多频多模超高速mimo无线通信装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种多频多模超高速MIMO无线通信装置，包括一个千兆网络处理器，千兆网络处理器包括第一PCIE接口、第二PCIE接口和至少两个千兆以太网接口，第一PCIE接口连接2.4GHz/5.8GHz双频段无线收发信机，第二PCIE接口连接45GHz频段无线收发信机，45GHz频段无线收发信机采用两次变频和天线分离的方案发送数据。千兆网络处理器还包括与接口连接实现网口间数据转发和传输的网桥模块，以及实现IEEE 802.11无线协议与IEEE 802.3以太网协议转换的协议转换模块，IEEE 802.11无线协议包括IEEE 802.11b/a/g/n/ac和IEEE 802.11aj协议。与现有技术相比，本实用新型能有效利用毫米波丰富的频谱资源，极大的提高无线通信系统的数据传输吞吐量，能同时支持目前3种频段、6种模式WIFI标准的终端接入。
【专利说明】多频多模超高速MI MO无线通信装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于无线通信【技术领域】，特别涉及无线局域网的多频多模超高速多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，ΜΙΜΟ)通信装置。
【背景技术】
[0002]低频段5.8GHz的超高速无线局域网技术IEEE 802.1lac在目前市场上的产品的最大的信道带宽是80MHz，传输速率可达1.3Gbps，数据吞吐率可达700Mbps，目前实现的技术及产品可以同时支持2.4GHz和5.8GHz两个频段，同时支持IEEE 802.11b、IEEE802.11a、IEEE 802.llg、IEEE 802.1 In、IEEE 802.1lac 五种模式，但目前市场上多路视频流传输需要IGbps以上的传输速率，以及智能终端的数据流量的日益增长，需要新的技术及方法增大无线接入点或无线基站的数据吞吐量。
[0003]低频段(低于6GHz)无线通信频谱资源日益稀缺，目前广泛使用干扰非常严重，超高速数据传输速率的需求以及毫米波频段的频率资源非常丰富，使得毫米波频段超高速无线通信技术越来越受到关注，例如2013年12月，工信部批准将42.3^47GHz和47.2^48.4GHz共计5.9GHz的频谱资源用于超高速无线接入且无需无线电执照。
[0004]本实用新型利用毫米波45GHz频段资源，实现可以同时支持2.4GHz(2400MHz?2483.5ΜΗζ)、5.8GHz (5.15GHz"5.85GHz)和 45GHz (42.3?47.0GHz、47.2GHz?48.4GHz)三个频段，同时支持 IEEE 802.11b、IEEE 802.11a、IEEE 802.llg、IEEE802.1 In、IEEE 802.llac、IEEE 802.1laj六种模式的多频多模超高速MMO无线接入点。实现的接入点可以达到3Gbps以上的峰值速率。
实用新型内容
[0005]实用新型目的:低频段(低于6GHz)无线通信频谱资源日益稀缺，广泛使用干扰非常大，严重影响系统性能，甚至不能有效工作，本实用新型有效利用毫米波45GHz频段资源，实现可以同时支持2.4GHz,5.8GHz和45GHz三个频段，同时支持ffiEE 802.11b、IEEE802.11a、IEEE 802.llg、IEEE 802.1 In、IEEE 802.llac、IEEE 802.1laj 六种模式的多频多模超高速MMO无线接入点，有效利用毫米波频段非常丰富的频率资源，实现无线通信系统的峰值速率可以达到3Gbps以上，满足智能终端的数据流量的日益增长以及目前市场上第四代移动通信技术LTE基站的回传及多路视频流传输高达IGbps以上的传输速率的要求。
[0006]技术方案:针对上述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0007]一种多频多模超高速MMO无线通信方法的装置，包括一个千兆网络处理器，所述千兆网络处理器包括第一 PCIE接口、第二 PCIE接口和至少两个千兆以太网接口，所述第一PCIE接口连接2.4GHz/5.8GHz双频段无线收发信机，所述第二 PCIE接口连接45GHz频段无线收发信机；
[0008]所述千兆网络处理器还包括:
