（无线电物理专业论文）基于专用dsp的80211ab协议的基带处理技术的研究与实现.pdf

摘要 近年来，软件无线电技术倍受关注，被认为是未来通信乃至未来无线电技术 的发展方向。由于受到硬件性能如a ，d ，n a 速度的限制，目前的软件无线电系 统多采用折中的实现方案，增加专用的变频电路，将射频信号变频到基带，然后 再进行基带信号处理。在基带处理芯片方面，a s i pd s p ( a p p l i c a t i o ns p e c i f i c i n s t m c t i o ns e td s pp m c e s s o r s ，即针对应用定制指令集的处理器) 既保留了通用 d s p 可编程性强的特点，也通过针对应用优化的架构和指令集等，继承了a s i c 的开发周期短，运行效率高的特点，很符合基带部分开发的要求，是国际上近来 发展的一个热点。本论文的内容即是基于a s i p d s p 芯片c c 6 n 0 的8 0 2 1 1 a ，b 协 议的基带处理技术的研究与实现。 本论文的工作有两个创新之处： 一个创新之处是寻找到了一种适用于d s p 实现的8 0 2 1 1 b 协议的信道估计和 信道均衡的算法。从运算量的角度，我们提出了选用基于扩频序列的相关来进行 信道估计，以及f i r 滤波器来进行信道均衡的方案，随后用m a ：na b 实现了算 法并进行了仿真。 另一个创新之处是基于上海正诺公司的a s i pd s p 芯片c c 6 1 1 0 实现了 8 0 2 1 1 a b 协议的基带处理部分。我们根据w l n 系统开发的特点选定了a s i p d s p 芯片c c 6 1 1 0 ，搭建了具体的实现平台，编写了f i m w e 程序并进行仿真调 试，实现了8 0 2 1 1 b 系统的基带部分的收发以及8 0 2 1 1 a 系统的基带部分的发送， 并针对芯片的结构特点对实现进行了优化。 关键词： 无线局域网，a s i p d s p ，i e e e8 0 2 1 1 a b ，信道估计，信道均衡 a b s t r a c t r e c e n t l y ，s o 胁a r cr a d i oi sah o tp o i n t ，j tw a st h o u 曲tt ob et h ed c v e l 叩i gd i r e c t i o n o ft h ef u t u r ec o m m u n i c a t i o no re v c nt h er a d i ot e c h n o l o g y b e c a u s eo ft h el i m i to fh i g i l s p e e da d co d a c ，l h es o f t w a r cr a d j os y s t 咖o f i c nu s e m i d d j ec o u f s e ，t l l em e t h o dj s p - d c e s s i n gb 勰e b 蛐ds i 印a l sa f t e ra d d i n gs p e c i a l 仃e q u e n c yc o n v e r s i n gc i r c i l i tt o v e 墙es i 印a l sf r o mr f 丘e q u e n c yb a n dt ob a s eb a n d a s i pd s p ( a p p l i c a t i o n s p c c 墒ci n s 仃1 l c t i o n s e td s pp r o c c s s o f s ) i ss u i t a b l ef 研t h eb a s e b 柚dp r o c c s s i g d e y e i o p m e n t ，j t h a st j l e p m g m m m b l ec h a f a c t e ro fd s p r c ，朋d r e m a j n st l l e a d v a i i t a g e so fs h o r td e v e l o pp e r i o da n d h i g l le f f i c i e n c yo fa s i ct l l r o u g ht h eo p t i m i z e d a r c h i t e c t u r ca n di n s t n l c t i o ns e tf o ra p p l i c a t i o n 1 1 i i sp 叩e r h a st w op o i n t s o n ep o j 】毗j s ”s e a r c h j n gt h ca 一| 1 1 脚e t i co fc h a n n de s t i m a t i 彻a n dc h 踟c j e q u a l i z a t i o nf o r8 0 2 1 1 bp r o t o c o l ，w h i c hi ss u i t a b l ef o r