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太原理工大学硕士研究生学位论文 w i m a x 功率控制系统的设计与实现 摘要 功率控制是对无线链路资源进行合理配置的技术，在无通信系统 中，采用合理的功率控制技术能降低无线通信系统的同频道干扰并且 能够节约移动台的能量，进而增大系统容量，因此在无线城域网中起 着举足轻重的作用。如何在无线城域网中采用合适的功率控制技术， 使无线链路资源最优化，是无线城域网性能指标的关键因素。 论文主要做了以下几个重要工作： 1 、本文将路径损耗应用到可变步长的功率控制算法中，使得闭 环功率控制的控制精度和收敛速度有了更大的提高，并依据下行信道 的质量估计上行信道的损耗和噪声干扰量的机制，从而对m s 的发射 功率进行预调型3 3 1 。 2 、分析了开环功率控制和闭环功率控制的特点，指出了影响功 率控制性能的因素。 3 、从整体上介绍了功率控制模块与其它模块之间的关系，然后 详述各种消息的功能，流程以及主要代码来完成功率控制中主要控制 消息的设计和实现，最后简述测试环境以及功率控制的测试效果。 4 、讲述了软件开发环境的搭建，简要介绍了w i m a x 硬件开发平 台的基本架构。 太原理工大学硕士研究生学位论文 关键字：w i m a x ；上行链路；功率控制：收敛；可变步长；路径损 耗 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fw i m a x p o w e rc o n t r o ls y s t e m a b s t r a c t p o w e rc o n t r o li sat e c h n i q u ei nr a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t i nt h e w i r e l e s sm a nc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，p o w e rc o n t r o lt e c h n o l o g yc a nb e u s e dt or e d u c ec o c h a n n e li n t e r f e r e n c ea n d e n e r g y s a v i n gd e v i c e s ， t h e r e b yi ti n c r e a s e st h es y s t e mc a p a c i t y , p l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ei nt h e w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m h o wt o a p p l yt h ea p p r o p r i a t ep o w e r c o n t r o l t e c h n o l o g yt ow i r e l e s sm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r kp l a y sa n i m p o r t a n tr o l e i nw i r e l e s sm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k 1t h i sa r t i c l ew i l la p p l yt h ep a t hl o s st ot h ev a r i a b l e s t e pp o w e r c o n t r o la l g o r i t h m ，m a k i n gt h ec o n t r o lo fp o w e rc o n t r o l a c c u r a c ya n d c o n v e r g e n c es p e e dh a sb e e ng r e a t l ye n h a n c e d i na d d i t i o ne s t i m a t i n go f t h eu p l i n kc h a n n e ll o s sa n dt h ea m o u n to fn o i s ep r e t r e a t m e n to ft h em s t r a n s m i tp o w e rb a s e do nt h ed o w n l i n kc h a n n e lt o p r e p a r e dt oa d j u s t t r a n s s m i o np o w e ro fm sa to n c e 2a n a l y s i n go fe a c hp o w e rc o n t r o la l g o r i t h mf o rt h ec h a r a c t e r i s t i c s ， t h ef a c t o r st h a ta f f e c tt h ep o w e rc o n t r o lp