[0009]网桥模块，分别与千兆以太网接口和PCIE接口连接，用于管理千兆以太网接口对应的以太网口和接口对应的无线网口，并以网口的嫩地址为依据进行数据链路层的数据转发和传输；
[0010]协议转换模块，与网桥模块连接，用于实现1222 802.11无线协议与1222 802.3以太网协议之间的转换，并将转换后的数据输出至网桥模块；
[0011]所述45(--频段无线收发信机包括基带信号处理器以及与基带信号处理器连接的45(--射频收发信机，456?射频收发信机包括~个发射通道和~个接收通道；每个发射通道包括依次连接的射频调制模块、射频开关和微波频段上变频模块，一个微波频段上变频模块与一个微波频段发射天线连接；所述基带信号处理器用于产生~路模拟基带信号；所述射频调制模块与基带信号处理器一路输出连接，用于将模拟基带信号转换成射频信号，并输出至射频开关，所述微波频段上变频模块接收射频开关输出的射频信号，用于将射频信号转换成45(--微波频段信号，并输出至微波频段发射天线；
[0012]每个接收通道包括依次连接的射频解调模块、射频开关和微波频段下变频模块，一个微波频段下变频模块与一个微波频段接收天线连接；所述微波频段下变频模块用于接收微波频段接收天线输出的45如2信号，将45如2信号转换成射频信号，并输出至射频开关，所述射频解调模块用于接收射频开关输出的射频信号，将射频信号转换成模拟基带信号，并输出至基带信号处理器。
[0013]进一步的，所述2.46^/5.8(--双频段无线收发信机包括基带信号处理器、与基带信号处理器连接的小信号射频收发信机，以及与小信号射频收发信机连接的射频前端；所述射频前端有~路收发链路，每路收发链路包括5.86！！2发射通道、2.46！！2发射通道、宽频带2.46^/5.86！！2接收通道和一个射频开关；一个射频开关与一个收发天线连接；
[0014]所述5.8如2发射通道的输入端与小信号射频收发信机的发射机的输出端连接，用于将5.86！！2的差分信号转换成单端信号，并输出至射频开关的第一发送端；
[0015]所述2.4如2发射通道的输入端与小信号射频收发信机的发射机的输出端连接，用于将2.46！！2的差分信号转换成单端信号，并输出至射频开关的第二发送端；
[0016]所述宽频带2.46^/5.8(--接收通道的输入端与射频开关的输出端连接，用于将射频开关输出的2.4如2或5.8如2的单端信号进行分离，并分别转换成差分信号输出至小信号射频收发信机的接收机；
[0017]射频开关的开关控制信号输入端与基带处理器的开关控制信号输出端连接。
[0018]进一步的，所述45(--射频收发信机还包括第一频率源和第二频率源，第一频率源与第一功分器连接，第一功分器至少包括2^个输出端，分别与射频调制模块的1/0调制器和射频解调模块的1/0解调器连接；第二频率源连接倍频器，倍频器连接第二功分器，第二功分器至少包括2^个输出端，分别与微波频段上变频模块的混频器和微波频段下变频模块的混频器连接。
[0019]所述第一频率源的频率4为低于6(--频段，第二频率源的频率为(45(^24 /4频段。
[0020]有益效果:与现有技术相比，本实用新型有效利用毫米波频段非常丰富的频率资源，极大地增加无线通信系统的数据传输吞吐量，2.46^/5.8如2基带单元采用1222802.11%技术规范，45(--采用1222 802.11幻技术规范，传输三路空间流的无线通信系统的峰值速率可以提高到3(?%以上。可以支持1222 802.116、1222 802.1匕、1222802.llg、IEEE 802.1 In、IEEE 802.llac、IEEE 802.1laj 六种模式，很好的兼容目前市场所有WIFI的终端设备接入。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为MMO无线通信网络的示意图；
[0022]图2为本实用新型的原理示意图；
[0023]图3为图2中2.4/5.8GHz射频前端示意图；
[0024]图4为图2中45GHz射频收发信机示意图；
[0025]图5为本实用新型装置实施例结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]本实用新型可以用于多种宽带无线通信系统，这种通信系统的例子包括TDD模式毫米波无线MIMO通信系统等。
[0027]本实用新型可实现在多种有线或无线通信装置中，根据本实用新型中的方法实现的无线节点可以包括接入点或用户终端。