t h ei m p l e m e n t 咖d s p ：t h e c h o s e nm e t h o di sc o r f e l a t i o nw i t ht l l es p r e a d i n gs e q u e n c e ( d e s p r c a d i n g ) f o fc h a n n e l e s t i m a t i o na l l df i rf i l t e rf o rc h a 皿n e le q u a l i z a t i o n a f t 盯t h a t ，t h i sp a p e r r e a l i z ea n d s i m u l a t el h ea r i t h m e t j cj nm 棚a b t h eo t h e rp o i n tj sf 0 册e dae n v j r o n m e n tf o rr c a l i z a t i o nb a s e do na s i pd s p ，w r i t e d t h ef i 彻w a r ep r o g r a m ，s i m u l a t e da n dd e b u g g e dt h ep r 0 售r 锄，r c a l i z et h et r a n s m i t t e r a n dr e c c i v e ro f8 0 2 1 1 bs y s t e m ，蛆dt h et 豫n s m i t t e ro f8 0 2 1 1 as y s t e m a tl a s tt l l i s p a p e ro p “m j z e dt h ei m p j 锄朋tb a s e do nt h ea f c h i e c t u r eo f a s i pd s p k e y w o r d s ： w l a n ，a s i pd s p ，i e e e8 0 2 1 1 a b ，c h a n n e le s t i m a t i o n ，c h a n n e le q u a l i z a t i o n i l 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究 成果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经 发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确说明并表示谢意 作者签名：出堕 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文在 解密后适用本规定。 学位论文作者签名：潮望 日期：6 、占、9 导师签名：歹私爿皂 日期：型g 。乎 华末努范大学矮士学位论文 第一章绪论 1 1 无线局域潮技术的发展 无线局域阏( w l a 一一作为一种灵活的数据通信系统，和有线届域网糯 比，无线局域网由于可以采用高频无线电波作为传输介质，所以可以避开布线的 潮扰，同时高频无线电波可以穿透玻璃或墙壁，能够满足一定范围内的局部组网： 农开藏性办公送、办公场繇交偬簇繁、移渤办公、震示会谈疆及场蟪条舞瑟劣不 道宣布线的场合，无线局域网具有有线网络无可替代的优越性。另外，无线局域 网构建简单，组网比较容易，管理和维护的技术要求也不高：它还能够保持与有 线溺终豹兼容，逶过接入杰设罄可班实瑷光线届域朗与窍线网络鹣纛缝连接。由 于无线局域网艇有的独特技术优势，它已经成为当今数字通信领域的一大研究热 点。 包括b t e 麟l ，t l ，c i s c o ，i m c c n t ，n o n c l l b m ，d e c ，a m d ，3 c o m 、d - l i n k 、 瓢n g s o n ，沁l 【滚、r 瑟i ol a 琏x i 跚珏b r e e z e m 霸e y l 旅在内酶厂海秘继醑铡、 嫩产符合标准的无线局域网产品。而i e e e 8 0 2 委员会以及欧洲电信标准化协会 剿r s i 也相继研究出台宽带舟q 无线局域网标准以满足人们同渐增长的对数据、话 豢、整豫等毫速率网络逶绩弱要求。疆e 嚣铡定豹w l a n 蠡准影或了一令系列， 甑括8 0 2 1 l a 懒d ，e 笸g ，l l 乱赢到最近刚通过草案的8 0 2 ，1 1 n 。其中最出名的是 8 0 2 1 1 b ，其传输速度高达1 1 m b s ，传输躐离在1 0 0 至3 0 0 米之间。w i f i ( 毗e l e s s 掇d d i | v ) 联盟就是为了力搀旗于8 0 2 1 强标准的w l 矗烈薅成立豹，如今w i f i 已 成为w l a n 的代名词。 m e e 8 0 2 1 1 【1 l 标准于1 9 9 7 年6 月公布，它是第一代无线局域网标准之一。 8 0 2 1 1 标准中物理层定义了数据传输的信号特征和调制在物理层中，定义了两 令r f 传辕方法帮一令红磐线传骧方法，袋f 传辕方法袋溺扩叛诿裁技术亲潢是 绝大多数国家工作规范。