e r f o r m a n c ew a s p o i n t e do u t 3e l a b r a t i n gt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep o w e rc o n t r o lm o d u l ea n d t h eo t h e rm o d u l e s ，a n dt h e nc o m p l e t e dt h ed e s i g no ft h ep o w e rc o n t r o l u i 太原理工大学硕士研究生学位论文 m e s s a g ea n dt h el a s tt h eb r i e ft e s te n v i r o n m e n t a la n dp o w e r c o n t r o lt e s t r e s u l t s 4a b o u ts o f t w a r ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n tt ob u i l d ，a n dd e s c r i b i n g b r i e f l yt h eb a s i ca r c h i t e c t u r eo f w i m a xh a r d w a r ed e v e l o p m e n tp l a t f o r m a n dh o wt ob u i l das o f t w a r ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t k e yw o r d s ：w i m a xu p l i n k ；p o w e rc o n t r o l ；c o n v e r g e n c e ；v a r i a b l e s t e p ；p a t hl o s s i v 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 课题研究背景及意义 第一章绪论 最近十几年来，全球通信产业在高速发展，尤其以移动通信技术发展更为迅 猛。其中，宽带无线接入方便灵活，并且升级和维护十分方便还具备高速数据传 输的能力，因此获得了通信行业的重视。目前，w l a n 和w i m a x 等无线宽带 技术飞速发展，对人们的生活起到了非常大的改善，因此越来越受到人们的关注 和重视。 w l a n 是当今宽带无线接入网络中应用的最为广泛的无线网络。但是 w l a n 为无线局域网，它的覆盖范围十分有限，在没有障碍的情况下最大范围 只有3 0 0 米，室内有家具的情况下覆盖范围一般在1 0 0 米以内，因此用户只有在 距离无线节点比较小的范围内才可以接入网络。而以w i m a x 为代表的无线城域 网技术，弥补了w l a n 技术在传输距离上的缺陷，它的无线传输距离最多可以 高达5 0 公里，传输速度则可以达到每秒7 5 兆比特【l 】。 w i m a x 技术为3 g 主要技术之一，为w i m a x 的大规模的应用奠定了理论 基础，而w i m a x 论坛的不断壮大，更是强烈地刺激着市场的发展。w i m a x 论 是由通信行业领先的通信公司和通信设备制造公司联合创立的非商业性组织。目 的是在基于i e e e 8 0 2 1 6 标准的无线接入产品的一致性达成共识。该组织目前包 括三星，i n t e l ，摩托罗拉和国内的华为，中兴等企业都是w i m a x 论坛的成员t 2 1 。 作者在中科院实习期间加入了w i m a x 系统软件组，参与了基于m a c 层的 功率控制系统及功率控制系统与射频板接口的设计与实现。功率控制技术是一项 十分关键的技术。如今人们不仅使用在网络上打电话，而且用它来上网，聊q q ， 看小说等，随着无线通信系统的发展，它的应用范围将越来越广泛。但是它的功 能越强大，它的耗电量也会越大，因此我们的手机电池的使用时间将会大大减少， 这对通信产品的质量大打折扣。因此功率控制有着重大的实用价值。 1 。2w 技术的特点 w i m a x 技术与其它无线通信技术相比主要有以下特点： ( 1 ) 移动性能的比较 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 移动w i m a x 在设计是充分考虑到这两个方面： 其一，移动w i m a x 有非常好的功率管理机制。它同时支持空闲和睡眠两种省 电模式：睡眠模式是在m s 与b s 没有同步的状况下启用，在睡眠模式情况下 m s 的功率和对b s 无线链路接口资源的使用将达到最小化；空闲模式是指在m s 在穿过被多个b s 覆盖的区域时接收到不同b s 广播信道的消息而不在某个b s 上进行注册，这样对于m s 可以避免频繁的进行切换而b s 能减少无线链路接口 资源和临界区切换通信量。 其二，标准协议中规定了3 种临界区区切换方式，有硬切换、宏分集切换和快 速b s 切换。三种切换方式中硬切换是必须支持的方式，宏分集切换和快速b s 切换是可选的切换方式。