（电磁场与微波技术专业论文）嵌入式数字图像码流无线传输系统中的射频接收单元.pdf

硕士学位论文 嵌入式数字图像码流无线传输系统中的射频接收单元 摘要 电子监控的发展经历了三个阶段：模拟监控系统、半数字化的监控系统和全数字化监控系统。 作为第三代系统全数字化监控系统的另一个分支：数字无线监控系统正愈来愈受到政府和安 防主管部门的重视。主课题正是基于数字无线监控系统的需求，为该系统提供最核心的技术 数字无线图像码流的传输平台，有了该平台，任何以数字码流为特征的数据包的传送( 如语音、 消息数据、图像数据等) 都可以实现。除了在专业监控领域的应用外，数字无线图像码流的传输 平台还可广泛的应用于消费监控市场( 如无线可视门铃、无线接入器a p ) 、办公设备市场( 如无 线视频会议系统) 、视听设备市场( 如无线机顶盒) o 因此，主课题的研究具有广泛的社会效应和 经济效应，研究价值巨大。 本课题是主课韪的一部分，为此，本文阐述了嵌入式数字图像码流无线传输的射频接收单元， 其主要内容包括： 前言部分概要介绍了主课题研究的目的和意义。 第一章介绍了i e e e 8 0 2 1 l b 协议以及对本课题的指导意义。 第二章详细介绍了射频接收单元及其各个组成部分，其中包括符合i e e f _ , 8 0 2 1 l b 协议标准的 收发模式切换开关、带通滤波器、低噪声放大器、混频器、锁相环等有关射频接收电路稀系统。 第三章论述了该射频接收单元与主课题中的其它电路进行系统联调以及出现的问题的分析。 第四i ：x , j 整个毕业设计进行总结，对结果进行了分析、评估，并提出了改进意见。 关键词：射频接收单元，低噪声放大器，锁相环，t s a 5 0 5 9 ，模式切换 硕士学位论文嵌入式数字图像码流无线传输系统中的射频接收单元 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r o n i cm o n i t o re x p e r i e n c e dt h r e ep e r i o d s ：a n a l o g u em o n i t o rs y s t e m s e m i d i g i t a lm o n i t o rs y s t e ma n df u l l d i g i t a lm o n i t o rs y s t e m a st h e3 r ds y s t e m - 一一a n o t h e rb r a n c ho ft h e f u l l d i g i t a lm o n i t o rs y s t e m ：d i g i t a lw i r e l e s sm o n i t o rs y s t e mh a sb e e na t t a c h e dm o r ea n dm o r e i m p o r t a n c eb yt h eg o v e r n m e n ta n dt h es e c u r i t yu n i t s t h em a i nt a s ki sj u s ta b o u tb a s e du p o nt h e r e q u i r e m e n to fd i g i t a lw i r e l e s sm o n i t o rs y s t e m , a n dp r o v i d e st h em o s tc e n t r a lt e c h n o l o g y - - t h e t r a n s m i s s i o np l a t f o r mo fd i g i t a lw i r e l e s si m a g ec o d ef l o w i tc a nb er e a l i z e dt h a ta n yw h a td a t a p a c k a g e si nc h a r a c t e ro fd i g i t a lc o d ef l o wc a l lb et r a n s m i t t e d ( s u c ha ss o u n d , i n f o r m a t i o nd a t a , i m a g e d a t a , e t e ) b e s i d e st h ea p p l i c a f i o ni np r o f e s s i o n a lm o n i t o rd o m a i n ，t h et r a n s m i s s i o np l a t f o r mo fd i g i t a l w i r e l e s si m a g ec o d e f l o wc a nb ew i d e l ya p p l i e di nc o n s u m p t i o nm o n i t o rm a r k e t ( s u c ha sw i r e l e s s v i s i b l ed o o rb e l l ，w i r e l e s sa c c e s sp o i n 0 、o f f