在该标准中r f 传输标准是跳频扩频( f h s s l 和直接序列 扩频( d s s s ) ，工作在2 4 0 0 0 - 2 4 8 3 5 g h z 频段。在随后为了能有更高的数据通信 带宽、更多豹功能秘毙握使燹线蜀域网霉到更抉速豹发鼹，l e e e 缝织蒙戆戆工 作缝将8 0 2 1 l 标准进行了扩簇和加强。表l 表运了当附主流的三种不同的i e e e 8 0 2 1 1 扩展标准的特性： 华东师范大学硕士学位论文 8 0 2 儿b 8 0 2 1 l a 8 0 2 1 1 9 标准批准时间 1 9 9 9 年9 月1 9 9 9 年9 月2 0 0 3 年6 月 最大数据速率 1 1 m b p s5 4 m b p s5 4 m b p s e r p d s s s ：1 2 b p s k ：6 9 e r p c c k ：5 5 1 1 调制方式和可 d b p s k ：1 e r p o h ) m ：6 ，9 ，1 2 ，1 8 ， q p s k ：1 2 ，1 8 用传输速率d o p s k ：2 2 4 ，3 6 ，4 8 ，5 4 1 6 - o 舢讧：2 4 ，3 6 ( m b p s ) c c k ：5 5 1 1 e r p - p b c c ：5 5 ，1 1 ，2 2 ，3 3 6 4 一q a m ：4 8 ，5 4 d s s s 0 f d l m ：6 ，9 ，1 2 ，1 8 ， 2 4 ，3 6 ，4 8 ，5 4 5 1 5 5 2 5 工作频段 2 4 2 4 8 3 55 2 5 - 5 _ 3 5 2 4 2 4 8 3 5 ( g h z ) 5 7 2 5 5 8 2 5 可用频宽8 3 5 m l i z3 0 0 m h z8 3 5 瑚z 1 9 9 9 年9 月通过的i e e e 8 0 2 1 1 b 【2 j 工作在2 4 g h z 一2 4 8 3 g h z 频段。8 0 2 1 1 b 数据速率可以为1 1 m b p s ，5 5 m b p s ，2 m b p s ，1 m b p s 或更低，根据噪音状况自动调 整。l e e e 8 0 2 1 1a i 剐工作在5 g h z 频段，与8 0 2 1 1 b 一样采用载波监听多路访问 冲突防止( c s m a c a ) 协议，其速率高达5 4 m b p s ，和8 0 2 1 1 9 的速率相同，几乎 是8 0 2 1 1 b 速率的5 倍。物理层采用正交频分复用o f d m 代替8 0 2 1 1 6 的d s s s 来传输数据。这是第一个把o f d m 用于分组业务的通信标准。 2 0 0 3 年6 月的m e e8 0 2 1 1 9 【4 1 有两个最为主要的特征：高速率和兼容 8 0 2 1 1 b 。高速率是由于其采用于0 f d m 调制技术可得到高达5 4 m b p s 的数据通 信带宽。与8 0 2 1 1 a 和8 0 2 1 1 b 同时兼容是8 0 2 1 l g 的一大亮点，它同时支持 8 0 2 1 1 b 的c c k 和8 0 2 1 1 a 的o f d m ，8 0 2 1 1 9 还支持分组二进制卷积码( p b c c ) 技术e e8 0 2 1 1 9 标准提供了高速的数据通信带宽，并以较为经济的成本提供 了对原有主流无线局域网标准的兼容。 2 0 0 3 年9 月i e e e 8 0 2 1 1 n 工作组召开了首次会议，确定i e e e 8 0 2 1 1 n 的目标。 i e e e8 0 2 1 1 n 为横跨m a c 与p h y 两层的标准，增加原i e e e8 0 2 1 1 标准的m a c 及p h y 层的传输输出率性能。i e e e 8 0 2 1 1 n 为双频工作模式( 包含2 4 g h z 和5 g h z 两个工作频段) ，速率增大到1 0 8 m b p s ，最高速率可达3 2 0 m b p s 。 8 0 2 1 1 a 和 8 0 2 1 1 9 采用0 f d m 调制技术，提高了传输速率，增加了网络吞吐量。8 0 2 1 1 n 采用多输入多输出( m l m 0 ) 与一交频分复用( o f d m ) 相结合，使传输速率成倍提 高。l e e e 协会f 1 前召开的会议e 已经通过了新一代高速w i f i 无线网络标准 华东师范大学硕士学位论文 8 0 2 1 1 n 的草案。8 0 2 1 1 n 标准由i n t e l 、m a n ，e l l 、a t h e r o s 、b m a d m 等厂商提交， 并且这已经是最终的草案，当然这是同其它一些组织和解之后联合提交的新规 范，也就是说，未来8 0 2 1 1 n 将采用这次提交的方案来实行，但是目前通过的只 是草案，今年年底最终标准出台的时候将再有一次投票，如果通过，那么8 0 2 1 1 n 的规范将算是正式制定。 1 2 2 1 1 1 b 中的d s s s 调制技术 基于d s s s 的调制技术有三种。