m s 可以通过入网的b s 下行广播消息获得邻区b s 的 信息或者通过请求分配睡眠间隔或者是扫描间隔来对相邻的b s 进行测距和扫描 的方式获得相邻b s 的信息，寻找下一个可能的入网b s 。m s 和b s 都可以发起 切换决策。在m s 与b s 进行快速切换时，m s 只与一个b s 进行通信。快速切 换是指不执行移交过程就能完成从一个b s 到另一个b s 的切换。当进行宏分集 切换时，m s 能同时与多个b s 之间进行收发数据，这样能得到分集合并增益从 而改善信号质量。 ( 2 ) 频谱利用率的比较 目前由于无线频率资源缺乏，各种无线通信技术都十分注意系统的频谱利用 率，它们都使用了频率重用技术。w i m a x 频谱利用率明显的高于其它无线通信 技术。 ( 3 ) 安全性的比较 移动w i m a x 应用了目前最先进的安全技术，它的安全性能相对于其它无线技 术更安全，它应用的技术主要包括以下五个方面： 码字管理协议版本( p r i v a c ya n dk e ym a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 是i e e e8 0 2 16 e 加 密的基础，其它诸如切换键交换、通信量加密编码以及广播和多播安全信息等加 密措施都以它为基础。 用户和设备鉴权：移动w i m a x 应用了i e t fe a p 协议去提供基于数字认证、 s i m 卡、用户名和密码等多种鉴权方式。 通信量加密编码：a e s c c m 能在m a c 层接口对所有用户数据进行保护。它 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 需要e a p 鉴权后产生码字去开启密码保护。通信加密编码采用用周期性的更新 码字机制，系统频繁地转换码字可以提高系统的安全性能。 消息控制协议：采用c m a c 的a e s 或者m d 5 的h m a c 算法来对数据进行 保护。 快速切换支持：移动w i m a x 总共支持三种握手算法，该算法可以减少一些 重新验证从而可以支持快速切换。 1 3 功率控制技术的研究现状 在早期的无线通信功率控制过程中，由于频谱资源丰富，不同移动台在不同 的频率上进行传输，因此功率控制技术的主要目的是补偿信道的衰落，以免影响 接收信号的质量，而基站端不进行功率控制，每个信道上的功率都是一样的。随 着无线通信网络的发展，频谱资源越来越不够用，提高频谱利用率势在必行，近 些年来，功率控制技术一直在发展中。 1 9 9 5 年应用的的第一代1 g 只能语音通话，1 9 9 6 年到1 9 9 7 年出现的第二代 t d m a 、g s m 等( 2 g ) 手机添加了数据接收的功能，如接受电子邮件或网页， 这期间的功率控制都比较简单，只是补偿无线信道的衰落而己。 相比较于带宽受限系统，c d m a 系统可以提供足够的通信系统容量，但它 是干扰受限系统，因为在c d m a 系统中，有时候多个户使用相同频率的载波， 因此用户之间相互形成干扰，尤其是当出现远近效应时，移动太发射的信号可能 完全被干扰信号淹没，将对通话质量构成严重影响。c d m a 系统可以根据信道 质量调整用户的发射功率，使每个用户的s i n r 达到规定的范围，即在保证信道 质量的前提下使总发射功率最小。c d m a 系统尽管扩充了系统容量，也适时补 偿无线信道中引入的衰落，但是增加了同一频率资源中用户之间产生干扰。 1 4 本文的主要研究工作 本论文通过对i e e e8 0 2 1 6 e 协议的理解，完善了w i m a x 功率控制系统的 设计，并且实现了功率控制系统。为了检验无线环境中的功率控制系统的控制效 果，作者基于对射频板p c 7 2 0 3 d a t a s h e e t 的理解，设计了m a c 层功率控制系统 太原理工大学硕士研究生学位论文 与射频板的接口。本文将路径损耗应用到可变步长的功率控制算法中，改进了闭 环功率控制。 1 5 本文的组织结构 下面是各章内容介绍： 第一章：论述了课题的研究背景和意义，介绍了w i m a x 技术相对于其它无 线通信技术的主要特点，本文主要工作和组织结构。 第二章：简要阐述了功率控制的一些基本概念，功率平衡准则以及功率控制 的影响因素，详细阐述了功率控制的开环功率控制和闭环功率控制。 第三章：介绍了w i m a x 系统软件的硬件开发平台以及软件开发环境的搭建。 第四章：对基站和移动台的m a c 层功率控制系统进行了设计与实现。 第五章：功率控制系统的算法的设计与仿真 第六章：给出了本文的总结，并提出了对进一步研究的展望。 最后是致谢和参考文献列表。 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章功率控制概述 功率控制技术是无线通信系统中的关键技术，采取有效的功率控制能明显地 提高系统容量和无线链路的质量。目前的第三代通信系统大都是干扰受限系统， 即通信质量和容量会受到接收到的干扰电平的影响。如果b s 接收的有效信号太 弱，那么通信链路的信噪比下降会导致误码率过高。如果基站接收到的有效信号 功率太高，尽管保证了b s 与m s 间的无线通信链路质量，但增加了对其它m s 的干扰，将导致整个无线通信链路质量的恶化和容量的降低。