[0028]接入点(Access Point, AP)可以包括、被实现为、或称为基站收发机、中心站、基站、收发机功能、无线路由器、无线收发机、基本服务集(Basic Service Set, BSS)、扩展服务集(Extended Service Set, ESS)或某些其它术语。
[0029]用户终端(User Terminal, UT)可以包括、被实现为、或称为接入终端、远端站、用户站、用户单元、移动站、用户终端、用户装置、用户设备、或某些其它术语。在某些实现方式中，接入终端可以包括具备无线连接能力的电话、手机、电脑等。
[0030]如图1所示，具有接入点和用户终端的多址MMO系统。在任何给定的时刻，接入点可以在下行链路和上行链路上与一个或多个用户终端进行通信。下行链路是从接入点到用户终端的通信链路，上行链路是从用户终端到接入点的通信链路。用户终端还可以与另一用户终端点对点地通信。系统接入控制器连接到接入点，并向接入点提供协调和控制。
[0031]无线MMO通信系统是TDD模式系统，对于TDD系统，下行链路和上行链路共享相同的频带。
[0032]接入点是针对下行链路的发射机和针对上行链路的接收机。用户终端是针对下行链路的接收机和针对上行链路的发射机。如本文中使用的“发射机”是能够通过无线信道发送数据的独立操作的装置或设备，“接收机”是能够通过无线信道接收数据的独立操作的装置或设备。
[0033]如图2、3、4所示，本实用新型公开了多频多模超高速MMO无线通信方法及装置的原理示意图。如图5所示，本实用新型实施例公开了一种采用上述方法的多频多模超高速MMO无线通信装置，包括一个千兆网络处理器，千兆网络处理器有两个高速PCIE接口，一个PCIE接口连接2.4GHz/5.8GHz双频段无线收发信机；另一个PCIE接口连接45GHz频段IEEE802.1laj无线收发信机。为了匹配无线端口的速率，千兆网络处理器还至少有两个千兆以太网接口。千兆网络处理器还包括:用于管理千兆以太网接口对应的以太网口和PCIE接口对应的无线网口，并以网口的MAC地址为依据进行数据链路层的数据转发和传输的网桥模块；以及用于实现IEEE 802.11无线协议与IEEE 802.3以太网协议之间的转换，并将转换后的数据输出至网桥模块，通过网桥模块进行以太网口和无线网口间的数据传输的协议转换模块。
[0034]其中，2.46^/5.8(--双频段无线收发信机包括基带信号处理器、小信号射频收发^[目机和射频前端。
[0035]基带信号处理器的发射通道处理是将信源数据进行编码、调制、空间扩展、数字模拟信号转换等处理，接收通道处理包括模拟数字信号转换、1頂0信道估计、1頂0信道均衡、解调、译码等处理。
[0036]小信号射频收发信机的发射机是将基带处理器输出的基带模拟信号通过放大、1/0调制、小功率放大输出小功率射频信号。
[0037]小信号射频收发信机的接收机是接收射频信号放大、1/0解调、放大后输出基带模拟信号给基带处理器。
[0038]射频前端有~路收发链路，每路收发链路包括5.86！！2发射通道，2.4(--发射通道，宽频带2.46^/5.86！！2接收通道和一个射频开关。
[0039]如图3所示，5.8如2发射通道包括5.8如2发射匹配及差分转单端电路、滤波器和功率放大器，5.8如2发射通道接收小信号射频收发信机的5.8如2的差分输出信号后将差分信号匹配转换成单端50欧姆阻抗信号，连接滤波器进行杂散信号滤除，然后输入功率放大器进行信号放大，功率放大器输出信号连接射频开关的1X1端。2.4如2发射通道包括2.46！！2发射匹配及差分转单端电路、滤波器和功率放大器，2.46！！2发射通道接收小信号射频收发信机的2.4如2的差分输出信号后将差分信号匹配转换成单端50欧姆阻抗信号，连接滤波器进行杂散信号滤除，然后输入功率放大器进行信号放大，功率放大器输出信号连接射频开关的1X2端。宽频带2.4(^2/5.86112接收通道包括5.86--发射匹配及单端转差分电路、2.46！！2发射匹配及单端转差分电路、双工器和宽带低噪声放大器，宽频带2.46^/5.86！！2接收通道的宽带低噪声放大器接收射频开关输出的2.4(--或5.8(--信号进行低噪声放大，然后输入双工器分离出2.46！！2和5.86！！2信号，2.4(--信号单端转差分信号输入小信号射频收发信机，5.86！！2信号单端转差分信号输入小信号射频收发信机。此处使用一个宽频段通道，接收和处理2.46！！2或5.86！！2的信号，能够有效节省成本。射频开关根据基带处理器输出的开关控制信号控制天线端口在2.46！！2发射端、5.86！！2发射端、
