专利名称：一种远距离无线传输方法
技术领域：
本发明涉及一种通信方法，特别涉及一种适合长距离、高速率的远距 离无线传输方法，其应用于公众电信、专网通信等普通及特殊环境条件下 的点对点，点对多点，端对端的数据传输，特别是无线接入、传输链路、现 有通信信道的扩展、低成本路由应用、长距离通信链路、蜂窝基站连接、 铁路通信及军事通信等领域。
背景技术：
公共的无线通信系统的设计都是基于静态的，即经国家无线电管理部 门指配频段之后，通信系统只能在指配的专有频段上工作，使用专有的单 一的调制/解调器、信道协议等。即使是多频段电话也只在预先定义的几个 频段之间切换，这种设计通常是以普通环境为根据，不能很充分地利用频 段。静态设计不仅降低了射频频段的利用率，在其它方面也有影响，例如 移动通信系统中，用户可以在系统空闲时传输数据，但这并不能提高数据 传输速率和频段的利用率。如果系统能自动分析所处的通信传输环境，实 时自适应调整自身的传输调制制式或者使用原有指定频段之外的空闲频 段，这样无疑能极大改变频镨利用率，使用户能获得额定之外的带宽而又 不需要增加额外的开销。
在一些特殊的需求下，下行信号需要迸行点对多点的传输或者大容量 的数据下载，此时如果上下行占用同样的频段资源，势必造成浪费，因此 有必要根据数据传输量自动调整调制方式使系统在满足误码率为10^的情
况下使系统具备突发的流量数据传输能力。
进一步，由于频段的相对自由使用，使得通信的保密性降低，在一些特殊的场合，基带信号的加密是必须解决的一个重要问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够在保证通信质量的前提下自动匹配最佳 调制方式的远距离无线传输方法。
为实现前述目的，本发明所采用的技术方案是这样的 一种远距离无 线传输方法，包括空闲频镨的自适应接入及传输制式的自适应调整，所述 传输制式的自适应调整包括如下步骤
1 )信源发送一串测试数据至信宿；
2 )信宿根据测试数据的误码率及传输速率确定采用QPSK、 16QAM、 64QAM 或128QAM中的任一种作为传输调制制式并反馈给信源；
3) 信源根据信宿的反馈信息调制到相应传输调制制式然后将数据发送 至信宿；
4) 信宿根据所接收到的数据的误码率及传输速率选择合适的传输调制 制式并反馈至信源，信源根据信宿的反馈信息实时调整相应的传输调制制 式然后将数据发送至信宿，如此交替进行实现数据传输的最优化。
上述远距离无线传输方法，所传输的凄t据采用下述加密方法
1)、将信源的数据帧封装格式设置为由帧同步头及多个子帧组成，各
个子帧内包含子帧同步头及多个数据包，各个信息包内包含码同步头及传
输数据；
2 )、将数据进行FPGA加密算法编码处理再动态放置在一个或者多个数 据包中，其它空余的数据包由伪随机码填充；
3) 、信源记录下存放数据的帧同步头、子帧同步头及码同步头等同步 码信息连同编码后的数据按设定的传输调制制式发送给信宿；
4) 信宿根据接收到的帧同步信息，判断数据所处的子帧位置，根据子 帧同步头判断数据所处的数据帧位置，根据同步码信息找到相应的数据包 并进行FPGA解密运算得到所传输的数据。通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是通过采用自适应调制 制式及空闲频段接入技术，系统能动态适应频谱环境中的任一环节的变化 如调制、编码、信道协议以及带宽等，在多维空间上接入频段从而最大程 度地增加频镨利用率，去除静态设计的局限性。同时系统根据环境的改变 在保证通信质量的前提下自动改变调制制式，既满足突发流量数据传输能 力，又能够自动调整合适的传输速率，避免资源的浪费。进一步的改进系 统在定向传输时满足通信质量的前提下对数据的加密方式采用更加复杂的 基带数据加密算法，使系统传输安全得到更可靠的保障。
图1为实施例的系统流程方框图； 图2为实施例编码模块系统方框图； 图3为实施例解码模块系统方框图； 图4为实施例调制方式系统方框图； 图5为实施例数据封装结构示意具体实施例方式
在公知的无线传输系统中，已经开发出空闲频镨的自适应接入，如2007 年9月19日公开的中国专利CN101039462A公开一种在相同信道的基本服 务集之间选择动态频率的方法，第一装置通过与第二装置执行协商以获得 第一装置将使用的信道和第二装置将使用的信道以及该信道的信息，通过 采用协商的方法使得空闲信道能为多个具备自适应接入功能的通信系统共 同，真正提高频谱利用率。在此基础上，实施例提供的远距离无线传输方 法还包括传输制式的自动控制。
参考图1至图5，实施例才是供一种远距离无线传输方法，其可以实现实 时全双工点对点，点对多点传输连续及突发的话音，图像等数据。