最初i e e e 8 0 2 1 1 标准制定在1 m b p s 数据速 率下采用d b p s k 。如提供2 m b p s 的数据速率，要采用d q p s k ，这种方法每次 处理两个比特码元，成为双比特。第三种是基于c c k 的q p s k ，是1 1 b 标准采 用的基本数据调制方式。它采用了补码序列与直序列扩频技术，是一种单载波调 制技术，通过p s k 方式传输数据，传输速率分为1 ，2 ，5 5 和1 1 m b p s 。c c k 通 过与接收端的r a l 【e 接收机配合使用，能够在高效率的传输数据的同时有效的克 服多径效应。i e e e 8 0 2 1 1 b 使用了c c k 调制技术来提高数据传输速率，最高可 达1 1 m b p s 。但是传输速率超过1 1 m b p s ，c c k 为了对抗多径干扰，需要更复杂 的均衡及调制，实现起来非常困难。因此，8 0 2 1 1 工作组，为了推动无线局域网 的发展，又引入新的调制技术。 1 3o f d m 的发展与8 0 2 1 1 a o f 【，m 技术的历史要追溯到1 9 6 6 年r w c h a n g 写的一篇关于将带限正交 的信号综合用于多信道传输的文章【”。他第一次提出了在线性带限信道实现无信 道问干扰( i c i ：i n t e r c h 锄n e li n t e r f c r e n c e ) 和符号间干扰( i s i ：i n t e rs y m b o l i n t e 疵r c n c e ) 的多信道传输原理m 】。1 9 6 7 年，b r s a l t z b e r g 【7 j 分析了该传输技术 的性能，指出这种方式下数据的传输速率可以非常接近n y q u i s t 速率，而且多窄 带信道对抗时延和幅度畸变也非常有效。另外，s a l t z b e r g 还得出重要的结论：由 于在并行传输系统中，子信道问干扰占支配地位，所以该系统的设计重点应该放 在减少子信道间的干扰而不是优化各个单独的子信道。1 9 7 1 年，w e i n s t e i n 和e b e n 吲发现了通过i d f t 和d f t 快速实现o f d m 的调制和解调方法，为后来0 f i ) m 广泛应用于通信领域丌辟了道路。他们的工作重点集中在如何快速有效地实现 0 f d m 的调制和解调，从而消除了以i ；i 并行系统需要子载波振荡器组这一缺点。 为了防止i c i 和i s i ，他们在o f d m 符号问插入了保护问隔，并在时域上使用了升 余弦窗。另外，他们还讨论了o f d m 系统中的时不变线性信道影响及信道均衡。 最后为了避免信道均衡，他们又提出差分o f d m 系统，这也是最早的差分 华东努蓬太学硕士学毽论文 o f d m 。虽然他们的系统谯多径信道下不能保持很好的正交性，但是他们引入 l d f t 和d f _ r 瘸子o f d m 鞠调制解调对0 f d m 技术发展的贡献是不能低估的。 鹣l e d 森酗i z 翻予1 9 鞠年撼密了循环兹缀c ( c y c l i e 融x ) 魏橇念。缝餐不蹩窿 符号间插入空的保护间隔，而是插入0 f d m 符号的周期扩展。这种做法有效的 将信道和传送符号间的线性卷积近似成循环卷积，当循环前缀长度大于信道冲激 确疫对，0 国m 子薅道之麓仍保持缀好骢歪交跨羲。尽管这会造袋一定程度戆 能量损失，虽能量损失正比于循环前缀长发，但和它消除的l c i 相比较，这种能 墩损失可以接受。 在2 0 世缌8 0 年代，o 姻m 技术被研究用于高逡调制解调器，数字移动通 僚等领域。1 9 8 7 年，欧澜采用了o f d m 技术应用于数学语音广搔系统。9 0 年代 以来，o f i ) m 技术逐渐兴趣，被应用于宽带高速数字用户线，非对称数字用户 线( a d s l ) ，非常高速数字用户线( v h d s l ) 和高清晰度电视( h d i 、，) 镣等。最近几 冬，歪蘩羲文援及夔，惫攒趱塞e8 既。】l 援p e f i a 斓2 及未来豹瑾嚣嚣勰2 ，l l g 等 凭线局域网协议已经采用o m m 作为调制解调方式。而新出台的聪e e 8 0 2 1 宽 带无线标准也采用了o f d m 作为核心技术。很显然。o f d m 作为一项高频带利 搦率和抗多经予技豹逶信技零曩三在受到蓠所未有静重援。 然而，o m m 的实瑗穗存在着诸多技术上的难熹。曹先，由予时交多径信 道将对子载波上的信号产生不同的相位旋转和幅度的畸变，造成i 路和q 路信号 分量相互干扰，所以o h m 系统需要耩确的信道估计进行相关解调。虽然差分 调鞠解调霹蔽宠l 爱这耱噻交，毽是窝攀载波系统一释，0 硒m 系统懿差分簿调 比相关解调性能差3 d b 。为了提高系统的性能，精确的信道估计是0 f i ) m 系统 不可缺少的重臻模块。其次，o f d m 系统对同步的要求很高。由于o f d m 采用 频谱互稳重囊瓣子载波传输信号，瑟以聪交信遒豹多黪鞲菝移秘收发璇翡微小频 偏将会破坏各路子载波之阀的正交性，从而s f 起信道闯干扰，导致错误的解调。 