i c ee q u i p m e n tm a r k e t ( s u c ha sw i r e l e s sv i d e om e e t i n g s y s t e m ) 、a u d i o v i s u a le q u i p m e n tm a r k e t ( s u c ha sw i r e l e s ss e t - t o pb o x e s ) t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho ft h e m a i nt a s kh a sc o m p r e h e n s i v es o c i a le f f e c ta n de c o n o m i ce f f e c t , a n dh a sg r e a tr e s e a r c hv a l u e m y t a s ki so n ep a r to ft h em a i nt a s k ；t h e r e f o r e t h i sp a p e rs u m m a r i z e st h er fr e c e i v e ru t d t1 , s e c i u t h ee m b e d d e dd i g i t a li m a g ec o d ef l o ww i r e l e s st r a n s m i s s i o n ，a n di n c l u d e st h ef o l l o w i n gc o i i t e n t s ： t h e p r e f a c e o u t l i n e s t h e p u r p o s e a n ds i g n i f i c a n c eo f t h e m a i n t a s k 1 i n t r o d u c e s i e e e 8 0 2 1 1 b p r o t o c o l a n d i t s g u i d a n c es i g n i f i c a n c e f o r t h e t a s k 2 p a r t i c u l a r i z e st h er fr e c e i v e ru n i ta n di t sc o r r e l a t i v ec o m p o n e n t s ，i nw h i c hc o n t a i n st h e c o r r e l a t i v er fr e c e i v e rc i r c u i ta n ds y s t e m ：r e c e i v e - t r a n s m i s s i o nm o d es w i t c ha c c o r d i n gw i t h i e e e 8 0 2 1 l bp r o t o c o ls t a n d a r d , b a n dp a s sf i l t e r ( b p f ) ，l o wn o i s ea m p l i f i e r ( l n a ) ，m i x e r ，p h a s el o c k l o o p ( p l l ) a n ds oo n 3 s u m m a r i z e st h es y s t e mu n i t ed e b u gb e t w e e nt h i sr fr e c e i v e ru n i ta n dt h eo t h e rc i r c u i t si nt h e m a i nt a s k , a n da n a l y z e st h eo c c u r r e dp r o b l e m s 4 a l lt h ew o r kih a v ed o n ew a ss u m m a r i z e da n da l lt h er e s u l t sw e r ea n a l y z e da n de v a l u a t e d a t t h es a m et i m e t h ea d v i c eo fm o d i f i c a t i o ni ss u g g e s t e d k e yw o r d s ：r f r e c e i v e ru n i t ，l n a ，p l l ，t s a 5 0 5 9 ，m o d es w i t c h 硕士攀位论文 鞋 式数字圈像码流无线传辅系统中的射撷接收单元 引言 世界上不断发生的局部战争以及多种复杂的社会负面因素，潜在地酝酿着多种极不安全的因 素和犯罪活动，而且，犯罪手段日趋现代化、智能化。我国正面临着千载难逢的发展机遇，加入 世贸组织、北京2 0 0 8 年舆运会、2 0 1 0 年上海世博会、东、西部大开发、全国的城镇化与快速城 市化建设等，这一切都迫切的要求全面的提升安全防范的技术手段，为国家经济的发展起到保驾 护航的作用。 在国内，政府对安全防范越来越重视，保护人民生命和财产的安全不仅是政府的职责，也是 我们科研人员的责任。