[硕士论文精品]基于802.11n协议室内无线接入点的设计

吲擎硕十学位论文基丁8021LN协议的室内无线接入点的设计摘要随着社会的信息化进程，互联网成了人们生活中不可或缺的一个工具，以具有不用架线、灵活性强等优点的无线网，赢得了特定市场的认可。自从1997年IEEE80211标准实施以来，先后有8021LB、8021LA、802“G等标准制定或者酝酿，但是WLAN依然面临带宽不足、漫游不方便、网管不强大、系统不安全和没有杀手级的应用等挑战。为了实现高带宽、高质量的WLAN服务，使无线局域网达到以太网的性能水平，8021LN应运而生。IEEE80211N工作组在2007年5月审核通过了该标准的2O草案DRAFT20。本次设计是基于该标准来完成的。本论文介绍了8021L系列标准协议的内容、发展和应用前景，对80211N协议及原理进行重点分析研究。详细介绍了选用的主要芯片，硬件电路的设计、PCB板的设计与电路的制作。重点研究了测试点与测试方法的选取、测试结果的分析，以及今后有待进一步改进的地方。从INTERNET开始，IEEE的标准慢慢从工业渗透到民用。设备开发，标准开放，量产低价，直到今天的快速以太网接入到户。可以预言，IEEE将给人们带来更多更实惠的东西。关键词80211N协议，WLAN，接入点，MIMO，OFDMABSTRACT叭汕FORMATI小ONB仰AS川EDP删ROCEMSS蔗三，蒿E三罴篡SUCCEEDEDANINDISPENS，A，B；N三。1F，；兰；三；I二21。ETW。RK，HASW。NTHESTR删阳NOTUSI哪HNE叭I淼焉。三刑椰IMPLEMENTEDAPPROVAL。FTHESPECIFICMARKETRSINLCELEEESOZLDARDFORMUTATI。N，SUCHINL吼SUCCESSIRELYTHEREWAS8021LB,80211A,STANOARO。TU1一INSUFFICIENT,AS802119,ETC。RFERMENTING,BUTSWTLANSTI11ABAN。DWT、IDVTNINIGSN。IKILLERGRADER。AMINE。NVENIENT，APPLICANTIONNOTSTRLNON。GRWDEIRTHTU。NRSEAA工LEI,ZAETHEHIGHBANDWIDTH，哪TEMOFNETWORK，MANAGEMENT,ETCW羔篓孟蝴洲KEPEMRMANCEM“眦M眦MWI,ANSERVICE,MAKE舭THE篡二_。眦IITI唧LEPV2“MVWOR婚唧OFETHERNET,80211NARISESRAAFT。HIHLS乏。三三，“三E三二。；YTNMAYOF2007RRHTSSHOULDPASS20STANDARDDRANDR净AF三三一儿3DESIGMNW舢ASF两INISSHE黑DBECATU烹SEOFTH蒌砒三V嚣NTOF删8叫02洲11S毗ERIALINT,三THISTHESISHASINTRODUCEDCONEUC。_，I三二。ANDRESEARCH802。LLNSTANDARDAGREEMENLSANDL。USEDTHEPROSPETCHTE,MAANAINT3。CHIPTHATTHPDETAIL7D蕊景毫橐ES慧PECIALSL篙Y篡涨8I8慕WLA”TESTSLYSISF兰INTRODUCTIONSELECTEDFO川D瞄N二。二二SOMEANAWITH淼掣蕊。篓羔燕舞篇舞RECH0SINGTESTRESULTSOFTHEME仆OD毗乩兰RTTHESTANDNRD。FLEEEPLACEFURTHERINTHEFUTUBEGINFROM1。L|。、M一一NFTHEEQUIPMENT，1PERMEATESTHROUGHINDUSTRYCJIVILLYSLOWLYPTHED，EVL】ENLTOIPL”ITT。11DLAUYSFASTETHERNETLTHESTANDARDISOP，EN；QUANTLTCYANHAPSR。THPEH。LSOYW，PLRELECFEWL。FLBRINGM。R。