辩次，o f d m 系统需要高效的信道编解弼模块。由于0 f d m 信号频谱都较宽， 所以在频率选择性信道下，o f d m 系统的个别子载波不可避免的处予多径信道 瓣深衰落点，这种清瑟下o 鼬m 系绞霰黉功麓强大翡倍遘编释码穰块才麓体现 出其对单载波系统的优势。另外。0 f d m 系统还有一个问题是多载波调制后的 发送信号幅度变化很大，即峰值平均功率比( p 时r ：p e a kt oa v e r a g cp o w e rr a t i o ) 缀巍，瑟魏戴大熬熬p r 会逡残发蘩功藏滤功率稠嗣效率较大遣爨鬣。毽热，在 o f d m 系统中，如何降低多载波信号的峰值平均功率眈也是一个很重要的研究 方向。 华末簿蓬天学磺士学位论文 1 4 本论文的组织结构 本论文的奎要任务是砺究8 鸵1 l a 内协议的调制蘸谪，信遴话诗，频率同步 簿，对于相关通信模型的性能进行了仿真，并在专用指令集d s p 上实现了 8 0 2 1 l a ，b 协议的基带处理。 论文蠹容安龚 燕下： 第一章为绪论，对无线局域网的概念、技术和发腠，以及8 0 2 1 l a b 中的关 键技术作了简臻的介绍。 第二章分缨了瑶e e 8 0 2 + l l b 撅准，然瓣蕃萎究了8 0 2 。l l b 游议麴诿剃鳃调鼓零， 以及作为重点的直接序列扩频技术和c c k 调制。最艏给出了通过誊调制表奁 d s p 上实现对殿的各种调制方式的方法。 第三章的主要内容是寻找一种适用予d s p 实现的8 0 2 n b 协议的信道估计和 麓遒均饔静纂法。觚运算羹靛焦度，我稍键密7 建弱鏊予扩频痞弼酶穗关来逶露 信道估计，以及f i r 滤波器涞进行信道均衡的方案，随后用m a = r i a b 实现了算 法并进行了仿真，这是本文的一个创新之处。 第疆章熬瓣的是逶过秘袋o 固m 系绞，熬悉o d 醚瓣原理及安疆方法，兔 d s p 实现做准备。先介绍了8 0 2 1 l a 协议中的o f d m 技术的基本原理，分析了 o f d m 系统的抗干扰技术，o m m 收发机系统的结构以及o h ) m 技术的优缺点。 隧詹我们用s y s l e m v i e w 对麴2 1 l a 的o f d m 系统进行了仿真，避一步熟悉了 0 国m 系统。 第五章我们比较了用于倍道估计的糟干方法，得 ：了适用于8 0 2 1 1 a 无线局 城网的信道估计算法是基于训练序列的方法的结论。髓后我们讨论了8 0 2 1 1 a 系 缝在霹始羡遴偻诗狳段裂爰锻练彦碟遴嚣糖遂馋诗戆歹b 秘方法。 第六章是本文最重要的一章，在前几章理论分析和仿真的基础上，在d s p 上完成了实现部分。先是根据w “坩系统开发的特点选定了上海正诺公司的 a s l pd s p 芯片c c 6 l l o 柬灾现基带处理，然盂搭建了骐体豹实现平台，编写了 蠢撇w a f e 程亭并完成了镑奏诵试，最终实骥了8 滥1 掩系统的基蒂部分的唆发鞋 及8 0 2 1 1 a 系统的基带部分的发送，并针对a s i pd s p 芯片的结构特点进行了优 化。这是本文的另一个创新之处。 第七章是全文熬总结帮装望。 牮末簿莲夭学磺士学链论文 第二章8 0 2 n b 的调制方式的d s p 实现 2 1l e e e 8 0 2 1 1 b 标准 8 0 2 1 l b 橼准先i e 醯程1 9 9 9 年攘浅，基前主流的无线网卡筠能够支持 8 0 2 1 1 b 标准。i e e e 8 0 2 1 1 b 协议m g h e r _ s p e e dp h y s i c 硅1l a y e re x t e n s i o ni nt l i e 2 4g h zb a n d 烂对8 0 2 1 1 协议的修改和补充，在物理膳部分在原泉的1 m b p s ， 2 m 酾s 簧输邃攀之乡 ，穗撩了5 ，5 蠢秘黔，l l m p s 夔懿逮率d i s s s 翁方案。磅究 表明，d s s s 系统比f h s s 系统具有更好的误码性能和传输距离，识因q p s k 不 熙有恒包络特性，需要用线性功率放大器，故适用于高性能系统。新增的 5 5 m 秘s ，l l 潲p s 嫠输速率瓣应秘调毒l 方式为e e k 撼裁潮缎n p l e 掰e n 瓣y d e 妣y i n g ( 补码键掩) 调制，是由i n t e r s i l 和l u c e n t 公司建议，被砸e e 8 0 2 。1 1 b 所采用 的一种新的调制方案。 8 0 2 1 1 b 协议中规定了d s s s 物理层可以包括以下掰个协议功能： ( 1 )穆璞层融合磅靛( p h y n v 嗽e n 如髓嘏。矗) ，这令动能是峦 p l c p ( p h y c o n v e r g e n c ep m c e d u r e ) 子层来完成的。通过这个功能可把 与其体的物理实现有关的p m d ( p h y s i c a lm c d i 帅d e p e n t ) 予层的功 能转换或拣疆鹣物理瑟缀务，然磊提供飨褪a c 基。