社会公共安全防范体系涉及人防、物防和技防( 技术防范) 三大部分，技 术防范是社会公共安全防范体系中技术含量最高、发展晟快的一大分支，在其中，电子监控 是安全防范技术系统的重要组成部分，是现代综合安防系统中的三大要素之一。数字无线监控系 统的建设，主要目的是用于应急指挥中心对应急数据、语音和图像双向实时传输。使指挥机关和 领导能在指挥中心或在办公室中甚至首长车内看到实时传输的现场图像，如亲临现场，及时了解 重大突发事件现场实况，做出准确的分析判断，达到实时指挥，提高决策系统的快速准确性，增 强快速反应能力、指挥能力和突发事件的处置能力。 电视监控应用范围极其广泛，除了人们已熟知领域有：金融业( 银行、邮政储蓄、证券) 、 文博业( 文物馆、博物馆) 、酒店业( 宾馆、饭店、写字楼) 、交通管理( 高速公路、国道省道 收费站、城市交通枢纽) 、交通运输( 机场、码头、铁路、公路客运战) 、商业( 商场、超市、珠 宝行、批发市场) 、医院( 手术室、药房、病房、门诊大厅) 、工厂、学校、住宅小区。此外，电 子监控还向另外的应用领域快速推进有：水利、电力、废气与污水排放监视、火车、汽车、轮船 内的监控、录像、环保监控。 可见，电子监控技术发展得如此迅猛，以致在社会的各行各业，几乎都能找到电视监控的应 用实例。 电子监控系统作用的日益突出，这是因为图像( 视频信号) 本身具有可视、可记录及信息量 大的特点；它通观全局，一目了然，判断事件具有极高的准确性，它是报警复核、动态监控、事 件控制、信息记录的有效手段。 l 瓤子监控的发展经历了三个阶段：模拟监控系统、半数字化的监控系统、全数字化监控系统。 硬士学位论文嵌入式数字图像码流无线僖输系统中的射频接收单元 本课题所做的监控系统就是属于第三代系统，它是基于t c p ，i p 网络协议的开发，实现从图像采 集、压缩、传输、录像、输出的全过程数字化系统，该系统与稳定系统、报警系统很好地结合在 一起，还能进行系统监控，目前已开始应用。作为第三代系统全数字化监控系统的另一个分 支：数字无线监控系统正愈来愈受到政府和安防主管部门的重视。在世界上，数字无线监控由于 它无须穿墙破洞、便于网络传输、即装即用、灵活便捷的优点，正日益受到关注，并已成为监控 领域的新宠；其市场占有事已逼近整个监控市场的1 0 。 除了在专业监控领域的应用外，数字无线图像码流的传输平台还可广泛的应用于消费监控市 场( 如无线可视门铃、无线接入器a p ) 、办公设备市场( 如无线视频会议系统) 、视听设备市场 ( 如无线机顶盒) 。因此，本课题的研究具有广泛的社会效应和经济效应，研究价值巨大。 据日本电子信息预钡4 委员会的报告，基于无线信息( 如图像、声音、数据等) 传送平台的 各类无线类产品，其市场规模将达到3 5 0 5 0 0 亿美元! 对于这样一个令人鼓舞的新增市场，难怪 微软总裁比尔一盖茨预言：吟后十年将是无线的世界! ”。 目前国外大企业，如通用电气、西门子、松下、飞利浦、索尼、夏普、j v c 等，都携巨资 投入安防领域，尤其热衷于无线监控领域，可见，该市场的潜力是难以估量的。 本课题正是基于数字无线监控系统的需求，为该系统提供最核心技术数字无线图像码 流的传输平台，有了该平台，任何以数字码流为特征的数据包的传送( 如：语音、消息数据、图 像数据等) ，都可以实现。即不仅指专业数字无线监控领域，同时还可以应用于消费监控和家庭 无线影陪系统内。 嵌入式数字图像码流无线传输系统的接收单元如图1 所示，我做的课题是研制嵌入式数字 图像码流无线传输系统中的射频接收单元块，如图1 中虚线框部分所示。 图1 嵌入式数字图像码流无线传输系统接收单元 硕士学位论文嵌入式数字图像码流无线传输系统中的射频接收单元 l 1i e e e 8 0 2 1 1 第1 章i e e e 8 0 2 1 l b 简介 以往，无线局域网发展缓慢，推广应用困难，主要是由于传输速率低、成本高、产品系列有 限，且很多产品不能相互兼容。如以前无线局域网的速率只有l 2 m b p s ，而许多应用也是根据 1 0 m b p s 以太网速率设计的，限制了无线产品的应用种类。针对现在高速增长的数据业务和多媒 体业务，无线局域网取得进展的关键就在于高速新标准的制定，以及基于该标准的1 0 m b s 甚至 更高速率产品的出现。i e e e 8 0 2 。l l b 从根本上改变了无线局域网的设计和应用现状，满足了人们 在一定区域内实现不问断移动办公的需求，为我们创造了一个自由的空间。 作为全球公认的局域网权威，i e e e 8 0 2 工作组建立的标准在过去= 十年内在局域网领域独领 风骚。这些协议包括了8 0 2 3e t h e m e t 协议、8 0 2 ，5t o k e nr i n g 协议、8 0 2 3 z1 0 0 b a s e - - t 快速以 太网协议。在1 9 9 7 年6 月，经过了7 年的工作以后。i e e e 发布了8 0 2 u 协议，这也是在无线 局域网领域内的第一个国际上被认可的挤议。在1 9 9 9 年9 月，他们又提出了8 0 2 1 l b h i i g h r a t e 协议，用来对8 0 2 。