在无线链路通信系 统中，只有控制每个m s 发射功率仅仅达到b s 要求的s i n r 又不至于影响到其 它m s ，这样可以降低对邻近节点的干扰和符号间的干扰，同时还必须对频带和 发射功率等有限的无线资源进行合理的动态分配，- 以使系统资源得到充分利甩， 提高了整个网络系统的容量和移动用户的通信质量。 2 1w i m a x 功率控制技术分类 功率控制方式分为开环控制方式和闭环功率控制方式。 ( 1 ) 开环功率控制方式 开环功率控制必须以估计路径损耗为前提，对m s 发射功率的调整采用的是 一次补偿的方法，无线信道衰减多大就补偿多大。因此开环功率控制方法实现容 易，计算量少，调节快。 在w i m a x 无线城域网通信系统中，物理层能支持时分和频分两种模式， 并在双向无线信道的下行信道和上行信道上分别采用不同的频段和频带间隔，从 而防止了不同信道间的干扰。频带间隔很影响功率控制，当相干带宽比频带间隔 小时，收发信道就成为两个相互不相干的衰落信道。m s 就不能将估计的下行信 道路径损耗作为上行信道路径损耗。这样就导致了估计的不精确性。此外开环功 率控制仅仅通过测量接收信号功率来估测上行路径损耗，并对m s 发射功率的大 概估计，所以这种功率控制的调整不精确。同时快速变化的信道可能会带来误调， 导致系统性能恶化。 在入网的基本能力协商消息中协商是否支持开环功率控制；当支持开环功率 控制并且在入网过程中采用开环控制模式，则上行信道每个子载波发射功率由下 太原理工大学硕士研究生学位论文 式计算： p ( d b m ) = l + c n + r + ( n i ) + 10 l o g ( r ) + o f f s e t _ b s p 佗s s + o f f s e t _ s s p r c s s ( 2 1 ) p ：指当前每个子载波上面的发射功率电平，包括m s 的发射天线增益； l ：指当前上行链路上的平均路径损耗的估计，它包含m s 发射天线增益和 路径损耗，但是不包括b s 的接收天线增益，一般通过p r e a m b l e 所有激活子载 波的总功率和b s 下发的d c d 消息里的b se i r p 参数来估计l ； c n ：是在当前所使用的给定调制方式，前向纠错编码( f e c ) 和相关的压 缩编码策略下的归一化载波噪声比，可以通过u c d 修改的； r ：重复调制编码的次数，由u lm a p 消息给出； n i ：是b s 上每个子载波上的噪声和干扰的估计的平均功率电平，不包括 b s 接收天线增益，由d c d 消息给出。 o f f s e t _ b s p r e s s ：是指由b s 通过功率控制消息控制的特定m s 的功率偏移量， 它是b s 通过功率控制消息进行控制的。当o f f s e t _ b s p 。娜是通过p m c r s p 消息 设置的时候，它会包含b s 接收天线增益。 o f f s e ts s p 麟：由移动台控制的发射功率修正值，初始值为0 。 标准中默认的归一化的信噪比门限值由表给出，这些值由基站决定并通过 u c d 消息中的t l v 更换。 表2 1 归一化的c n m 出2 1n o r m a l i z e dc n 调制f e c c cr a t e归一化c n ( d b ) a c k r e g i o n 3 o f a s tf e e d b a c ko c d m ac o d e3 q p s k1 3 0 5 q p s k1 2 6 q p s k 2 3 7 5 q p s k 3 49 s o u n d i n gt r a n s m i s s i o n 9 1 6 q a m 1 21 2 1 6 q a m 2 31 4 5 1 6 q a m 3 41 5 1 6 q a m 5 61 7 5 6 4 q a m1 2 1 8 6 4 q a m 2 32 0 6 4 q a m 3 42 1 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 6 4 q a m 5 6 2 3 估计的当前上行信道平均路径损耗l 是有效子载波上接收到的总功率与 b s e i r p 的相对量，而这个b s e i r p 是b s 通过d c d 消息传给m s 的，对应于 各种调制编码方式的默认的归一化的c n 值通过表获得，n i 也是由d c d 给出。 另外，b s 用p m cr s p 、f a s tp o w e r c o n t r o l ( f p c ) 和p o w e rc o n t r o li e 控制 o f f s e tb s p e r s s ，o f f s e t 的更新有相对控制和固定控制两种方法，如果bspers m s 的o f f s e tb s p e r s s 值是通过p m cr s p 获得的，则使用固定控制模式，即使 用b s 下发的新的o f f s e tb s p e 把过去的o f f s e t 替换掉，如果bsperss o f f s e tb s p e r s s 值是由其他消息获得，则使用相对控制模式，即使用b s 下发 的偏移量来对原来的o f f s e tb s p e r s s 值进行相应的增减。