这拿功能镬 m a c 层可以不用关心p m d 予层的具体实现细节。 ( 2 ) p m d 系统。它的功能是定义了在两个或更多的站之间通过无线媒体 发送秘接收数攒豹特点和具体方法。 在醅a c 藤之闻交换酶数摇单元是m p d u ( m a cs 泊l a y e fp f o t o ld a t au n i t s ) ， 在发送时经过p l c p 子层时，会在m p d u 前面再加上p l c pp r e a m b l e 和h c a d e r 以形成p p d u ( p h yp r o t o c o ld a t au n i t s ) ，p p d u 即是两个物理层之间交换的数据单 元：纛在接收辩，季孥去掉m p d 蛰兹豹p 珑鬏秀穆m p d u 交绘醚a c 鼷处瑾。 在功n g p l c p p p d u 格式中，特点是包含1 2 8 b i t 的f 闭步码，p r e a n l b l e 和h e a d e r 都是以1 m b s 的速率发送( 如图2 1 所示) 。 6 孥衷龉蓬天学鹾士擘垃逾文 强2 b 狂gp pp p o u 鹣饕弱蕊 图2 一l 中，s y n c 块由1 2 8 个被扰频的“l ”组成，接收机利用它获释阉步。 s f d 用来指示与p h y 相关的参数的开始。其值为f 3 a 0 ( m s bt ol s b ) ，l s b 最先发送。 s i g n a 乙告诉p 针y 用于发邀( 或接收) 龋瀚u ( 郎p s d u ) 的调制速率。数据速率兔 s i g n a lx1 0 0 k b s 。 s e r v i e e 中只用了三个比特。b i t 2 指示发送频率和系统的对钟魁秀来自予同 一个振荡器；8 i t 3 雳于指示躅翻方式莛c c l ( ( g ) 还是p 髂e ( i ) ；8 i t ? 帮l n g 豫区一 超寝示长度。 l e n g t h 指示发送m p d u 需骚的毫秒数。 e r e 霜予对s 鼹矗l ，s e r ￥l 瞧，l 臻鼹瓣嚣送孳亍校验。 l o n gp l c p 的p r e 硼b l e 和h e a d e r 都是阁b a r k e r 码扩餍的l m b sd b p s k 调制发送 的。m p d u 的发送速率由参数矢量t x v e c t o r 中的d a t a r a t e 参数决定，t x v e c t o r 是 p h y t x s t a r t r o q u e s t 原语发波豹。 在i e e e 8 0 2 1 l b 中，另外还藏定了一释p r e a m b l e ( 蓠等) 较短黥赖瓣格式律隽 可选方案。这种短的p p d u ，在发送相同长度的有用信息的情况下，开销( o v e r h e a d ) 较小，因而可获得较大的网络数据吞吐量。在协议中把这种p p d u 叫做s h o r tp l c p p p 瓣，萁穰式翔强2 2 爱示。 华表繇蓖丈拳颈士学整釜交 图2 2s h o r tp l c pp p d u 的格式 s h o r tp l c pp p d u 的前譬的s y n c 区只蠢5 6 个b i t ，骶不是1 2 8 b i t 。另外，它的 b e 8 d e r 酶4 8 今b i t 采矮2 晒8 蠢瓿r k e r 码扩袋粒p s k 调麓，这一熹穗与l o n gp l c p p p d u 不同。 2 发霸魏调潮方式及数瓣速率 在i e e e 8 0 2 1 1 及i e e e 8 0 2 1 1 b 中，d s s s 有四种调制方式和数据速率，即： 旗予1 硒sd b p s k 调割的基本接入速率，基于2 淝sd q p s k 调制的增强的接入速率， 蒸予c c k 调裁豹5 5 孙s 秘ll 瀚s 高速接入速率。 l 黼s 和2 渤s 调制靖，p n 褥扩频序列为l l c h i pb a r k e r 序确：+ l ，一l ，+ l ， + l ，一1 ，+ i ，十1 ，+ 1 ，一1 ，一1 ，一1 。其中，篇个c h i p 排在待发送符号的开始处。 镪个符号的宽度刚好为1 1 个c h i p 的宽度。i 她s 时采用d b p s k 调制，其d b p s k 编码 定义在表2 一l 中： 寝2 一l1 m b sd b p s k 编码袭 b i ti n p u t p h a s ec h a n g e ( + ，) oo l 彭 2 m b s 时采用d q p s k 调制，其d q p s k 编码定义在表2 、2 中。( 在表中，+ ，。被定 义为逆时针转) 。 华末帮茳大学磺士学位论文 表2 2 2 胁sd q p s k 编码袭 d 曲i tp 8 t t e r n ( d 。，d 1 ) 魏a s ee h 8 n g e ( + j 掰) 蠡i sf l r s ti nt i m e 0 0o o l程 麓 l l 帮 1 0 3 石2 ( 一2 ) 2 ，2 2c c k 调制 在i e 醴8 2 。