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Title:
IP OVER RF NETWORK SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/035659
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is an IP over RF network system, comprising: an RF unit used for receiving and transmitting RF signals in a dynamically-changing frequency range; a reconfigurable analog baseband unit used for carrying out filtering, amplification, digital-to-analog conversion and analog-to-digital conversion on the signals so as to output bandwidth, gain, and sampling rate reconfigurable processing signals; a digital baseband unit that is parameterized so as to be compatible with a plurality of protocols and dynamically generate user-defined protocols; and a multi-protocol compatible MAC unit used for carrying out communication with one of a plurality of MAC layer protocols in an automatically switchable manner. The MAC unit has a time division and statistics time division ratio adaptive mechanism to adaptively control the time ratio of time division to statistics time division in each period. The IP over RF network system provided by the present invention resolves problems of compatibility and integration of different frameworks of ubiquitous networks with protocols, so that networks can be possibly unified into IP networks in the future.

Inventors:
ZHANG KEFENG (CN)
Application Number:
PCT/CN2016/096163
Publication Date:
March 01, 2018
Filing Date:
August 22, 2016
Export Citation:
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Assignee:
WUHAN SYNTEK LTD (CN)
International Classes:
H04B1/00; H04B1/401; H04W88/06
Domestic Patent References:
WO2006088263A22006-08-24
Foreign References:
CN101562473A2009-10-21
CN104486057A2015-04-01
CN106330208A2017-01-11
CN104661186A2015-05-27
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Claims:
[权利要求 1] 一种 IP over RF网络制式, 其特征在于, 包括:

RF单元, 用于在动态变化的频率范围内收发 RF信号;

可重构的模拟基带单元, 用于对信号进行滤波、 放大、 数 /模与模 /数 处理, 从而输出带宽、 增益、 釆样速率可重构的处理信号; 数字基带单元, 所述数字基带单元是参数化的, 从而可兼容多种协议 并可动态产生自定义的协议; 以及

多协议兼容 MAC单元, 用于以可自动切换的方式以多种 MAC层协议 中的一种协议通信; 所述 MAC单元具有时分与统计时分比例自适应 机制, 通过自适应控制每个周期内时分与统计时分的时间比例。

[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的 IP over RF网络制式, 其特征在于, 还包括:

IP单元, 用于实现 IP层通信; 所述 IP单元包括 IP安全过滤器, 用于防 止在芯片管脚监听 /窃听通信信息。

[权利要求 3] 根据权利要求 1所述的 IP over RF网络制式, 其特征在于, 所述 RF单 元包括:

天线, 用于收发 RF信号;

低噪声放大器, 用于对接收的 RF信号进行放大; 下混频器, 用于将接收的 RF信号线性搬移到中频信号;

频率合成器, 用于产生一定频率范围的频率源; 上混频器, 用于将中频信号线性搬移到 RF信号; 以及

功率放大器, 用于将 RF信号放大后通过所述天线发射。

[权利要求 4] 根据权利要求 1-3任意一项所述的 IP over RF网络制式, 其特征在于, 所述频率范围为 0~100GHz。

[权利要求 5] 根据权利要求 1所述的 IP over RF网络制式, 其特征在于, 所述可重构 的模拟基带单元包括:

固定增益放大器, 用于以固定的增益对信号进行放大;

低通滤波器, 用于对接收到的信号进行低通滤波; 所述低通滤波器带 宽可重构; 可变增益放大器, 用于以可变增益对信号进行放大;

模数转换器, 用于以可调的采样速率将模拟信号转换成数字信号; 数模转换器, 用于以可调的采样速率将数字信号转换成模拟信号。

[权利要求 6] 根据权利要求 1所述的 IP over RF网络制式, 其特征在于, 所述数字基 带单元包括:

快速傅里叶逆变换模块, 用于提供可变点数的频域到吋域的变换; 快速傅里叶变换模块, 用于提供可变点数的时域到频域的变换; 矢量映射调制解调模块, 用于提供基于矢量的调制解调方式, 从而兼 容多种调制解调方式;