实际的功率设置根据规 范被量化成最接近的可实现值。对每一次传输，m s 会限制其功率以满足频谱 m a s k 和e v m 要求。 根据发射功率可变调整部分的控制主体的不同，把开环功率控制又细分为主 动开环功率控制和被动开环功率控制。 被动上行开环功率控制 在o f f s e t _ s s l 3 r c s s 要求重置p m c - r e q p m c - r s p 中的“p o w e rc o n t r o lm o d e c h a n g e = 0 b 1 0 ”的被动上行开环功率控制中，m s 会将o f f s e t _ s s p r e 。设置为o 并且 利用公式( 2 ) 修改发射功率值。 在o f f s e t _ s s p 咒s s 要求保持p m c r e q p m c r s p 中的“p o w e rc o n t r o lm o d e c h a n g e = 0 b o l ”的被动上行开环功率控制中，m s 在由闭环功率控制转换为开环功 率控制的时候将按照下面的公式来计算o f f s e t _ s s p 煅。 o f f s e t _ _ s s p r e s s2p t x c l l a s t l o l _ i n i t + n i o l _ i n i t - c n c l _ i 舾t + 10 1 0 9 1 0 ( r c l _ i 丛t ) ( 2 2 ) 其中： p t xc lh 吼：为m s 上次在闭环功率控制模式下的传输功率； l o li n i t ：为在从闭环功率控制模式向开环功率控制模式转换的时候m s 估测 的路径损耗； n i o li l l i t ：为在从闭环功率控制模式向开环功率控制模式转换之前最后一次 从u ln o i s ea n di n t e r f e r e n c el e v e li e 中获得的n i 值； c n c l1 越：为上次在闭环功率控制模式下使用的与调制和f e c 方式相对应 的归一化的c n 值； 太原理工大学硕士研究生学位论文 r c ll 嬲。：为上次在闭环功率控制模式下发送信息使用调制和f e c 编码方式 使用的重复因子； 上述的o f f s e t _ s s p 螂值只在由闭环功率控制模式转换为开环功率控制模式 时计算一次。因而，如果不再发生功率控制模式变化，o f f s e t _ s s p r c 。值应该为一 个常量。 被动上行开环功率控制的流程图如下： 图2 1 被动开环功率控制流程图 f i 9 2 - 1t h ep r o c e s sd i a g r a mp a s s i v eo p e n e d - l o o pp o w e r c o n t r o l 主动上行开环功率控制 一种可供选择的方法就是m s 会在一个范围内校正o f f s e t _ s s p 麟值。 o f f s e t _ b o u n d l o w = l j m 2 v - - 1 j 堕一1 ( 2 7 ) 备荟若。 q - f = 0 七= l - 1 涛 s i r 平衡准则是指调整发射功率使接收端收到的信噪比相等。上行链路的 s i r 平衡的目标就是使m s 到达b s 的s i r 相等。下行链路的功率平衡目标是使 b s 到达各个m s 的s i r 相等。 基于s i r 平衡准则的上行功率控制公式 依据s i r 平衡准则，上行链路功率控制的公式如下： 假设每个蜂窝小区内的m s 到达b s 信号功率都相等，假设每个b s 接收到 的m s 的有效信号功率为p i ，则第i 个b s 接收到的第1 个m s 的有效信号功 率s i l 为p i ，此时来自其他m s 的干扰信号为： i ”v - - 1 i - - l 。 a f 厶= 丢荟乞若一p z 泣8 ， ，= o 七= 1n ，料 。 b s 接收信号的信噪比为： 姗= 曼= i i l 吾n - 1 台l j 。石a j k i 一 晓9 ) 或1 + s i r 尸= a p 或百f 一 太原理工大学硕士研究生学位论文 s i r 。 其中p = ( p o p l p n 一1 ) r ，a = a j ) ， 求解矩阵a 的特征矢量和特征值可得到b s 的接收有效信号功率和相应的 基于s i r 平衡准则的下行功率控制公式 依据s i r 平衡准则，下行链路功率控制的公式如下： 设第i 个b s 对第1 个m s 发射功率为p i l ，第i 个b s 发射的总功率为q i ， 那么第1 个m s 接收到的第i 个b s 的有用信号功率s i i 为p i a i l i ， 此时其它b s 对它的干扰信号为： m s 接收信号的信噪比为： 其中q = ( q o q l q n 一。) r ， ( 2 1 1 ) 彳= 删，a g = 芝孚 求解矩阵a 的特征矢量和特征值可得到b s 的接收有效信号功率和相应的 s i r ，再通过 驴黑罢g 等 范 求得b s 对每个m s 的发射功率。 