l l b 中，在传竣瀵率为5 。勰，s ，l l 麴s 辩采磊了 c c k ( c o m p l e m e n t a r yc o d ek e y i n g ，互补穰 键控) 调制方式，这使得它占用的频带 与l 抽s ，2 m b s 情况下的是一样的，但可簸得较高的传输速率，而鼠在结合采用 蠢关技本，舞r 糕e 搂渡、d 髓( 裁决爱馈搀捷器 等之嚣获褥令久满意兹转羧获 鬃。 ( 1 ) 5 5 m b s 时的调制方法 在5 5 弛s 时，每个符号发送4 个比特( d o 到d 3 ；程对阗上韵是第一个) 。 帮d l 用p s k 方式对纯编蕊。编码靛方法鳃表 3 繇示。( 在表孛，+ 被定义为 逆时针转。) 表2 3d q p s k 编码表 b 强i t 豫t t e r n ( 盎，d 1 ) e v e ns 粥b o l s灏ds y 抽o l s ( d oi sf i r s ti nt i m e ) p h a s ec h a n g e ( + j )p h a s ec h a n g e ( + ，甜) o o o 石 o l 7 cf 皂 3 玎2 ( 一硝2 ) i l 矗 0 1 0 3 石2 ( 帮2 ) 耳2 砚与前个符号的相位妒- 有关。m p d u 的所有奇数号的符号都在标准的 d q p s k 调制之b 烬加一个1 8 0 度( 筇) 豹旋转。 d 2 瑟d 3 对簿号遗孬e s x 编鹃。竣定致* 搿2 万) + 霈理，热2 0 ，甑露。蘑。 然后，由公式( 2 1 ) 可得到对成于一个符号的由8 个复数c h i p 构成的一个c c k 码字。 c ；i 膨”m ) ，一细憾沙懈砌相，一唧嗨嘲哪徊嘲少) ( 2 1 ) 其中，e 麓褥字+ 。1 c 8 ，。t ，& ，。3 ，。 ，。s ，气，。 。在霹蠲上。e 是第一个被发送 的。c h i p 的速率为1 1 m b s 。缚个符号的宽度刚好为8 个艇数c h i p 的宽度。 根据以上公式，在垆- = 0 时，可得到一个编码表如表2 4 所示。 9 华东师范大学硕士学位论文 表2 45 5 m b sc c k 编码表( 吼= 0 时) d 2 ，d 3 c 1c 2c 3c 4c 5c 6c 7c 8 0 0 1 j 1 1 j l 1 j 1 一l j l 0 1 1 j l 一1 j l l j 1 1 j 1 1 0 一l j 1 一l j 一1 一l j 1 1 j l l l 1 j l l j 1 1 j 1 1 j 1 ( 2 ) l l m b s 时的调制方法 在l lm b s 时，每个符号发送8 个比特( d 0 到d 7 ；在时间上d o 是第一个) 。d 0 和d l 用d q p s k 方式对妒- 编码。编码的方法亦如表2 5 所示。( d 2 ，d 3 ) ，( d 4 ，d 5 ) ， ( d 6 d 7 ) 分别以表2 7 中规定的q p s k 方式对仍，仍，钆编码。注意在这个表里采 用的是二进制码而不是格雷码。然后，根据公式( ( 2 1 ) 可得到对应于一个符号 的由8 个复数c h i p 构成的一个c c k 码字。 表2 5q p s k 编码表 d i b i tp a t t e r n d i ，d ( i + 1 ) ( d ii sf i r s ti nt i m e ) p h a s e 0 0o 0 1 玎2 l o石 l l 3 石2 ( 一耳2 ) 2 3 2 1 1 b 协议中的直接序列扩频 8 0 2 1 1 b 的d s s s 系统在l m b p s 和2 m b p s 时采用长度为1l 的b a r k e r 码进行扩频。 5 5 m b p s 和1 1 m b p s 则采用c c k 调制进行扩频。 对于一对由两个元素组成的等长度序列，如果它们对于任何给定的分割，一 个序列中相同的元素对和另外个序列中不同的元素对的数量相等，那么这两个 序列就是补码序列。补码序列有很强的位置对称性，自相关性强，互相关性很弱， 非常适于作为扩频通信中的伪随机序列码。如果补码序列的元素是具有相位参数 的复数，那么构成的补码序列就是多相补码序列。i e e e 8 0 2 1 l b 中的c c k 调制采用 的就是多相补码序列，其定义的码组就是一个包含四种相位0 、n 2 、“、一n 2 的复数码组。也就是说它的元素是 l ，l ，j ，一j 其中之一。 i e e e 8 0 2 1 1 b 所采用的c c k 码字最早是由r i c h a r dv a nn e e 1 0 定义的。在这 篇文章罩，以一个互补对作为核( k e r n e l ) ，其他的互补序列都是由这个核推演 出来的。长度为n 的两个不同的互补码之问的最小距离为n 2 ( n = 8 ) 个符号。如果 n 2 个符号最小相位旋转是2 玎m ，其中m 是可能的相位的数量。那么最小欧式距 离为 1 0 华东师范大学硕十学位论文 d 枷。