编解码模块, 用于提供多种编解码方式。

[权利要求 7] 根据权利要求 1所述的 IP over

RF网络制式, 其特征在于, 所述多种 MAC层协议包括: CSMA/CA、 CSM A/CD TDD、 WCDM、 CDM2000、 TD-SCDMA、 DAMA-TDM A以及 GSM。

[权利要求 8] 根据权利要求 1所述的 IP over RF网络制式, 其特征在于, 所述 IP over

RF网络制式可应用于泛在网络、 软件定义网络、 D2D通信、 P2P通信 、 M2M通信、 物联网。

Description:
发明名称: IP over RF网络制式

技术领域

[0001] 本发明涉及无线通信技术领域, 尤其涉及一种 IP over RF网络制式。

背景技术

[0002] 随着互联网技术的迅速发展, 因特网协议 (IP) 已经成为数据通信的主流协议 , 虽然目前还存在着如电信网、 移动网等其他网络, 伹由于 IP网络自身的优势, 如网络建设容易、 成本低、 覆盖范围广等, 未来的各种网络势必会统一成 IP网络 。 同样, 随着智能终端、 移动通信和物联网的发展, RF通信技术也越来越重要 。 然而, 现有的通信网络主要存在以下问题: 各种网络制式同时存在, 比如 DV B-T、 GSM、 CDMA. 3G、 4G、 ZigBee、 Bluetooth IEEE802.11x等, 伹并没有 任何一个 RF通信芯片能同时兼容这些网络制式。 因此, 在 MAC层和 PHY层, 存 在各种协议, 每种协议需要特定的硬件电路来实现。

技术问题

[0003] 现有技术中没有任何一个 RF通信芯片能同时兼容各种网络制式。

问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 针对现有技术中没有任何一个 RF通信芯片能同时兼容各种网络制式的缺陷, 本 发明提供一种 IP over RF网络制式。

[0005] 本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下 :

[0006] 一种 IP over

RF网络制式, 包括: RF单元, 用于在动态变化的频率范围内收发 RF信号; 可重 构的模拟基带单元, 用于对信号进行滤波、 放大、 数 /模与模 /数处理, 从而输出 带宽、 增益、 釆样速率可重构的处理信号; 数字基带单元, 所述数字基带单元 是参数化的, 从而可兼容多种协议并可动态产生自定义的协 议; 以及多协议兼 容 MAC单元, 用于以可自动切换的方式以多种 MAC层协议中的一种协议通信; 所述 MAC单元具有时分与统计时分比例自适应机制, 通过自适应控制每个周期 内时分与统计时分的时间比例。

[0007] 优选地, 所述的 IP over RF网络制式还包括: IP单元, 用于实现 IP层通信; 所 述 IP单元包括 IP安全过滤器, 用于防止在芯片管脚监听 /窃听通信信息。

[0008] 优选地, 所述 RF单元包括: 天线, 用于收发 RF信号; 低噪声放大器, 用于对 接收的 RF信号进行放大; 下混频器, 用于将接收的 RF信号线性搬移到中频信号 ; 频率合成器, 用于产生一定频率范围的频率源; 上混频器, 用于将中频信号 线性搬移到 RF信号; 以及功率放大器, 用于将 RF信号放大后通过所述天线发射

[0009] 优选地, 所述频率范围为 0~100GHz。

[0010] 优选地, 所述可重构的模拟基带单元包括: 固定增益放大器, 用于以固定的增 益对信号进行放大; 低通滤波器, 用于对接收到的信号进行低通滤波; 所述低 通滤波器带宽可重构; 可变增益放大器, 用于以可变增益对信号进行放大; 模 数转换器, 用于以可调的釆样速率将模拟信号转换成数字 信号; 数模转换器, 用于以可调的采样速率将数字信号转换成模拟 信号。

[0011] 优选地, 所述数字基带单元包括: 快速傅里叶逆变换模块, 用于提供可变点数 的频域到时域的变换; 快速傅里叶变换模块, 用于提供可变点数的时域到频域 的变换; 矢量映射调制解调模块, 用于提供基于矢量的调制解调方式, 从而兼 容多种调制解调方式; 编解码模块, 用于提供多种编解码方式。

