IEEE802.11无线局域网MAC层与物理层基带处理芯片的研究

摘要

从发布IEEE802.11协议开始,国际电子电气工程师协会已经推出了IEEE802.11a、b、g等一系列无线局域网相关协议.近年来,随着便携式设备的普及,无线局域网技术得到了快速发展,越来越多的科研机构和业界厂商投入到无线局域网的技术研究和产品开发中去.IEEE802.11协议主要规范了无线局域网的组网方式和相关服务,涉及到媒质访问控制子层(MAC)和物理层(PHY)的工作.该文在IEEE802.11和IEEE802.11b标准的基础上,对802.11无线局域网处理芯片的设计进行了相关研究.由于IEEE802.11协议涉及到MAC和PHY两层的规范,所以我们的设计也相应的分为两个部分.对于MAC层设计,我们使用了基于嵌入式芯片的系统架构,在系统级的设计过程中,提出了一种使用C++语言对硬件建模的方法,并进行了软硬件协同的系统级仿真,以此来指导系统的软硬件划分.在系统级设计的基础上,完成了独立组网模式(ad hoc)下MAC层硬件电路的设计,该部分电路可以实现协议中规定的载波侦听/冲突避免、DCF协调模式和帧序列交换等功能.设计的整个硬件系统在FPGA上完成了功能验证.对于物理层,我们使用Matlab工具完成了针对基带信号处理的系统设计和仿真.由于802.11b协议使用CCK调制进行高速数据传输,所以针对CCK的调制和解调方法进行了相应的研究.同时,由于无线信道多径效应所造成的符号间干扰,设计中使用信道匹配滤波器和判决反馈均衡器来抵消信道失真,并使用DMI信道估计算法实现了均衡器的快速启动.最后,文章对同步和载波频偏估计等系统相关模块也进行了简单介绍.

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

第二章IEEE 802.11协议的介绍

2.1 802.11的拓扑结构

2.1.1基本服务组(BSS)

2.1.2分布式系统服务(DSS)

2.1.3扩展服务组(ESS)

2.2 802.11的逻辑结构

2.3 802.11的服务

2.3.1分布布式系统服务(DSS)

2.3.2站点服务(SS)

2.4媒质访问控制(MAC)层

2.4.1无线媒质访问

2.4.2 网络连接和认证保密服务

2.4.3 MAC的帧结构与帧交换序列

2.5无线局域网的物理层(PHY)

2.5.1物理层结构

2.5.2物理层的载波侦听与信道评估功能

2.5.3直接序列扩频(DSSS)物理层

第三章媒质访问控制(MAC)层的系统设计

3.1 MAC层的系统架构

3.1.1 MAC层的软硬件划分

3.1.2 MAC层系统架构

3.2系统级的设计方法和软硬件协同仿真

3.2.1常用的软硬件协同设计工具与设计方法

3.2.2 MAC系统中使用的软硬件协同设计方法

3.2.3软硬件协同仿真的结果

第四章独立组网模式下的MAC硬件设计

4.1软硬件的交互

4.1.1交换内存(Exchange Memory)

4.1.2寄存器堆(Register File)

4.1.3中断控制

4.2硬件模块的具体实现

4.2.1本地总线(Local Bus)

4.2.2寄存器堆和交换内存(Register File and Exchange Memory)

4.2.3总线接口(Bus Interface)

4.2.4流控制器(Traffic Controller)

4.2.5发送引擎和接收引擎(Tx Engine and Rx Engine)

4.2.6 WEP引擎(WEP Engine)

4.2.7总线监控器(Tracer)

4.3硬件电路的FPGA测试结果

第五章直接序列扩频物理层(DSSS PHY)的系统设计

5.1直接序列扩频物理层的调制方式

5.1.1直接序列扩频和差分相移键控

5.1.2 CCK的调制与解调

5.2无线信道与信道模型

5.2.1无线信道

5.2.2信道模型

5.2.3脉冲成形滤波器与等效信道

5.3发送机的结构

5.4接收机的结构

5.4.1接收方案

5.4.2信道估计(Channel Estimation)

5.4.3定时同步(Timing)

5.4.4载波频偏补偿(Carrier Frequency Offset Rotation)

5.4.5接收机的整体结构和仿真结果

总结与展望

参考文献

致谢

论文独创性声明和论文使用授权声明