1 1 协议进行补充，8 0 2 1 l b 在8 0 2 1 l 的l l v 伯o p s 和2 m b p s 速率下又增加了5 5 m b p s 和1 1 m b p s 硬个新的网络吞吐速率。利用8 0 2 。l l b ，移动用户能够获得同e t h e m o t 一样的性能、 刚络吞吐率、可用性。这个基于标准的技术使得管理员可以根据环境选择合适的局域网技术来构 造自己的网络，满足他们的商业用户和其他用户的需求埘。 1 1 1 8 0 2 。1 1 工作方式 8 0 2 1 1 定义了两种类型的设备，一种是无线站，通常是通过一台p c 机器加上一块无线网络 接口卡构成的，另一个称为无线接入点( a c c e s sp o i 媳a p ) ，它的作用是提供无线和有线网络之间 的桥接。一个无线接入点通常由一个无线输出口和一个有线的网络接o ( 8 0 2 3 接口) 构成，挢接 软件符台8 0 2 1 d 桥接协议。接入点就像是无线网络的一个无线基站，将多个无线的接入站聚合 到有线的网络上。无线的终端可以是8 0 2 1 1p c m c i a 卡、p c i 接口、i s a 接口的，或者是在非计 算机终端上的嵌入式设备( 例如8 0 2 1 1 手机) 。 1 1 2 8 0 2 1 1 物理层 硕士学位论文嵌入式数字图像玛流无线传输系统中的射频接收单元 在8 0 2 1 1 最初定义的三个物理层定义了数据传输的信号特征和调制方法，定义了两个射频 ( r r ) 传输方法和一个红外线传输方法。射频传输的频道定义在2 4 g h z 的i s m 波段内，这个频段， 在各个国际无线管理机构中，例如美国的u s a ，欧洲的e t s i 和日本的m k k 都是非注册使用频 段。这样，使用8 0 21 1 的客户端设备就不需要任何无线许可。扩频技术保证了8 0 2 1 l 的设备在 这个频段上的可用性和可靠的吞吐量，这项技术还可以保证同其他使用同一频段的设备不互相影 响。8 0 2 。1 1 无线标准定义的传输速率是1 m h p s 和2 m b p s ，可以使用f h s s ( f r e q u e n c yh o p p i n gs p r e a d s p e c t r u m ) 和d s s s 佃r e c t s e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m ) 扩频技术，需要指出的是，f h s s 和d h s s 技术 在运行机制上是完全不同的，所以采用这两种技术的设备没有互操作性。 由于在无线网络中冲突检测较困难，媒体访问控s d ( m a c ) j 喔采用避免冲突( c a ) 协议，而不是 冲突检测( c d ) ，但也只能减少冲突。8 0 2 。1 1 物理层的无线媒体( 钠哂决定了它与现有的有线局 域网的m a c 不同，它具有独特的媒体访问控制机制，以c s m m c a 的方式共享无线媒体。 1 1 38 0 2 。1 1 数字链路层 8 0 2 1 1 的m a c 和8 0 2 。3 协议的m a c 非常相似，都是在一个共事媒体之上支持多个用户共 享资源，由发遴者在发送数据前先进行网络的可用性。在8 0 1 3 协议中，是由一种称为 c s m m c d ( c a r t i e r s e n s e m u l t i p l e a c c e s s w i t h c o l l i s i o n d e t e c t i o n ) 的协议来完成调节，而在8 0 2 1 1 无线局域网协议中，冲突的检测存在一定的问题，这个问题称为”n e a r f a r 现象，这是由于要检 测冲突，设备必须能够一边接受数据信号一边传送数据信号，而这在无线系统中是无法办到的。 鉴于这个差异，在8 0 2 1 1 中对c s m m c d 进行了一些调整，采用了新的协议c s m a c a ( c a r r i e r s e n s em u l t i p l ea c c e s sw i t hc o l l i s i o na v o i d a n c e ) 或者d c f ( d i s t r i b u t e dc o o r d i n a t i o nf u n c t i o n ) 。 c s m m c a 利用a c k 信号来避免冲突的发生，也就是说，只有当客户端收到网络上返回的a c k 信号后才确认送出的数据已经正确到达目的。c s m a j c a 通过这种方式来提供无线的共享访问， 这种显式的a c k 机制在处理无线问题时非常有效。然而不管是对于8 0 2 1 1 还是8 0 23 来说，这 种方式都增加了额外的负担，所以8 0 2 1 1 网络和类似的e t h e m e t 网比较总是在性能上稍逊一筹。 另一个的无线m a c 层问题是”h i d d e nn o d e 问题。两个相反的工作站利用一个中心接入点进 行连接，这两个工作站都能够”听”到中心接入点的存在，而互相之间则可能由于障碍或者距离原 因无法感知到对方的存在。