1 4 膨一 内 么一么 o 黼 = 矿 口 o2 肼 4 弓 一 彬 4 g 问 = 玎 r上 一心盟 2 如一吖 卸 只一g 妒 百间8if豫 = 生& 岛一l 皲 = 或 识孓 己 占乙瑚 = q 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 3 影响功率控制性能的因素 影响功率控制算法性能的因素包括： 无线通信信道质量测量。如果b s 对信道s i n r 或者接收功率值测量不准 确，那么经过功率控制算法计算的功率偏移量会产生误差，进而影响功率控制的 性能。 功率限制。功率控制由于硬件功能有限，其输出功率会有上下限的制约。 时延。信道测量和控制信令的传输都会造成网络时延，功率控制算法在 将计算结果通过功率控制指令传到发射机也会造成的时延。 功率调整步长。功率控制步长应考虑多种因素综合。可变步长模式的功率 调整性能好于固定步长功率控制模式，但是系统开销增大了。采用自适应步长方 法，可以大大改善控制效果。 控制比特误码率。当误码率高时可以通过提高发射功率控制，进而增大系 统内的干扰，但保证了服务质量。 以上多个因素中时延对功率控制性能的影响最大。改善快速闭环功率控制的 性能，把减少时延作为最有效手段。可以用预测的办法，根据下行信道变化的预 先估计上行信道衰落的变化，在b s 下发的功率控制命令之前进行发射功率调整， 虽然有可能会存在预测误差，但减少了上行信道变化到功率调整时间。 2 4 本章小结 本章简要阐述了功率控制的一些基本概念，功率平衡准则以及功率控制的影 响因素，详细阐述了功率控制的开环功率控制和闭环功率控制。 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 第三章w 心j a x 软硬件平台的介绍 3 1 硬件开发环境的介绍 j 。矧r i ；0 j 翻 - l罕k 娜弘争 ：+ ：。v 5 i，vti t。rr a a ；。n 。- e r ：j ? 。拦 4 p o w e r 图 - p o w e r s u p p l y d i b ii d l c li _ ：卜+ 1 甲 r cf p g a 、7 蓦 p kg p i o d e b u g 碧璺鲷- u a r t l a d i - 日_ l 阻g p l 0 d i c一 n t l b r f i u r t 2 d i d “c e i 纂孵= ；_ r p c 2 0 5 仰i b l i 】f - t h e r n e t 。 e t h e r n e t p ag p i n - d i d矗 h n t e 曼! 嚣。| _辩 唧肿 l hg p l 0 、r 堇 a d f p g a 卜rj _ _ = = 。i 一 卜 k j n g p l 0 t 、厂曼 - 厂一一 + i mg p l 0 j j i i e e e 一1 5 8 8 ：= = = 。= _ _ = 一j s y n c - _ _ ：= _ _ - - l_ ：；_ 一c o n t r o l 。i ：| 。i ： 1 - -t千 。 _ _ = j j 上。上0壤薹鋈鞫 _ = |ij _ 。一一 r a d i oc a r d i n t e r f a c e dr a d i o i n t e r f a c e ( x2 ) 图3 - 1p c 7 2 0 5 整体结构图 f i g 3 1t h eo v e r a l la r c h i t e c t u r eo f p c 7 2 0 5 这款芯片是基于a r m 9 2 6 e j 的系统芯片，它具有一个3 2 位r i s cc p u ，6 4 k b 指令和数据缓存，数据耦合存储器，内存管理单元。两个直接内存访问还提供了 高效的数据传输和内存控制器。其它外设包括一个以太网m a c 接口与外部以太 网p h y 设备，以及一系列标准功能：u a r t ( x 2 ) ，实时时钟，看门狗定时器， 定时器，通用输入输出，向量中断控制器和j t a g 接口。 3 2 软件开发环境的搭建 ( 1 ) 硬件开发包的安装 在根路径下创建c p e 2 0 x w o r k 目录，下载c p e 2 0 5 - a - b s p 一1 5 0 t a r g z 开发包 并放在该目录下，解包产生c p e 2 0 5 一a - b s p 一1 5 0 的目录，进入该新目录，运行 i n s t a l l - c p e 2 0 5 - b s p - 1 5 0 s h 脚本，将会生成引导程序，内核等。 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 2 ) 安装交叉编译器 将a r m 一2 0 0 6 q 3 2 7 一a r m n o n e - l i n u x g n u e a b i - i 6 8 6 - p c l i n u x - g n u t g z t a r 拷贝至t u s r l o c a l a r m c o m p i l e r 目录下，打开b a s h r c 文件，在该文件中添加 p a t h = $ p a t h ：u s r l o c a l a r m c o m p i l e r a r m - 2 0 0 6 q 3 - 2 7 - a r l t l - n o n e - l i n u x - g n u e a b i i 6 8 6 p c 1 i n u x g n u b i n ，然后设置以下环境变量 e x p o r ta r c h 。