掌嗣 ( 2 2 ) 文1 还指出，c c k 码字在多径信道下码字的距离也是比较大的，这说明它是 一种适合用于多径信道的分组码。根据公式( 2 1 ) 得到的一个长度为8 的序列就是 用来调制载波进行扩频的补码序列。 图2 3 是对这四种调制方式的总结和比较【12 】： 。盆嚣。“5 嚣躲滋湫 s 咐难rs h t 队d m c t 时峭 * 睢 o r 州k 幡 y 厂 2 a 打淞a 啷 髀晶 w e * d e w o 口 聃e n d e d c o 凡戡c c k l 一| | | ii | | ll ll | | il | | 一| l | | l | | li 一l | | l l | | 1 ，c b c 瞳 j ， ， 、 图2 3 四种调制方式的比较 2 4 d s p 上实现2 1 1b 协议中的调制方式 我们采用了查调制表来完成调制的方案。这是因为在d s p 上实现基带调制解 调的优势在于它的灵活性，不用一般通信系统中的硬件电路，只要通过修改程序 就可以实现不同的调制解调方式。 2 4 1d s s sd b p s 耐d q p s k 的调制方式在d s p 上的实现 对于1 m b p s 的传输速率，调制方式为d b p s k ，调制表如表2 1 所示。d p s k 即差 分p s k 的特性是，用相位改变的不同来表示不同的s y m b o l 。在这单的d b p s k 中，传 输如果当前传输的b i t 和前面的b it 不一样，那么相位偏转1 8 0 度，否则保持原相 位。我们采用了查调制表来完成渊制的方案。d b p s k 调制表很简单，仅需要两行， 即( 1 ，0 ) 和( 一l ，o ) 。我们设置了一个寄存器r 9 来表示前一个b i t 对应的相位，这 个寄存器的最低位代表的是调制表的相对读取地址。比如原来的读取地址为o ， 咖吣 簇器 华末帮范夫学攒士学位谴文 下一个b i t 为l ，那么读取媳址加1 ，即读舣了第二行( 一1 ，o ) ，对殿得即是调制 麓酌数据。 对于2 晒p s 瓣传输速率，调潮方式为鞠黼莪，谲翻表鳐表2 。2 嚣承。黼s k 匏谲 制表需要4 行，分别是( 1 ，o ) ，( 0 ，1 ) ，( 一l ，o ) 。( 0 ，一1 ) 。那么寄存 器r 9 的最低两t 苞代表的是调制表的读耿地址。比如原来的相对读取地址为2 ，即 b l g ( 对痤簇袋楚一1 8 0 凌) ，下一令s y 酶o l 姆应夔亵个b i t 受l l ，按照表2 2 ，鞠 位偏转1 8 0 度，相对读取地城为2 ，那么b l o + b l o = b l o o ，r 9 的最低两能为o ，代表 这个s y m b 0 1 对腹的调制表的相对读取地址为0 ，即( 1 ，0 ) 。 经过d b p s k 域考d 印s ( 编鹳之后再进行嶷接亭判扩频处理。按照8 0 2 1 l b 协议 采傲，对于l 滟p s ，2 晒p s 速率时的扩颓，怒誊接乘醵一缌1 1 个c b i p 的b a r k e r 序碰， 即十1 ，一l ，+ l ，+ 1 ，一l ，+ l ，+ 1 ，+ l ，一1 ，一1 ，一1 ，那浅们就应该搬b a r k e r 序列 感接存放在d s p 的f l a s h 中，然后将要发送的数据再和b a r k e r 序列相獭，来完成信 弩鹣扩蔟。 2 4 2c c k 的调 | ；l | 方式在d s p 上的实现 薅于5 。5 孙p s 鲍传输速鬻，调蒂l 方式舞e 深，1 个s y 如o l 对应调潮4 令b i t ，调 制方式如2 2 2 节所示。每个s y b 0 1 的低2 位b i t 用d q p s k 对吼编码，对应的伊，与 前个符号的栩位n 有关，代表的是s y m b o l 最后调制出的8 个s a m p l e 的相位相对 予靛一令s y 撼b o l 熬镶转。x 谖裁主要楚鞠鼹予裹嚣谴豹b i t 瑟富，表2 。4 是 5 + 5 粘se e k 编粥表，最后这个s y m b o l 的c e k 调制的结暴只需要在查液的基础上加 上妒，的偏转。 对于1 l 汹p s 的传输速率，调制方式为e c k ，1 个s y 如o i 对应调制8 个b i t ，调制 方式如2 。2 。2 ：羚掰示。每个s y m b o l 静低2 德b i t ，d 0 和d l 瘸漪p s k 方式对鲛编码，姣 代表的也是这个s y m b 0 1 相对i j 面一个s y m b 0 1 的相位偏转。同样的，c c k 调制主要 怒担对于高6 位的b i t 而言，l l m b sc c k 编码表如附录i 所示，最后这个s y m b 0 1 的 c c k 诿裁豹绩暴哭嚣要在套袭懿基疆土熬上姣夔穰转。 当然，我们对c c k 调制表在d s p 中的存储做了优化，详细见第六肇。 2 。s 本章小续 本章先是介绍了i e e e 8 0 2 1 1 b 标准，然后研究了8 0 2 1 i b 协议的调制解调技 术，以及作为纛点的直接序列扩频技术和c c k 调制。最后给出了通过奁调制表在 鹦p 上实魂戳上务耱调鞠方式瓣方法。 1 2 华