在硬件方面，其包括发射部分和接收部分1、 发射部分通过G. 703数据接口接入信源物理层链路，信源数据经 El收发接口芯片将数据封装为El成帧的帧格式，经差错控制编码等提高传 输质量的数据处理，通过QPSK数字调制模块，调制成33MHz中频的数字信 号，经过10位D/A变换，转换成模拟中频信号进行发射。
2、 接收部分将接收到的中频模拟信号通过A/D变换，转换成数字中 频信号，经过数字解调，解调出调制信号，经过数据处理单元的差错控制 解码等数据处理，还原为成帧数据格式，并通过收发接口芯片将数据解帧 为原始基带信号，并通过数据接口，接入信宿物理层链路。
其中突发调制解调控制单元主要对突发数据进行处理及对数据的时钟 同步及数据帧进行处理等，微控制器主要是对数字调制解调;漠块及突发调 制解调控制^f莫块进行控制及初始状态装载设置，并通过RS-485接口与计算 机通信。硬件方面的技术指标如下
1、 工作方式点对点，点对多点，端对端，全双工
2、 中频频率范围30 - 140MHz
3、 带宽范围2MHz 5MHz
4、 调制解调方式QPSK, QAM
5、 数据接口 G. 703接口
6、 数据处理前向纠错，数据交织存取，Scrambler编解码，R-S编 解码等。
7、 数据速率nxEl ( n x 2. 048Mbit/s )(可选)
8、 误码率
9、 告警功能信号丢失告警/帧失步告警/复帧失步告警/错码告警/远 程告警
10、 工作温度范围-40。C至+85。C。
实施例中的传输制式的自动控制包括如下步骤 1)信源发送一串测试数据至信宿；
2 )信宿根据测试数据的误码率及传输速率确定采用QPSK、 16QAM、 64QAM或128QAM中的一种作为传输制式并反馈给信源；
3)信源根据信宿的反馈信息调制到相应传输制式然后将数据发送至信
宿；
4 )信宿才艮据所接收到的数据的误码率及传输速率选择合适的传输制式 并反馈至信源，信源根据信宿的反馈信息实时调整相应的传输制式然后将 数据发送至信宿，如此交替进行实现数据传输速率的最大化。
本实施例主要实现不对称传输，例如在TDMA/FDD方式中，一 种较优可行的传输模式是上行数据采用突发数据包的方式，采用调制效 率相对低的调制方式(如Q P S K );下行数据采用广播的方式，采用调制 效率相对高的调制方式(如1 6QAM)。这种非对称传输一方面可以才艮据
用户的实际需求实现动态分配带宽以提高频谱利用效率；另一方面减少了 上行信号每符号传输的比特数，从而降低了基站突发解调算法的难度，能
满足以上要求的用于用户站的调制解调器必须具备这样的性能既能解调 高调制效率(如l 6 QAM)的宽带连续信号，同时又能调制相对低调制 效率(如Q P S K)的宽带突发信号。本实施例通过此方法实现自适应调 制解调制式的调整。
本实施例的误码率检测部分采用专用误码率检测芯片，实时监测信道 的误码率情况，并定时将监控信息传送给微控制器进行控制处理。
微控制部分由AVR单片机ATMega64完成，实现对各芯片寄存器的设置， 初始状态的装载，实时监控等。
传输制式加密与解密的实施例
参考图1、图5,传输接口通过ALTER公司的FPGA完成发送接收端加 密解密功能，发送端从El接口芯片并通过该芯片将从G. 703接收到的信源 数据封装为类似El成帧的帧格式，其信源物理层链路经V. 35-G. 703转换 器接El接口 ，将整个2. 048M用作一条链路，采用类似El成帧帧封装结构， 一个时隙的帧同步码，拖一定长度的数据的数据帧格式。例如第0时隙 用于传输帧同步码，其余31个时隙可以用于传输有效数据。即整个E1链路要传送同一个信号源的数据，其速率达到2. 048Mbit/s,误码率达到1C^ 。 该部分可实现信号丟失/帧失步/复帧失步/错码告警/远程告警，El接口参 数和V. 35-G. 703接口一致，阻抗匹配为非平衡的75 ohm，通过El接口芯 片相关寄存器读取信号丟失/帧失步/复帧失步/错码告警/远程告警等信 息。
从El接口传输出来的数据通过FPGA完成接收端加密，FPGA上引出三 根引脚，数据线、时钟线、使能线三根接口，数据线用于接收数据，使能 线为低电平时，表示有数据传送，开始接收数据，在接收时钟的上升沿， 接收一位数据，将接收到的数据暂存入用FPGA可以访问的SRAM,利用FPGA 能同时处理多个例程的能力，对接收到的数据经加密运算封装成一个个数 据帧，具体实施例如下
1)、将信源的数据帧封装格式设置为由帧同步头及多个子帧组成，各 个子帧内包含子帧同步头及多个数据包，各个信息包内包含码同步头及传 输数据；
2 )、将数据进行FPGA加密算法编码处理再动态;故置在一个或者多个凄t 据包中，其它空余的数据包由伪随机码填充；