为了解决这个问题，8 0 2 1 1 在m a c 层上引入了个新的s e n d c l e a r t o s e n d ( r t s c t s ) 选项，当这个选项打开后，一个发送工作站传送一个r t s 信号，随后等待访问接 硕士学位论文嵌入式数字圈像码流无线传输系统中的射频接收单元 入点回送r t s 信号，由于所有的网络中的工作站能够”听”到访问接入点发出的信号，所以c t s 能够让他们停止传送数据，这样发送端就可以发送数据和接受a c k 信号而不会造成数据的冲突， 这就间接解决了 h i d d e n n o d e 问题。由于r t s c t s 需要占用网络资源而增加了额外的网络负担， 一般只是在那些大数据报上采用( 重传大数据报会耗费较大) 。 最后，8 0 2 1 l m a c 子层提供了另两个强壮的功能，c r c 校验和包分片。在8 0 2 1 1 协议中， 每一个在无线网络中传输的数据报都被附加上了校验位以保证它在传送的时候没有出现错误，这 和e l h e m e t 中通过上层t c p i p 协议来对数据进行校验有所不同。包分片的功能允许大的数据报 在传送的时候被分成较小的部分分批传送。这在网络十分拥挤或者存在干扰的情况下( 太数据报 在这种环境下传送非常容易遭到破坏) 是一个非常有用的特性。这项技术大大减少了许多情况下 数据报被重传的概率，从而提高了无线网络的整体性能。m a c 子层负责将收到的被分片的大数 据擐进行重新组装，对于_ k n 协议这个分片的过程是完全透明的。 1 1 4 联合结构、蜂窝结构和漫游 8 0 2 1 1 的m a c 子层负责解决客户端工作站和访问接入点之间的连接。当一个8 0 21 1 客户 端进入一个或者多个接入点的覆盖范围时，它会根据信号的强弱以及包错误率来自动选择一个接 入点来进行连接，一旦被一个接入点接受，客户端就会将发送接受信号的频道切换为接入点的频 段。这种重新协商通常发生在无线工作站移出了它原连接的接入点的服务范围，信号衰减后。其 他的情况还发生在建筑物造成的信号的变化或者仅仅由于原有接入点中的拥塞。在拥塞的情况 下，这种重新协商实现“负载平衡”的功能，它将能够使得整个无线网络的利用率达到最高。8 0 2 1 1 的d s s s 中一共存在着相互覆盖的1 4 个频道，在这1 4 个频道中，仅有三个频道是完垒不覆盏的， 利用这些频道来作为多蜂窝覆盖是最合适的。如果两个接入点的覆盖范围互相影响，同h 寸他们使 用了互相覆盖的频段，这会造成他们在信号传输时的互相干扰，从而降低了他们各自网络的性能 和效率。 1 2i e e e s 0 2 。li b 基本原理 i e e e8 0 21 l b 在无线局域网协议中龉大的贡献就在于它在8 0 2 1 1 协议的物理层增加了两个 新的速度：55 m b p s 和1 1 m b p s 。其最大速度比两年前刚批准的i e e e8 0 2 1 1 标准快5 倍，扩大了 无线局域网的应用领域。为了实现这个目标，d s s s 被选作该标准的唯一的物理层传输技术，这 硬士学位论文嵌 式散字固像码流无线传辅系统中的射频接收单元 个决定使得8 0 2 1 l b 可以和1 m b p s 和2 1 v l b p s 的8 0 2 1 ld s s s 系统互操作，实际的工作速度在5 m b s 左右，与普通的1 0 b a s e - t 规格有线局域网几乎是处于同一水平。作为公司内部的设施，可以基 本满足使用要求。i e e e8 0 2 1 l b 使用的是开放的2 4 g h z 频段，不需要申请就可使用。既可作为 对有线网络的补充，也可独立组网，从而使网络用户摆脱网线的束缚，实现真正意义上的移动应 用。 i e e e8 0 2 1l b 无线局域嘲与我们熟悉的i e e e8 0 2 3 以太网的原理很类似，都是采用载波侦 听的方式来控制网络中信息的传送。不同之处是以太网采用的是c s m a c d ( 载波侦听，冲突检测) 技术，网络上所有工作站者侦听网络中有无信息发送，当发现网络空闲时即发出自己的信息，如 同抢答一样，只能有一台工作站抢到发言权，而其余工作站需要继续等待。如果一旦有两台以上 的工作站同时发出信息，贝唾网络中会发生冲突，冲突后这些冲突信息都会丢失，各工作站则将继 续抢夺发言权。而8 0 2 i l b 无线局域网则引进了冲突避免技术，从而避免了网络中冲突的发生， 可以大幅度提高网络效率。 1 2 1i e e e8 0 2 1 i b 优点 表1 1 i e e e 8 0 2 1 1 b 优点 功能优点 速度 2 4 g i - l z 直接序列扩频无线电提供最大为1 l m b p s 的数据传输速率，无须直线传播 动态遘率转换 当射频情况变差时，降低数据传输速率为5 s m b l ) s 、2 m b p sl m b p s 使用范围8 0 2 1 1 b 支持以百米为单位的范围( 在室外为3 0 0 米；在办公环境中最长为1 0 0 米) 可靠性 与以太网类似的连接协议和数据包确认提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用 互用性 与以前的标准不同的是，8 0 2 1 l b 只允许一种标准的信号发送技术以认证产品的互用性 8 0 2 。