[0012] 优选地, 所述多种 MAC层协议包括: CSMA/CA、 CSMA/CD、 TDD、 CDM

、 CDM2000、 TD-SCDMA、 DAMA-TDMA以及 GSM等。

[0013] 优选地, 所述 IP over RF网络制式可应用于泛在网络、 软件定义网络、 D2D通 信、 P2P通信、 M2M通信、 物联网。

发明的有益效果

有益效果

[0014] 实施本发明实施例, 具有如下有益效果: 本发明通过 IP over RF无线收发器系 统构架, 解决泛在网不同构架与协议兼容与融合难题, 使得未来网络统一成 IP网 络成为可能。 通过模拟基带、 数字基带和 MAC层这三层的参数化重构与配置结 构, 使得芯片系统结构可动态重构、 可编程, 实现 SDN、 P2P、 M2M、 D2D并使 动态定义网络协议成为现实。 在 MAC层, 提出了时分 (Time Division) 与统计 吋分 (Statistics Time Division) 比例自适应机制, 通过自适应控制每个周期 (T ) 内吋分 (TD) 与统计吋分 (STD) 的吋间比例, 解决了吋分与统计吋分信道 访问机制无法兼容的难题, 是 IP网络兼容实吋网络和非实吋网络的基石, 在 IP层 , 通过芯片 IO与 IP层缓冲区之间的 IP安全过滤器的过滤, 防止在芯片管脚监听 / 窃听的安全漏洞。

对附图的简要说明

附图说明

[0015] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中 的技术方案, 下面将对实施例或 现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介 绍, 显而易见地, 下面描述中的 附图仅仅是本发明的一些实施例, 对于本领域普通技术人员来讲, 在不付出创 造性劳动的前提下, 还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0016] 图 1是本发明提供的 IP over RF网络制式结构示意图;

[0017] 图 2是本发明提供的第一实施例 IP over RF网络制式结构示意图;

[0018] 图 3是本发明提供的第二实施例基带处理器结构 意图;

[0019] 图 4是本发明提供的数字基带单元结构示意图;

[0020] 图 5A-5E是本发明提供的 IP over RF网络制式应用示意图。

发明实施例

本发明的实施方式

[0021] 下面将结合本发明实施例中的附图, 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述, 显然, 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例, 而不是全部 的实施例。 基于本发明中的实施例, 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳 动的前提下所获得的所有其他实施例, 都属于本发明保护的范围。

[0022] 本发明实施例提供一种 IP over RF网络制式, 用于解决一款芯片无法兼容各种 网络制式的难题, 使得未来网络统一成 IP网络成为可能。

[0023] 如图 1所示, 本发明实施例提供一种 IP over RF网络制式, 包括: RF单元 102, 用于在动态变化的频率范围内收发 RF信号; 可重构的模拟基带 (ABB)单元 104, 用于对信号进行滤波、 放大、 数 /模与模 /数处理, 从而输出带宽、 增益、 采样速 率可重构的处理信号; 数字基带 (DBB) 单元 106, 数字基带单元 106是参数化 的, 从而可兼容多种协议并可动态产生自定义的协 议; 以及多协议兼容 MAC单 元 108 , 用于以可自动切换的方式以多种 MAC层协议中的一种协议通信; MAC 单元 108具有吋分与统计时分比例自适应机制 , 通过自适应控制每个周期内时分 与统计时分的时间比例。 多种 MAC层协议包括: CSMA/CA、 CSMA/CD、 TDD 、 WCDM、 CDM2000、 TD- SCDMA、 DAMA- TDMA以及 GSM等。

[0024] 在一个实施例中, IP over RF网络制式还可包括 IP单元 122, 用于实现 IP层通信 。 所述 IP单元 122包括 IP安全过滤器 302 , 设置在芯片 10接口与 IPjl缓冲区之间, 用于防止在芯片管脚监听 /窃听通信信息。 IP安全过滤器的形式有多样, 例如黑 白名单。