a l t n ， e x p o r tc r o s s c o m p i l e 2 a l t o - n o n e l i n u x g n u e a b i 一， e x p o r tb o a r d = c p e 2 0 5 。 更新环境变量，执行s o u r c e b a s h r c ，用w h i c ha r m 1 i n u x g c c 命令检验新添 加的环境变量是否生效。 ( 3 ) 建立n f s 服务器 换成r o o t 用户后，在v a t 目录下创建n f s c p e 2 0 5 的目录，将 r o o t f s e p e 2 0 5 - 1 5 o t g z 拷贝并解压到该目录下，将在n f s c p e 2 0 5 目录下产生r o o t 根文件系统，然后将l i n u x 一2 6 1 8 p i c o c h i p 1 5 0 u l m a g e c p e 2 0 x i m g ， r o o t f s - c p e 2 0 x 一 i m g ，u - b o o t 一1 1 6 - p i c o c h i p - 1 5 0 一c p e 2 0 5 b i n 放在r o o t 目 录下。在e t c 目录下打开e x p o r t s 文件，在文件中加上以下内容： v a r n f s c p e 2 0 5 宰( r w , s y n c ，n o _ r o o t _ s q u a s h ，n o a l l s q u a s h ) ， 设置后强制n f s 去重新读取e x p o r t s 内容，然后运行s e r v i c en f ss t a r t ， s e r v i c ep o r t m a ps t a r t 启动n f s 服务器和端口映射。 ( 4 ) 建立t 邱服务器 将l i n u x 一2 6 18 一p i c o c h i p - 1 5 0 一u l m a g e c p e 2 0 x i m g 内核镜像文件拷贝到 t f t p b o o t 目录下并改名为u i m a g e c p e 2 0 5 ，运行命令r p m qt f t p s e r v e r 查看t 邱服 务器是否已经启动，如果没有启动，则需要安装一个r p m 的安装包，然后在虚 拟机里面启动t f t p 功能，如果需要改变t f t p 的目录，在e t c x i n e t d d 的t f t p 文件中 进行目录的修改，然后启动m i n i c o m 进行开发板参数的设置，如目标机i p 地址， 宿主机口地址，网关和子网掩码并且保存该环境变量的设置。 ( 5 ) t f t p 服务器的测试 在终端中运行m i n i c o m 停止自动启动，运行t f t p 命令，运行如果出现以下信 太原理工大学硕士研究生学位论文 息则表示t f t p 服务器搭建成功。 e t h e m e tl i n k ：i su p e t h e m e tl i n k ：f u l l - d u p l e xm o d e e t h e m e tl i n k ：10 0m b i v s u s i n gp c 2 0 x _ e m a cd e v i c e t f t pf r o ms e r v e r17 2 17 2 2 3 8 ；o u ri pa d d r e s si s17 2 17 9 2 8 f i l e n a m e u l m a g e - , c p e 2 0 x l o a da d d r e s s ：0 x 2 0 0 0 0 0 l o a d i n g ：槲群样舟撑艄撑错撑捍群撑群撑撑撑撑拌槲拌捍群拌捍群撑撑群辫拌拌桦榔槲蝴撑删撑撑撑撑群存群撑撑 拌撑撑拌 d o n e b y t e st r a n s f e r r e d = 12 2 2 6 4 4 ( 12 a t f 4h e x ) ( 6 ) n f s 服务器测试 将p c 7 2 0 5 开发板连接到开发电脑上，在终端中运行m i n i c o m 停止自动启动， 运行l u l lf i x e d 施命令，如果n f s 服务器搭建成功则出现以下必要信息，然后 出现l i n u x 登陆界面。 