基于TDMA的点对多点微波通信系统链路层设计与实现

摘要

本论文是针对边防海岛对点对多点微波通信系统的应用需求，进行了基于TDMA多址方式的链路层设计和实现。论文首先介绍了点对多点微波通信系统的国内外现状、链路层概念及点对多点链路层的功能，阐述了链路层的设计和实现的意义。
　　本文分析了基于MCU+FPGA软件无线电的链路层设计平台需求，提出了链路层设计的指标要求，进行了硬件平台方案、帧结构设计、系统组网算法、系统交换方式、信道分配策略等方面的设计。依托点对多点产品环境，从设备的需求、总体设计、硬件平台设计、软件设计、电路实现和测试等情况进行了介绍。
　　本文针对点对多点微波通信系统链路层的功能需求，给出了系统需要设计和实现的主要功能和模块，并在帧结构设计、组网策略和带宽分配体制等方面进行了细致分析和设计。
　　最后我们把该设计应用到某点对多点微波通信系统中，对组网能力、用户接入和业务时延要求进行了验证，实验表明该链路层设计完全达到了系统总体指标要求。
　　本文重点解决以下几个问题:
　　第一，设计了基于单片机C8051F130和FPGA EP2C55F484可重构的硬件平台;
　　第二，根据业务特点、组网要求，提出了一种基于64kbsp分配粒度，上下行对称的帧结构;
　　第三，设计出了一种高效实用复接、交换和无线信道适配的链路层核心控制平台，并对其中硬件平台、FPGA电路模块和主要软件进行了划分和设计，明确了各模块任务和功能要求。
　　该点对多点微波链路层支持组网设备数量1个中心站和最多32个用户站，星形组网。用户站可随机入网，通信覆盖半径达50公里。
　　点对多点微波设备采用FDD双工方式，TDMA多址方式。支持60路双工64kbps无线信道，信道分配最小粒度64kbps，备传输时延不大于8ms。
　　设备支持综合业务接入和传输，业务包括自动电话、磁石电话，支持1.2k～9.6k异步数据，8k～128kbps同步k接口数据、128～1024kbps的IP数据，还支持E1透传业务。可支持业务数量多达128个，最高业务合计速率4Mbps。电话业务信道按需分配。其余业务信道固定预分配;E1透传可支持调度。每个用户站支持8路电话内部交换，不需要占用无线信道资源。
　　该设备可固定安装使用，也可机动搭载，有效的解决了边防海岛用户、高原山区用户和不便于架设光缆的专业网末端用户对综合业务传输接入的需求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外点对多点微波通信系统的现状

1．3 系统介绍

1．3．1 功能介绍

1．3．2 系统主要指标

1．3．3 系统特点

1．4 主要研究内容

1．5 论文的组织结构

第二章 链路层介绍

2．1 OSI网络模型

2．2 点对多点微波设备链路层

2．2．1 概述

2．2．2 链路层功能

2．2．3 数据链路层与用户业务之间的接口

2．2．4 数据链路层和物理层之间的接口

第三章 链路层设计和实现

3．1 主要设计指标

3．2 帧结构设计

3．2．1 帧结构设计原则

3．2．2 帧结构

3．3 信息流程

3．3．1 系统同步

3．3．2 用户站入网

3．3．3 入网时延调整

3．3．4 多址间通信协议

3．3．5 信道分配

3．3．6 复接电路

3．4 FPGA及开发环境介绍

3．4．1 FPGA EP2C35F484

3．4．2 Quartus Ⅱ开发工具

3．5 单片机C8051F130及开发环境介绍

3．5．1 C8051F130介绍

3．5．2 Keil C51开发环境

3．6 网口芯片

3．7 硬件平台设计

3．7．1 单片机及外围电路

3．7．2 FPGA及配置电路

3．7．3 FPGA功能逻辑电路设计

3．7．4 8路E1接口

3．7．5 信道接口

3．7．6 LAN接口

3．7．7 主时钟电路

3．7．8 电源变换电路

3．7．9 其它电路模块

第四章 系统实现与测试

4．1 产品的应用场景模式

4．2 多址板在系统中的验证

4．2．1 测试环境

4．2．2 资源测试

4．2．3 室内测试

4．2．4 室外测试

第五章 结论展望

参考文献

致谢