i l b 阿络接口卡可转到体眠模式，访问点将信息缓冲到客户，延长了笔记奉电脑的 电源管理 电池寿命 漫游支持 当用户在楼房或公司部门之间移动时，允许在访问点之问进行元缝连接 8 0 2 ，1 l b n i c 更改与之连接的访问点，以提高性能( 例如，当前的访问点流量较拥挤， 加载平衡 或发出低质量的信号时) 可伸缩性 最多三个访问点可以同时定位于有效使用范围中，以支持上百个用户 安全性 内置式鉴定和加密 1 2 28 0 2 。l l b 的增强物理层 硕士学位论文嵌入式数字图像码流无线传输系统中的射频接收单元 壤初8 0 2 11 的d s s s 标准使用1 1 位的c h i p p i n g - - b a r k e r 序列来将数据编码并发送，每一 个1 1 位的c h i p p i n g 代表一个位的数字信号1 或者0 ，这个序列被转化成波形( 称为一个s y m b 0 1 ) ， 然后在空气中传播。这些s y m b o l 以1 m s o s ( 每秒i m 的s y m m s ) 的速度进行传送，传送的机制称 为b p s k ( b i n a r yp h a s es h i f t i n gk e y i n g ) ，在2 m b p s 的传送速率中，使用了一种更加复杂的传送方 式称为q p s k ( q u a n d r a t u r ep h a s es h i f t i n gk e y i n g ) ，q p s k 中的数据传输率是b p s k 的两倍，以此 提高了无线传输的带宽。 在8 0 2 ，1 l b 标准中，一种更先进的编码技术被采用了，在这个编码技术中，抛弃了原有的l l 位b a r k e r 序列技术，而采用了c c k ( c o m p l e m e n t a r yc o d ek e y i n g ) 技术，它的核心编码中有一个 6 4 个8 位编码组成的集合，在这个集合中的数据有特殊的数学特性使得他们能够在经过干扰或 者由于反射造成的多方接受问题后还能够被正确地互相区分。5 5 m b p s 使用c c k 串来携带4 位 的数字信息，而n m b p s 的速率使用c c k 串来携带8 位的数字信息。两个速率的传送都利用q p s k “ 作为调制的手段，不过信号的调制速率为1 。3 7 5 m s p s 。+ 这也是8 0 2 。l i b 获得高速的机理。 1 2 3 8 0 2 1 l b 的基本运作模式 8 0 2 1 1 b 运作模式基本分为两种：点对点模式和基本模式。点对点模式是指无线网卡和无线 网卡之间的通信方式。只要p c 插上无线网卡即可与另一具有无线刚卡的p c 连接，对于小型的 无线网络来说，是一种方便的连接方式，最多可连接2 5 6 台p c 。而基本模式是指无线网络规模 扩充或无线和有线网络并存时的通信方式，这是8 0 2 1 l b 最常用的方式。此时，插上无线网卡的 p c 需要由接入点与另一台p c 连接。接入点负责频段管理及漫游等指挥工作，一个接入点最多 可连接1 0 2 4 台p c ( 无线网卡) 。当无线网络节点扩增时，网络存取速度会随着范围扩大和节点 的增加而变慢，此时添加接入点可以有效控制和管理频宽与频段。无线网络需要与有线网络互连， 或无线网络节点需要连接和存取有线网的资源和服务器时，接入点可以作为无线网和有线网之问 的桥梁。 1 2 48 0 2 1 l b 的典型解决方案 8 0 2 ，1 l b 无线局域网由于其便利性和可伸缩性，特别适用于小型办公环境和家庭网络。在室 内环境中，针对不同的实际情况可以有不同的典型解决方案 对等解决方案 硕士学位论文嵌入式数字图像码流无线传输系统中的射额接收单元 对等解决方案是一种最简单的应用方案，只要给每台电脑安装一片无线网卡，即可相互访问。 如果需要与有线网络连接，可以为其中一台电脑再安装一片有线网卡，无线网中其余电脑即利用 这台电脑作为网关，访问有线网络或共享打印机等设备。 但对等解决方案是一种点对点方案，网络中的电脑只能一对一互相传递信息，而不能同时进 行多点访问。如果要实现有线局域网的互通功能，则必须借助接入点。 单接入点解决方案 接入点相当于有线网络中的集线器。无线接入点可以连接周边的无线网络终端，形成星形网 络结构，同时通过l o b a s e - t 端口与有线网络相连，使整个无线网的终端都能访问有线网络的资 源，并可通过路由器访问i m e m c t 。 一般地说，8 0 2 a l b 允许使用任何现有在有线网络上运行的应用程序或网络服务。 多接入点解决方案 当网络规模较大，超过了单个接入点的覆盖半径时，可以采用多个接入点分别与有线网络相 连，从而形成以有线网络为主干的多接入点的无线网络，所有无线终端可以通过就近的接入点接 入网络，访问整个网络的资源，从而突破无线网覆盖半径的限制。 无线中继解决方案 无线接入器还有另外一种用途，即充当有线网络的延伸。比如在工厂车间中，车间具有一个 网络接口连接有线网，而车间中许多信息点由于距离很远使得网络布线成本很高，还有一些信息 点由于周边环境比较恶劣，无法进行布线。