蒯b o o t i n gi m a g e a t0 0 2 0 0 0 0 0 i m a g en a m e ：l i n u x - 2 6 18 - p i c o c h i p - 1 4 i m a g et y p e ： a r ml i n u xk e r n e li m a g e ( u n c o m p r e s s e d ) d a t as i z e ： 1 2 1 5 5 5 6b y t e s = 1 2 m b l o a da d d r e s s ：0 0 0 0 8 0 0 0 e n t r yp o i n t ：0 0 0 0 8 0 0 0 v e r i f y i n gc h e c k s u m o k o k s t a r t i n gk e r n e l u n c o m p r e s s i n g k e r n e l l i n u xv e r s i o n2 6 1 8 - p i c o c h i p - 1 4 ( , g c cv e r s i o n4 7 ) c p u ：a r m 9 2 6 e j - - s 410 6 9 2 6 5 】r e v i s i o n5 ( a r m v 5 t e j ) m a c h i n e ：p c 7 2 0 5 - 21 0r e vb b o m 1 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 m e m o r y ：1 6 m b1 6 m b1 6 m b1 6 m b 2 6 4 m bt o t a l m e m o r y ：6 2 2 2 4 k ba v a i l a b l e ( 2 0 8 0 kc o d e ，5 12 kd a t a ，8 8 ki n i t ) p c 2 0 xd m a c o n t r o l l e rd r i v e rv e r s i o nv 0 0 2l o a d e d p c 2 0 x m i ib u s ：p r o b e d p c 2 0 xe m a c v e r s i o n0 0 4l o a d e d p c 2 0 x g p i od r i v e r ，v e r s i o no 0 1 l o o k i n gu pp o r to f r p c1 0 0 0 0 3 2o n1 0 2 1 0 3 8 v f s ：m o u n t e dr o o t ( n f sf i l e s y s t e m ) f r e e i n gi n i tm e m o r y ：8 8 k l o a d i n gm o d u l e s ：p i c o t r a n sp i c o m o d ：p i c o a r r a yd r i v e r $ r e v i s i o n ：1 11 $ f o rc p e 2 0 5o c t2 52 0 0 7c c r = 0 x l8 0 0 0 0 0 4 p i c o t r a n s ：p i c o a r r a yt r a n s p o r tm o d u l e $ r e v i s i o n ：1 13 $ o c t2 52 0 0 7 f p g a _ c p e 2 0 5f p g ai d0 x 0 6 7 2r e g i s t e r s ： 0 x 0 0 ：0 x 0 6 7 20 x 0 1 0 40 x 0 0 0 0o x 8 0 0 00 x 1 0 1l0 x 0 0 0 00 x 0 0 0 0o x 0 0 0 0 f o u n df p g a _ _ c p e 2 0 xd e v i c ei d2 f p g ai do x 0 6 7 1r e g i s t e r s ： 0 x 0 0 ：0 x 0 6 7 1o x 0 1 0 7o x 0 0 0 00 x 8 0 0 00 x 1 0 11o x 0 0 0 00 x 0 0 0 0o x 0 0 0 0 f o u n df p g a c p e 2 0 5d e v i c ei d1 f p g a _ c p e 2 0 x ：邱g ad e v i c ed r i v e rf o rc p e 2 0 xo c t2 52 0 0 7 e r a s es e tt ob a c k s p a c e m a s t e rp i c o a r r a y ：d e v i c e0 p i c o m o n 2 3 2s e r v e rs t a r t e d l i s t e n i n go np o r t3 6 0 0 0 至此，一个比较完整的嵌入式l i n u x 开发平台已经搭建完成。内核通过t f t p 传到目标板，目标板的用户文件系统在p c 机i 拘v a r n f s c p e 2 0 5 里面。这样避免了 每次修改都要烧写系统。 2 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 3 3 本章小节 本章主要讲述了软件开发环境的搭建，简要介绍了w i m a x 硬件开发平台的基 本架构。 2 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 太原理工大学硕士研究生学位论文 第四章w i m a x 功率控制系统具体设计与实现 4 1 y 1 v i a ) ( 功率控制系统整体架构 信道测 模块 p d u 生成模 a r q 模块 移动台初赠 化模块i j 模块初 l 始化 测距模喜 r l 控制 l 参数 p d u 发送模 u l - m