2.46^/5.86！！2接收端进行切换。
[0040]2.46^/5.8(--射频前端有~路收发链路，最大可以传输~路空间流信号。
[0041]456?频段无线收发信机包括基带信号处理器和45(--射频收发信机。
[0042]基带信号处理器包括媒体接入控制单元、发射机基带信号处理单元、接收机机基带信号处理单元、控制器、数字模拟转换器和模拟数字转换器。发射机基带信号处理单元根据45如2无线信道传输特性是将信源数据进行编码、调制、空间扩展、数字模拟信号转换等处理产生~路基带输出信号，最多传输~路空间流信号。接收机基带信号处理单元包括模拟数字信号转换以及根据45(--无线信道传输特性设计的1頂0信道估计、1頂0信道均衡、解调、译码等处理恢复出发射机发送的信源数据。
[0043]如图4所示，45(--射频收发信机采用超外差二次变频方案，包括~路收发链路和二个频率源，每路收发链路包括一个发射通道和一个接收通道，每个发射通道包括依次连接的射频调制模块、射频开关和微波频段上变频模块，一个微波频段上变频模块与一个微波频段发射天线连接，每个接收通道包括依次连接的射频解调模块、射频开关和微波频段下变频模块，一个微波频段下变频模块与一个微波频段接收天线连接；第一频率源(本振O与第一功分器连接，通过功分器转换成2N路输出提供给射频调制模块的I/Q调制器和射频解调模块的I/Q解调器变频使用，第一频率源的频率f\，可选择低于6GHz ;第二频率源(本振2)连接4倍频器，4倍频器连接第二功分器，通过功分器转换成2N路输出提供给微波频段上变频模块的混频器和微波频段下变频模块的混频器变频使用，第二频率源的频率4可选择(45GHz-f !>/4频段，4倍频后对外提供频率源。每路收发链路包括一个发射通道，一个接收通道，接收通道和发射通道分别包括一个射频开关。发射通道输入端接收数字模拟转换器输出的I/Q两路模拟基带信号后滤波、可变增益放大、然后输入I/Q调制器，I/Q调制器输出4频段的射频信号，然后可变增益放大后再经过射频开关输入混频器上变频到45GHz微波频段的信号，滤波、输入功率放大器进行信号放大，功率放大器输出信号连接发射天线。接收通道接收天线输出的45GHz信号先进行低噪声放大，然后滤波、滤波后输入混频器进行下变频到频段，混频器输出滤波后经过射频开关输入可变增益放大器进行放大，可变增益放大器的输出连接I/Q解调器的输入，I/Q解调器将频段的射频信号下变频到模拟基带信号，输出的I/Q两路信号分别进行可变增益放大、滤波。此处通过收发天线分离和两次变频在射频通道上加射频开关的方法实现了 TDD通信方式，由于微波频段开关损耗大，在射频通道上设开关能够有效降低发射功率损耗和接收机噪声系数。
[0044]45GHz射频收发信机的N路收发链路最大可以传输N路空间流信号。
[0045]采用本实施例的多频多模超高速MMO无线通信装置，数据发送时，发射机的网络处理器根据终端设备请求的无线通信模式，通过协议转换模块将IEEE 802.3的数据帧转换成IEEE 802.11的无线数据帧，再通过网桥模块进行数据帧的转发，对于IEEE 802.1lb/a/g/n/ac模式，选择通过2.4GHz/5.8GHz双频段无线收发信机连接对应的无线网口发送数据，对于IEEE 802.1laj模式，选择45GHz频段无线收发信机对应的无线网口发送数据。2.4GHz/5.SGHz双频段无线收发信机接收到数据后，对信源数据进行相应的基带信号处理和射频调制，产生2.4GHz或5.8GHz频段的最大N路空间流信号，通过N个射频天线发送数据；45GHz频段无线收发信机接收到数据后，对信源数据进行基带信号处理和二次变频处理，产生45GHz频段的最大N路空间流信号，通过N个微波频段发射天线发送数据。
[0046]数据接收时，2.4GHz/5.8GHz双频段无线收发信机从N个射频天线接收到最大N路2.4GHz或5.SGHz频段的空间流信号后，进行射频解调和基带信号处理，恢复发射机发送的信源数据；45GHz频段无线收发信机从N个微波频段接收天线接收到最大N路45GHz频段的空间流信号后，进行两次下变频和基带信号处理，恢复发射机发送的信源数据；接收机的网络处理器通过协议转换模块将IEEE 802.11的无线数据帧转换成IEEE 802.3的数据帧，再通过网桥模块将数据帧转发至以太网口。