由于这些信息点的分布范围超出了单个接入点的覆盖 半径，我们可以采用两个接入点实现无线中继，以扩大无线网络的覆盏范围。 无线冗余解决方案 对于网络可靠性要求较高的应用环境，比如金融、证券等，接入点一旦失效，整个无线同络 会瘫痪，将带来很大损失。因此，可以将两个接入点放置在同一位置，从而实现无线冗余备份的 方案。 多蜂窝漫游工作方式 在一个大楼中或者在很大的平面里面部署无线网络时，可以布置多个接入点构成一套微蜂窝 系统，这与移动电话的微蜂窝系统十分相似。微蜂窝系统允许一个用户在不同的接入点覆盖区域 内任意漫游，随着位置的变换，信号会由一个接入点自动切换到另外一个接入点。整个漫游过程 对用户是透明的，虽然提供连接服务的接入点发生了切换，但对用户的服务却不会被中断。 硕士学位论文 谯人式数字圈像码流无线传接系统中的射频接收单元 1 2 58 0 2 1 1 b 的应用前景 i e e e 8 0 2 1 l b 的应用非常广泛，而且其功能非常强大和完备，具体列表如下表1 2 。 表1 28 0 2 1 1 b 的应用 功能优点 在不易接线或接线费用较高的区域( 如有历史意义的建筑物，有石棉的建筑物， 不易接线的区域 以及教室) 中提供网络服务 灵活的工作组为经常进行网络配置更改的工作区降低了总拥有成本 用户可在从一个会议室移动到另一个会议室时进行网络连接，以获得最新的信 网络化的会议室 息，并且可在决策时相互交流 特殊网络现场顾问和小工作组的快速安装和兼容软件可提高工作效率 子公司网络为远程或销售办公室提供易于安装、使用和维护的网络 部门范围的网络 漫游功能使企业可以建立易于使用的无线网络，可覆盖所有部门 移动 早期的8 0 2 1 l b 无线局域网技术已经在纵向市场应用方面取得成功，例如生产、存货控制和 零售点等方面，1 9 9 9 年已经取得了4 亿美元的销售额。随着8 0 2 1 i b 性能价格比实质性的提高， 一个全新的横向市场应用将全面展开。企业将可以应用无线局域网作为他们有限局域网的延伸。 这一应用将使他们全方位地与公司应用程序和网络外围设备取得连接，从而大大提高雇员在移动 中的工作效率。无线局域网技术将首先应用于企韭的会议厅和部门办公室，随着其使用的深入， 最终将应用于公司的每一个角落。小企业和家庭用户也将使用无线局域网代替有线网络，从而获 得无线局域网提供的在凭线凌装和维护方面带来的节约。 1 3i e e e 8 0 2 1 l b 对课题的指导意义 i e e e 8 0 2 1l b 网络协议主要有两种；r t s c t s 协议和c s m a c a 协议。c t s 协议即请求发送 ，允许发送协议，相当于一种握手协议，主要用来解决“隐藏终端”问题。悔藏终端”( h i d d e n s t a t i o n s ) 是指，基站a 向基站b 发送信息，基站c 未侦测到a 也向b 发送，故a 和c 同时将 信号发送至b ，引起信号冲突，最终导致发送至b 的信号都丢失了l 隐藏终端”多发生在大型单 硕士学位论文嵌a 式数字图像码流无线传输系统中的射频接收单元 元中( 一般在室外环境) ，这将带来效率损失，并且需要错误恢复机制。当需要传送大容量文件 时，尤其需要杜绝“隐藏终端现象的发生。正e e 8 0 2 11 提供了如下解决方案。在参数配置中， 若使用r t s ，c t s 协议，同时设置传送上限字节数一旦待传送的数据大于此上限值时，即启 动r t s c b 握手协议，即首先，a 向b 发送r t s 信号，表明a 要向b 发送若干数据，b 收到 r t s 后，向所有基站发出c t s 信号，表明已准备就绪，a 可以发送，其余基站暂时“按兵不动”， 然后，a 向b 发送数据，最后，b 接收完数据后，即向所有基站广播a c k 确认帧，这样，所有 基站又重新可以平等侦听、竞争信道了。 c s m a c a 是另一种协议，即载波监听多路访问肿突防止，尽量减少数据的传输碰撞和重试 图1 1 射频发射单元原理图 图1 2 射频接收单元原理图 硕士学位论文 嵌入式数字图像码流无线传精系统中的射频接收单元 发送，防止各站点无序地争用信道。采用能量检测( e d ) 、载波检测( c s ) 和能量载波混合检n - - 种 检测信道空闲的方式。一方面，进行载波侦听，查看介质是否空闲：另一方面，通过使用应答包 ( a c k ) 来避免碰撞，接收端通过发送a c k 包来确认数据包是否正确送达目的地。所以8 0 2 1 l b 无线通信实际上是一个双向通信的过程。应用于无线局域网的设备主要包括无线网卡、无线网桥、 无线h u b 、基站、天线等。但这些设各都必须基于p c 平台1 2 l 。 根据前面对i e e e 8 0 2 1 i b 协议的详细分析，结合本课题的研究目标，可以看出，作为无线传 输系统的关键部件射频收发单元的设计，同样必须严格遵循i e e e 8 0 2 1 l b 无线传输协议和无 线扩频技术的标准。为了更好的实现高速率数据传输，我们采用了双工工作模式。信源处理利用 d s p ，信道控制利用单片机。具体框图如图1 。l 、图1 2 所示。 根据图1 ，1 、图1 2 所示，首先发射系统通过上变频器、滤波器、功放和天线向接收系统发 送r t s 信号，表明要发送数据。