IEEE802.11a物理层的硬件实现

论文摘要

随着计算机网络的迅速发展,无线网络连接的研究及应用日益广泛, IEEE802.11a作为无线局域网应用的主流国际标准为各种移动终端的互联提供了统一的物理层接入方法,该标准采用了正交频分复用(OFDM)技术。正交频分复用技术由于拥有良好的抗多径性能和较高的频谱利用率成为高速无线通信系统的首选调制技术,对OFDM技术的研究也成为通信领域的热点之一。随着大规模集成电路的发展,软件无线电已经成为系统设计与开发的主要方法,而DSP和FPGA芯片都是进行软件无线电设计的硬件平台,由于二者各自的特点,应用的范围也有所不同,DSP芯片适应于运算密集型,适合于复杂算法的实现,FPGA适用于控制密集型,适合实现大量重复的简单的运算与控制,特别适合比特级别运算,DSP和FPGA的联合使用也就成为实现大型系统设计的更加有效的方法。本文研究IEEE802.11a标准的物理层功能的硬件实现方法,在集成了DSP和FPGA以及USB控制芯片的硬件开发平台上,采用C语言和Verilog硬件开发语言相结合的开发模式,对802.11a标准规定的物理层数据编码和OFDM调制功能进行设计;系统以DSP芯片为核心控制器,结合FPGA以及USB接口芯片构成,其中DSP芯片完成物理层数据的输入和系统寄存器的配置,FPGA芯片完成物理层数据编码和OFDM调制功能,USB芯片作为开发平台和PC机的通信模块完成与PC的通信,以便在PC和系统之间进行数据交流,其中DSP芯片通过USB芯片完成与PC的通信建立,并等待PC的发送数据请求,当DSP接收到PC机的发送请求后,开始数据输入并激活FPGA中的处理模块,FPGA芯片完成数据处理后,通过USB芯片将处理完成的数据发送给PC。系统采用对比软硬件运行结果的方法进行系统功能验证,为此,在DSP模拟器环境中使用C语言完成物理层数据编码和OFDM调制的软件实现,作为硬件系统的测试软件,并验证测试软件运行正确与否。在此基础上,采用该测试软件对硬件运行结果进行验证,对比显示,软硬件运行结果存在误差,经过分析本人认为该误差不是本系统硬件实现导致的功能性错误,该误差是合理的,本系统的硬件实现功能是正确的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 本文的工作内容及方法
• 2 OFDM 系统原理
• 2.1 OFDM 系统的数学模型
• 2.2 IFFT/FFT 在OFDM 系统中的应用
• 2.3 保护间隔与循环前缀
• 3 802.11a 标准物理层技术
• 3.1 物理层功能概述
• 3.2 物理层汇聚过程（PLCP）
• 3.2.1 PLCP 前导字（PLCP Preamble）
• 3.2.2 信号域（SIGNAL）
• 3.2.3 数据域（DATA）
• 3.3 系统参数
• 4 802.11a 物理层的硬件实现
• 4.1 开发平台
• 4.2 系统总体介绍
• 4.2.1 系统功能
• 4.2.2 系统工作流程
• 4.2.3 模块设计
• 4.3 USB 通信模块
• 4.3.1 USB 接口
• 4.3.2 DSP 通信模块
• 4.3.3 PC 通信模块
• 4.4 时钟设计模块
• 4.5 数据输入模块
• 4.5.1 训练序列的输入
• 4.5.2 数据域数据输入
• 4.5.3 寄存器配置
• 4.6 数据处理模块
• 4.6.1 信号域编码及调制
• 4.6.2 数据域编码即调制映射
• 4.6.3 OFDM 调制
• 4.7 数据输出模块
• 4.7.1 数据读取
• 4.7.2 USB 写入接口
• 5 测试与分析
• 5.1 测试软件
• 5.2 测试过程
• 5.3 误差分析及结论
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读学位期间发表的论文目录