3) 、信源记录下存放数据的帧同步头、子帧同步头及码同步头等同步 码信息连同编码后的数据按设定的传输调制制式发送给信宿；
4) 信宿根据接收到的帧同步信息，判断数据所处的子帧位置，根据子 帧同步头判断数据所处的数据帧位置，才艮据同步码信息找到相应的数据包 并进行FPGA解密运算得到所传输的数据。
在有用数据的数据帧可采用检错，纠错算法，例如CRC32,向前纠错算 法，进行基带处理，以提高误码率。
处理完的数据通过调制芯片接收，发射端调制芯片输出33MH z的中 频模拟信号，中频模拟信号再经滤波放大后进行解调，解调后数据通过FPGA 上引出的三根引脚定义为数据线，时钟线，使能线三根接口，数据线接收 数据，使能线为低电平时，表示有数据传送，开始接收数据，在接收时钟的上升沿，接收一位数据，将接收到的数据暂存入用FPGA可以访问的SRAM， F P G A进行数据解密基带处理。利用FPGA能同时处理多个例程的能力， 接收到的数据经解密运算，并去除无关的填充码。 解密算法实施例如下
1) 根据接收到的帧同步信息，判断数据所处的子帧位置，根据子帧 同步头判断数据所处的数据帧位置，根据同步码信息找到相应的数据包， 去除干扰的数据帧及无关数据，将有数据据进行FPGA解密运算得到所传输 的数据。
2) 将解密完的数据进行CRC32向前纠错等提高误码率的枱r错，纠错运 算，纠正部分误码，并计算通过有用数据量计数器，及计算出来的误码率， 进行误码率计算，测出误码率并反映给微控制器。
本发明所提供的远距离无线传输方法广泛应用于公众电信和专网通信 各种环境条件下的点对点数据传输，特别是无线接入、传输链路、现有通 信信道的扩展、低成本的路由应用、长距离通信链路、蜂窝基站连接、铁 路通迅及军事通信系统应用。也可用于实时性较强的信源数据传输、视频 电话、蜂窝基站间的通信、无线上网等的数据传输，还适用于无线VPN、无 线VoIP、无线视频等多种领域。其优良的温度特性可应用于环境恶劣，布 线困难地区的以太网数据覆盖，节省工程施工成本。经上变频处理可应用 于视频监控系统骨干图像传输，多路IP电话接入交换机的无线传输系统， 校园、酒店、小区等宽带网无线接入，网吧、话吧无线接入，WLAN热点上 连回路等多种应用场合，税务、医疗、保险等专用宽带网无线接入与互连等。
权利要求
1、一种远距离无线传输方法，包括空闲频谱的自适应接入，其特征在于包括传输制式的自适应调整，所述传输制式的自适应调整包括如下步骤1)信源发送一串测试数据至信宿；2)信宿根据测试数据的误码率及传输速率确定采用QPSK、16QAM、64QAM或128QAM中的任一种作为传输调制制式并反馈给信源；3)信源根据信宿的反馈信息调制到相应传输调制制式然后将数据发送至信宿；4)信宿根据所接收到的数据的误码率及传输速率选择合适的传输调制制式并反馈至信源，信源根据信宿的反馈信息实时调整相应的传输调制制式然后将数据发送至信宿，如此交替进行实现数据传输的最优化。
2、 根据权利要求l所述的远距离无线传输方法，其特征在于所传输的 数据采用下述加密方法1)、将信源的数据帧封装格式设置为由帧同步头及多个子帧组成，各 个子帧内包含子帧同步头及多个数据包，各个信息包内包含码同步头及传 输数据；2)、将数据进行FPGA加密算法编码处理再动态放置在一个或者多个数 据包中，其它空余的数据包由伪随机码填充；3) 、信源记录下存放数据的帧同步头、子帧同步头及码同步头等同步 码信息连同编码后的数据按设定的传输调制制式发送给信宿；4) 信宿根据接收到的帧同步信息，判断数据所处的子帧位置，根据子 帧同步头判断数据所处的数据帧位置，根据同步码信息找到相应的数据包 并进行FPGA解密运算得到所传输的数据。
全文摘要
本发明提供一种能够在保证通信质量的前提下自适应调整最佳调制方式的远距离无线传输方法。其调制方式是由信源发送一串测试数据至信宿；信宿根据测试数据的误码率及传输速率确定采用QPSK、16QAM、64QAM或128QAM中的任一种作为传输制式并反馈给信源；信源再根据信宿的反馈信息调制到相应传输制式然后将数据发送至信宿；信宿根据所接收到的数据的误码率及传输速率选择合适的传输制式并反馈至信源，信源根据信宿的反馈信息实时调整相应的传输制式及速率将数据发送至信宿，如此根据传输环境及速率要求自适应实现数据传输效率的最优化。本发明适用于长距离、高速率无线数据数字传输。
文档编号H04W74/02GK101459968SQ20081018918
公开日2009年6月17日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者林志华 申请人:林志华