按收系统通过天线、低噪声放大器、下变频器、带通滤波器和 控制单元，接收到r t s 后，通过自己的上交频器、滤波器、功放和天线向发射系统发出c t s 信 号，表明已准备就绪，发射系统可以发送。然后，发射系统就向接收系统发送数据，实现空中握 手。 在进行数据传输过程中，系统采用能量检测( e d ) 、载波检测( c s ) 和能量载波混合检测三种检 测信道空闲的方式。一方面，进行载波侦听，查看介质是否空闲；另一方面，通过使用应答包 ( a c k ) 来避免碰撞，接收端通过发送a c k 包来确认数据包是否正确送达目的地，实现 c s m 艘a 协议控制。 系统的信息交换是通过环行器来实现，可同时进行双向高速传输。 协议的交换控制是通过单片机实现的，是利用单片机虚拟的1 2 c 接口与单元电路并通过先进 的1 2 c 总线技术嘲来实现控制。1 2 c 总线是p h i l i p s 公司开发出的新的硬件接口，是一种简单的两 线双向的总线接口协议。在瞰议软件支持下，可自动处理总线上任何可能的运行控制状态。它不 需要p c 控制平台，是属于嵌入式系统控制方式。 硕士学位论文 嵌入式数字图像码流无线传输系统中的射频接收单元 第2 章射频接收单元主要部件的设计与实现 根据“数字图像码流的无线传输系统”项目的分工，本课题主要是研究射频接收单元。 根据总体要求，最后确定本课题所设计的射频接收前端的实施方案原理框图如图2 1 虚线框 内电路所示。这是一种典型的超外差式接收机。 s i n 红搀灿1 乙e ”。) 圈2 1 超外差式射频揍收单元组成框图 无线接收机的功能是在强干扰和噪声存在的情况下能成功解调所需要的信号。接收功率是发 射机与接收机之间的距离和周围环境的函数。因此，接收机输入端的射频功率在各个地点都互不 相同，可以从几f w ( 飞瓦，即1 0 - 1 5 w ) 到l a w ( 微瓦) ，这要求系统应具有一个很大的动态范 围。除了考虑大的动态范围和噪声之外，接收机还需要考虑把成本降到最低和把功耗降到最小p 】， 成功地设计一个接收系统的确是一个非常具有挑战性的事情。 无线接收机按功能分可以有很多种结构，有超外差体系结构、零中频接收机体系结构、低中 频体系结构、宽带双中频体系结构、亚采样体系结构以及数字中频体系结构。其中，超外差体系 结构自从1 9 1 7 年由a r m s t r o n g 发明以来，已被广泛采用。超外差接收机双变频体系结构( s u p e r h e t e r o d 、n er e c e i v e r d u a lc ：0 l i v e r s i o na r c h i t e c t u r e ) 如图2 1 所示。该结构可以典型的应用于24 g h z 的i s m 频段接收机系统。因为超外差体系结构通过适当地选择中频和滤波器可以获得极佳的选 择性和灵敏度，所以被认为是最可靠的接收机拓扑结构。 硕士学位论文嵌人式数字图像码流无线传输系统中的射频接收单元 经过综合考虑，本课题就是选用典型的超外差式接收体系结构来实现嵌a 式图像码流无线传 输系统中的射频接收单元的。在本课题中，我们使用频率可调的本地振荡器l o ( l o wo s c i l l a t o r ) ， 全部频谱就被下变频到一个固定的中频i f ( i n t e r m e d i a t ef r e q u e n c y ) 。在下变频模块之前使用一 个陶瓷介质带通滤波器，可以使镜像干扰被大大削弱。在下变频之后使用中频滤波器，并滤除本 振信号和射频信号。在确定接收机的选择性和灵敏度方面，中频的选择是很重要的。由于在第一 中频分级实现信道选择，所以要求本机振荡器具有一个外部缓冲器，如图2 1 所示，以得到较好 的相位噪声性能。第二下变频通常是正交的，以使同相和正交( i q ) 信号的数字处理变得容易。 图2 ，1 中也给出了使用d s p 从i 和q 信号产生所需信号的方法嘲。 本课题所涉及到的设计为图中虚线框所标示的部分，下面对其中主要部件的设计和实现进行 详细的讲述。 2 1 收发模式切换 嵌 式数字图像码流无线传输系统中的射频接收单元，从字面上理解仅仅是进行数据的接 收，但实际上它是个双向通信的过程，它的主要功能是用来接收从发射单元传送过来的图像码 流信号，同时遵循i e e e 8 0 2 1 i b 协议，需要在接收到r t s 信号之后向发射机发出c t s 信号表明 已准备就绪，发射机就开始传送数据，待接收机数据接收完毕后，还需广播a c k 确认帧。 划哪关 图2 1 1 用r f 开关实现的双向放大器 天线双工器是模式切换技术在该项目中的应用，即收发开关，用来抑制从发射机到灵敏接收 机的耦合。主要设计成在接收频带内使能量从天线口到接收机口，而衰减掉从发射功放到接收机 的耦合能量。用r f 开关实现的双向放大器示意图如图2 1 1 。由图可以看出，当接收单元发射信 号时，控制开关打到1 端，使p a 工作。当接收单元接收信号时，控制开关打到2 端，l n a 工 作。这样便可实现双向放大器。 硕士学位论文嵌 式数字图像码流无线传输系统中的射频接收单元 r f 开关的选用要求保证收发之间的高隔