[发明专利]一种用于太赫兹无线网络的物理层架构系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体是一种用于太赫兹无线网络的物理层架构系统。

背景技术

现有广泛应用的WiFi网络基于电气与电子工程师协会（IEEE）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三个：

1）通过载波和调制完成帧数据的发送，该功能由PMD子层实现。

2）完成MAC层和PHY层的帧交换，该功能由PLCP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/DSSS PHY和ER PHY）、频率跳变扩频（FHSS）PHY、正交频分复用（OFDM）PHY（包含其改进版本HT PHY）等。下面根据公开发表的IEEE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。

1、DSSS PHY、HR/DSSS PHY、ER PHY

PLCP将MAC送来的待发送数据（即MAC层协议数据单元，缩写为MPDU）按照一定的帧格式打包成PLCP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帧的结构，包含PLCP前缀（Preamble）、PLCP头部（Header）和MPDU三个部分组成。前缀包含同步（SYNC）字段和帧起始定界（SFD）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，DSSS PHY中SFD采用固定的16比特序列“0xF3A0”。PLCP头部包含信号（SIGNAL）、服务（SERVICE）、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PLCP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。

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（Scrambler）、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0、1转换，消除连续0、1序列中的直流分量，便于前端射频器件发射和接收。DSSS PHY采用加扰多项式为。