、PROC2和PROC3)由多个云计算服务器(左下方服务器(PROC1)、下方中心处服务器(PROC2)和右下方服务器(PROC3))支持，并且若干个应用/进程被支持在用于PROC4和PROC5的其他服务器上并被传递至边缘设备，该边缘设备用于转换在云计算环境中创建以通过介质传输的调制信号的数字流。图10示出了所描述的本专利技术，其中所有的调制解调器进程(用于前向返回路径的PROC1至PROC5)由多个云计算服务器支持，这些进程中的每一个之间的流驻留在遍布云而分布的多个服务器上。图11示出了所描述的本专利技术，其中所有的调制解调器进程(用于前向路径的PROC1至PROC5以及用于返回路径的PROCA至PROCC)由多个云计算服务器支持，这些进程中的每一个之间的流驻留在遍布云而分布的多个服务器上。...

【技术保护点】
1.一种云支持的调制解调器系统，包括：/n调制子系统，该调制子系统包括：/n计算机设备，该计算机设备被编程用于接受用户数据作为成帧用户数据流；/n前向纠错应用，该前向纠错应用被编程用于对所述成帧用户数据流进行比特校正；/n格式转换应用，该格式转换应用被编程用于将该用户数据从并行格式转换为串行格式；/n映射应用，该映射应用被编程用于将该串行格式的成帧用户数据流转换为第一调制用户数据流；/n滤波应用，该滤波应用被编程用于对该调制用户数据流进行电子滤波；以及/n数模转换器，该数模转换器被配置用于将该调制用户数据流转换为第一模拟调制通信波形；/n其中，该前向纠错应用、该格式转换应用、该映射应用以及该滤波应用各自是以OpenCL语言编写并由至少一种云环境中的至少一个服务器支持的程序；以及/n解调子系统，被编程用于接收第二模拟调制通信波形，该解调子系统包括：/n模数信号转换器，该模数信号转换器被配置用于将该第二模拟调制通信波形转换为第二调制用户数据流；/n增益/衰减应用；/n解调应用，该解调应用被编程用于将该第二调制用户数据流转换为解映射的数据比特；/n前向纠错(FEC)应用；/n错误检查应用；以及/n解帧应用，该解帧应用被编程用于去除该第二调制用户数据流的成帧格式；/n其中，该增益/衰减应用、该解调应用、该前向纠错应用、该错误检查应用以及该解帧应用各自是以Open CL语言编写并由至少一种云环境中的至少一个服务器支持的程序。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170622 US 62/523,713;20171012 US 15/782,6511.一种云支持的调制解调器系统，包括：
调制子系统，该调制子系统包括：
计算机设备，该计算机设备被编程用于接受用户数据作为成帧用户数据流；
前向纠错应用，该前向纠错应用被编程用于对所述成帧用户数据流进行比特校正；
格式转换应用，该格式转换应用被编程用于将该用户数据从并行格式转换为串行格式；
映射应用，该映射应用被编程用于将该串行格式的成帧用户数据流转换为第一调制用户数据流；
滤波应用，该滤波应用被编程用于对该调制用户数据流进行电子滤波；以及
数模转换器，该数模转换器被配置用于将该调制用户数据流转换为第一模拟调制通信波形；
其中，该前向纠错应用、该格式转换应用、该映射应用以及该滤波应用各自是以OpenCL语言编写并由至少一种云环境中的至少一个服务器支持的程序；以及
解调子系统，被编程用于接收第二模拟调制通信波形，该解调子系统包括：
模数信号转换器，该模数信号转换器被配置用于将该第二模拟调制通信波形转换为第二调制用户数据流；
增益/衰减应用；
解调应用，该解调应用被编程用于将该第二调制用户数据流转换为解映射的数据比特；
前向纠错(FEC)应用；
错误检查应用；以及
解帧应用，该解帧应用被编程用于去除该第二调制用户数据流的成帧格式；
其中，该增益/衰减应用、该解调应用、该前向纠错应用、该错误检查应用以及该解帧应用各自是以OpenCL语言编写并由至少一种云环境中的至少一个服务器支持的程序。


2.如权利要求1所述的云支持的调制解调器系统，进一步包括：边缘设备，其中，所述边缘设备发射所述第一模拟调制通信波形并且接收所述第二模拟调制通信波形。


3.如权利要求1所述的云支持的调制解调器系统，其中，该用户数据流作为网络数据从用户实时接收以便由该云支持的调制解调器系统进行调制。


4.如权利要求2所述的云支持的调制解调器系统，其中，该第一调制用户数据流是第一分组化数字I/Q样本流；并且
其中，该第一I/Q样本流以具有帧报头的帧格式进行封装并且被实时转发给该边缘设备。


5.如权利要求1所述的云支持的调制解调器系统，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·比勒，K·托伊塞尔卡尼，
申请(专利权)人：安维斯塔康姆有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US