[0047]图2中WIFI基带处理器及射频收发信机可选高通公司(Qualcomm)的QCA9882或高通公司QCA9880的或博通公司(Broadcom)的BCM4352，网络处理器可选高通公司(Qualcomm)的 IPQ8068。
[0048]45GHz频段IEEE 802.1laj基带处理及媒体控制可使用Xilinx 4片大规模FPGAVirtex6 实现。
[0049]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，所作的任何修改、等同替换、改进等也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种多频多模超高速MMO无线通信装置，其特征在于，包括一个千兆网络处理器，所述千兆网络处理器包括第一 PCIE接口、第二 PCIE接口和至少两个千兆以太网接口，所述第一 PCIE接口连接2.4GHz/5.8GHz双频段无线收发信机，所述第二 PCIE接口连接45GHz频段无线收发信机； 所述千兆网络处理器还包括: 网桥模块，分别与千兆以太网接口和PCIE接口连接，用于管理千兆以太网接口对应的以太网口和PCIE接口对应的无线网口，并以网口的MAC地址为依据进行数据链路层的数据转发和传输； 协议转换模块，与网桥模块连接，用于实现IEEE 802.11无线协议与IEEE 802.3以太网协议之间的转换，并将转换后的数据输出至网桥模块； 所述45GHz频段无线收发信机包括基带信号处理器以及与基带信号处理器连接的45GHz射频收发信机，45GHz射频收发信机包括N个发射通道和N个接收通道；每个发射通道包括依次连接的射频调制模块、射频开关和微波频段上变频模块，一个微波频段上变频模块与一个微波频段发射天线连接；所述基带信号处理器用于产生N路模拟基带信号；所述射频调制模块与基带信号处理器一路输出连接，用于将模拟基带信号转换成射频信号，并输出至射频开关，所述微波频段上变频模块接收射频开关输出的射频信号，用于将射频信号转换成45GHz微波频段信号，并输出至微波频段发射天线； 每个接收通道包括依次连接的射频解调模块、射频开关和微波频段下变频模块，一个微波频段下变频模块与一个微波频段接收天线连接；所述微波频段下变频模块用于接收微波频段接收天线输出的45GHz信号，将45GHz信号转换成射频信号，并输出至射频开关，所述射频解调模块用于接收射频开关输出的射频信号，将射频信号转换成模拟基带信号，并输出至基带信号处理器。
2.根据权利要求1所述的多频多模超高速MMO无线通信装置，其特征在于，所述2.4GHz/5.8GHz双频段无线收发信机包括基带信号处理器、与基带信号处理器连接的小信号射频收发信机，以及与小信号射频收发信机连接的射频前端；所述射频前端有N路收发链路，每路收发链路包括5.8GHz发射通道、2.4GHz发射通道、宽频带2.4GHz/5.8GHz接收通道和一个射频开关；一个射频开关与一个收发天线连接； 所述5.SGHz发射通道的输入端与小信号射频收发信机的发射机的输出端连接，用于将5.SGHz的差分信号转换成单端信号，并输出至射频开关的第一发送端； 所述2.4GHz发射通道的输入端与小信号射频收发信机的发射机的输出端连接，用于将2.4GHz的差分信号转换成单端信号，并输出至射频开关的第二发送端； 所述宽频带2.4GHz/5.8GHz接收通道的输入端与射频开关的输出端连接，用于将射频开关输出的2.4GHz或5.SGHz的单端信号进行分离，并分别转换成差分信号输出至小信号射频收发信机的接收机； 射频开关的开关控制信号输入端与基带处理器的开关控制信号输出端连接。
3.根据权利要求1所述的多频多模超高速MIMO无线通信装置，其特征在于， 所述45GHz射频收发信机还包括第一频率源和第二频率源，第一频率源与第一功分器连接，第一功分器至少包括2N个输出端，分别与射频调制模块的I/Q调制器和射频解调模块的I/Q解调器连接；第二频率源连接倍频器，倍频器连接第二功分器，第二功分器至少包括2N个输出端，分别与微波频段上变频模块的混频器和微波频段下变频模块的混频器连接。
4.根据权利要求3所述的多频多模超高速MIMO无线通信装置，其特征在于，所述第一频率源的频率为低于6GHz频段，第二频率源的频率为(45GHz-f ^ /4频段。
【文档编号】H04W88/10GK204206181SQ201420674719
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】姚雄生, 张军, 柏杨林, 曹俊生, 洪伟, 江华 申请人:江苏中兴微通信息科技有限公司