[0025] 与现有技术的网络制式相比, 本申请的网络制式的层次结构并没有实质性的 改 变, 但是本申请对物理层 (包括 RF单元、 ABB单元和 DBB单元) 、 MAC层、 IP 层中的每一层的结构都进行了改进。 改进后的系统构架在物理层和 MAC层都支 持多种协议兼容, 从而可实现异构网的融合, 并使得未来网络统一成 IP网络成为 可能。

[0026] 其中, ABB、 DBB和 MAC层这三层具有参数化重构与配置结构, 使得芯片系 统结构可动态重构、 可编程, 实现软件定义网络 (SDN) 、 P2P、 M2M、 D2D并 使动态定义网络协议成为现实。

[0027] 在 MAC层, 提供了一种矢量映射 (Vector-Mapping) 的调制解调方法。 所谓适 量映射是指将星座图中的点以矢量的方式与符 号进行映射。 在实际实施中, 根 据实际使用需求限制矢量的最大数量, 通过选择不同的矢量数量和矢量来构成 不同的调制解调方式。 比如, 可限制矢量的最大矢量为 1024, 而实际使用可以 自由选择所需的矢量为 128、 256、 512或 1024个, 矢量为圆上的点, 矩形平面上 的点、 直线上的点等等。 还可以选择任意个不同的矢量形成自定义的调 制方式 。 从而, 通过动态配置可实现几乎所有的调制解调方式 以及自定义的调制解调 方式, 如调幅、 调频、 调相、 调幅调相等。 还提供了时分 (Time Division) 与统 计吋分 (Statistics Time

Division) 比例自适应机制, 通过自适应控制每个周期 (T) 内吋分 (TD) 与统 计时分 (STD) 的时间比例, 解决了时分与统计时分信道访问机制无法兼容 的难 题, 是 IP网络兼容实时网络和非实时网络的基石。

[0028] 在 IP层, 提供了具有 IP安全过滤器的芯片构架, 通过芯片 10与 IP层缓冲区之间 的 IP安全过滤器的过滤, 可防止在芯片管脚监听 /窃听信息, 填补了无线通信中 的安全漏洞。

[0029] 下面将结合几个具体的实施例来阐述本发明。

[0030] 实施例 1

[0031] 如图 2所示, RF单元包括: 天线 ANT , 用于收发 RF信号; 低噪声放大器 LNA , 用于对 RF信号进行放大; 下混频器 RMIXER, 用于将 RF信号线性搬移到中频 信号; 频率合成器 FS , 用于产生一定频率范围的频率源; 上混频器 TMIXER, 用 于将中频信号线性搬移到 RF信号; 以及功率放大器 PA , 用于将 RF信号放大后经 天线 ANT发射。 RF单元主要有以下两种工作模式:

[0032] 信号接收模式: 信号经天线 ANT接收后输入 LNA , 经 LNA低噪声放大后输入 R MIXER进行线性频率搬移, 将高频搬移到中频, 然后提供给 ABB。

[0033] 信号发射模式: ABB提供的中频信号输入 TMIXER进行线性频率搬移, 从中频 搬移到高频, 然后通过 PA进行功率放大, 以使发射距离更远, 最后从 ANT发送 出去。

[0034] 在本实施例中, RF的这两种工作模式可以是并行的也可以是串 的。 也就是说 , RF可以同时进行数据收发, 也可以收的吋候不发, 发的吋候不收。

[0035] 在本实施例中, 频率合成器 FS为下混频器 RMIXER和上混频器 TMIXER提供频 率源, 从而 RMIXER和 TMIXER可以相应进行频率搬移。 FS可以为 RMIXER和 T MIXER提供一个范围很宽的频率, 例如从 0~100GHz。 而且提供给 RMIXER和 T MIXER的频率可以是相同的, 也可以是不同的, 从而可以从 ANT发射频率动态 变化的 RF信号。 例如, 当需要传输的距离太远、 发射功率很低时, ANT的发射 频率可降低。 相反, 当传输距离近、 发射功率高时, ANT的发射频率可以升高

[0036] 如图 2和 3所示, 可重构的模拟基带单元包括: 固定增益放大器 RAMP, 用于以 固定的增益对信号进行放大; 低通滤波器 RLPF和 TLPF, 用于对接收到的信号进 行低通滤波; 低通滤波器 RLPF和 TLPF带宽可重构; 可变增益放大器 RVGA和 TV GA, 用于以可变增益对信号进行放大; 模数转换器 DAC, 用于以可调的采样速 率将模拟信号转换成数字信号; 数模转换器 ADC, 用于以可调的釆样速率将数 字信号转换成模拟信号。

[0037] 在本实施例中, 低通滤波器 RLPF和 TLPF的带宽是可以重构的, 例如在 0~100M 范围了可动态重构。 可变增益放大器的增益也是可重构的, 可以根据实际需要 动态配置成不同的增益。 在本实施例中, 重构的方法可使用参数化的方法, 例 如对于可变增益放大器来说, 可提供最大的增益, 然后从零到最大增益的变化 可改变所选择的 MOS管的个数来实现。 具体的重构方法有很多种, 在本文中并 不 累述。

[0038] 同样, ABB单元也具有两种工作模式:

[0039] 接收中频 IFR信号模式: 如图 2和 3所示, 该模式包括固定增益放大器 RAMP、 低通滤波器 RLPF、 可变增益放大器 RVGA和模数转换器 AD (:。 其主要作用就是 对接收到的中频信号进行滤波和放大处理, 从而为 ADC提供符合要求的模拟输 入信号, 经 ADC采样和模数转换后形成数字信号输入至数字 基带 DBB。

[0040] 发射中频 IFT信号模式: 如图 2和 3所示, 该模式包括数模转换器 DA (:、 低通滤 波器 TLPF、 可变增益放大器 TVGA。 其主要作用就是对数字信号进行釆样和数 模转换后形成模拟信号输入至 TLPF, 经 TLPF滤波后输入 TVGA进行放大, 最后 输出至 TMIX。

[0041] 如图 2所示, 基带处理器进行 DBB、 MAC层和 IP层的相关逻辑处理。 这些将在 下面的实施例中进行更详细的介绍。

[0042] 实施例 2

[0043] 如图 3和 4所示, 数字基带 DBB单元包括: 快速傅里叶逆变换 IFFT模块 202, 用 于提供可变点数的频域到时域的变换; 快速傅里叶变换 FFT模块 204, 用于提供 可变点数的时域到频域的变换; 矢量映射调制解调模块 206, 用于提供基于矢量 的调制解调方式, 从而兼容多种调制解调方式; 编解码模块 208 , 用于提供多种 编解码方式。

[0044] 在本实施例中, FFT和 IFFT模块采用可变点数, 从而解决了不同 OFDM系统下 子载波数不一致的问题。 也就是说, 本申请中将 FFT和 IFFT的点数标准化, 然后 提供一个最大的可用点数, 在具体实现中, 用户可以在最大点数范围内选择所 需要的点数进行变换。

[0045] 矢量映射调制解调模块 206提供基于矢量的调制解调方法。 所谓适量映射是指 将星座图中的点以矢量的方式与符号进行映射 。 在实际实施中, 根据实际使用 需求限制矢量的最大数量, 通过选择不同的矢量数量和矢量来构成不同的 调制 解调方式。 比如, 可限制矢量的最大矢量为 1024, 而实际使用可以自由选择所 需的矢量为 128、 256、 512或 1024个, 矢量为圆上的点, 矩形平面上的点、 直线 上的点等等。 还可以选择任意个不同的矢量形成自定义的调 制方式。 从而, 通 过动态配置可实现几乎所有的调制解调方式以 及自定义的调制解调方式, 如调 幅、 调频、 调相、 调幅调相等。 还提供了时分 (Time

Division) 与统计时分 (Statistics Time Division) 比例自适应机制, 通过自适应 控制每个周期 (T) 内时分 (TD) 与统计时分 (STD) 的吋间比例, 解决了吋分 与统计时分信道访问机制无法兼容的难题, 是 IP网络兼容实吋网络和非实吋网络 的基石。

[0046] 编解码模块 208可釆用多种编码和解码方式进行编码和解码 操作。 编解码方式 包括: 卷积码、 Turbo coding和低密度奇偶校验码 (LDPC) 。

[0047] 图 3示出的是基带处理器的结构示意图。 基带处理器通过主从 SPI(0)接口对图 2 所示的 RF芯片内部寄存器进行灵活配置, 以实现灵活地对射频频率、 频带和收 发链路功率进行控制, 具体包括控制 RLNA、 RVGA等。 具体应用, 可以通过 SP I接口和用户可空中编程对相关寄存器进行控 , 来优化实际应用系统。

[0048] 基带处理器釆用专用 MCU, 完全解除应用微控制器的无线通信协议和互联 网 协议处理负担; 具体可实现基带、 媒介访问控制 (MAC)、 驱动器 (Dnver) , TC P/IP协议栈等各个层次的功能。 例如: 具体可实现 802.11 g标准协议的基带、 媒 介访问控制 (MAC)、 Wi-Fi驱动器等。

[0049] 图 2中的 RF收发器与图 3的基带处理器一起构成一个完整的集成芯片 应用终端 设备。 RF收发器的内部处理器和外部终端设备之间通 硬件 SDIO接口和软件 Dri ver来实现不同网络层次的数据传输。 整个芯片可以工作在终端模式和中继转发 模式。 整个芯片可以独立成系统, 作为整个网络的转发模式工作; 整个芯片也 可以与外部的终端设备通过 SDIO接口通信, 实现信息的转发, 由外部终端设备 实现具体的应用。

[0050] 实施例 3

[0051] 如图 5A~5E所示, 附图示出了本发明 IP over RF网络制式在的各种网络应用实 例。 图 5 A示出了本发明 IP over RF网络制式进行 D2D通信、 P2P通信或 M2M通信 的数据收发示意图。 数据可以从一个设备直接传送到另一个设备。

[0052] 图 5B示出了本发明的 IP over RF网络制式进行无线信号放大的示意图。 当两个 通信目标 MA(A)和 MA(C)由于各种原因 (如距离太远、 有障碍物阻挡、 发射功率 太小等) 无法直接通信时, 可以通过中间设备 MS(B)进行无线信号放大, 此吋无 线信号只经过 MS(B)的天线进行放大, 即时将接收到的无线信号放大后发送出去

[0053] 图 5C示出了本发明的 IP over

RF网络制式进行桥接的示意图。 当两个通信目标 MA(A)和 MA(C)由于各种原因 无法直接通信吋, 可以通过中间设备 MS )进行桥接, 此吋无线信号经过 MS(B) 的数字基带进行处理, 然后发送给 MS (C) 。

[0054] 图 5D示出了本发明的 IP over RF网络制式进行帧中继 /包转发的示意图。 当两个 通信目标 MA(A)和 MA(C)由于各种原因无法直接通信吋, 可以通过中间设备 MS(

B)进行帧中继 /包转发, 此吋无线信号经过 MS(B)的 MAC层进行处理, 然后将接 收到的帧 /包发送给 MS (C) 。

[0055] 图 5E示出了本发明的 IP over

RF网络制式进行路由的示意图。 当两个通信目标 MA(A)和 MA(C)由于各种原因 (无法直接通信吋, 可以通过中间设备 MS(B)进行无线信号放大, 此吋无线信号 经过 MS(B)的 IP层进行处理, 然后将接收到的 IP包转发给 MS (C) 。

[0056] 本发明的 IP over RF网络制式的上述网络功能还可广泛应用于泛 网络、 软件 定义网络 (SDN) 和物联网等。

[0057] 以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已 , 当然不能以此来限定本发明之 权利范围, 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例 的全部或部分流程, 并依本发明权利要求所作的等同变化, 仍属于发明所涵盖的范围。