SUBSTANLIALFSINSERTEDTOTHEAMILYCANPROPNCSY1LH1KEYWORDS80211NSTANDARDS，WLAN，AP，MIMO0FDM声明尸明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生虢纽碲月角学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部FJ或机构送交并授权其保存、借阅或F网公布本学位论义的部分或全部内容。对丁保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研触繇桫砂缸月鲡I程硕十学位论文基Y8021LN协议的室内无线接入点的设计1绪论从上世纪七十年代，人们就开始了无线网的研究。整个八十年代，伴随着以太局域网的迅猛发展，以具有不用架线、灵活性强等优点的无线网以己之长补“有线”所短，赢得了特定市场的认可，但是由于当时的无线网是作为有线以太网的一种补充，遵循了IEEE8023标准，使直接架构于8023上的无线网产品存在着易受其他微波噪声干扰、性能不稳定、传输速率低、不易升级、不同厂商的产品相互不兼容等弱点，这一切都限制了无线网的进一步应用。故制定一个有利于无线网自身发展的标准就提上了议事同程。到1997年6月，IEEE终于通过了8021L标准。11系统设计的工程背景及意义随着国际互联网和信息高速公路的发展，越来越多的政府机关、企业单位致力于网络工程和综合布线，建设智能化大厦、小区。网络的综合型应用支持语音技术、数据传输、影像影视等等，相应的网络设备也越来越丰富。通常计算机组网的传输媒介主要依赖铜缆或光缆，构成有线局域网。但有线网络在某些场合要受到布线的限制布线、改线工程量大；线路容易损坏；网中的各节点不可移动。特别是当要把相离较远的节点联接起来时，敷设专用通信线路的布线施工难度大、费用高、耗时长，对正在迅速扩大的联网需求形成了严重的瓶颈阻塞。WLAN就是解决有线网络以上问题而出现的。WLAN利用电磁波在空气中发送和接受数据，而无需线缆介质。WLAN的数据传输速率现在已经能够达到300MBPS，传输距离可远至20KM以上。无线联网方式是对有线联网方式的一种补充和扩展，使网上的计算机具有可移动性，能快速、方便的解决以有线方式不易实现的网络联通问题。近年来，随着网络的发展，WL。AN队议已经发展到了80211N，协议定义传输速率呵到600MBPS，但山十芯片制作技术还FI能完全满足需求，到2008年实际产晶传输速率已可达300MBPS。从无线技术来看，网络架设已经可以省去很多以往缆线斫I线的麻烦，但还有一个供电御线问题没有解决。2003年6月，美幽电气电子工程师学会IEEE正式发和称为8023AF的POEPOWEROVERETHERNET以太网供电标准，即数掘终端设备D1F通过介质相关接门MDI供电标准，是最早的定义了以太网供电传输的全球标准。8023AI在基本卜保持现有架构不变的痛IF提F，将电源供心引入以太网端LI，使网络设备可直接从以太删端LI族得电源供应，这一技术通过普通的5类URP绪论样硕TJ学F妒论文网线对局域网中的设备提供直流电。WLAN技术结合POE供电技术，彻底解决了网络命线中诸多问题，使得网络自经皂中电源供应、信号供应一体化，简洁了网络架构，为实现城市局域网无线化提供了可能性。进入2000以来，欧美很多城市积极组建W卜FICITY，大力发展无线技术，2005年，始，台湾省台北市以及周边海域也丌始推行无线城市概念，无线覆盖遍命台北大街小巷，人们走在大街上也F叮以随时上网查看需要信息，为市民提供了方便。2007年，L始，中国电信、中圜移动也，I始大力推行无线局域网技术，南京、上海、J“州等地率先试点，取得了卓著成效，但试点所采用的设备还足旧协议产品，传输速率只能达到54MBPS，随着人们对WI_FI的深层了解及应用，传输带宽将成为网络传输的致命弱点。因此，80211N这个能提供600MBPS带宽的协议备受关注，虽然受制造技术的限制，完全能提供600MBPS的方案木日玎还没有着落，但能满足300MBPS的方案已经丁2007年面世，各个厂家都在积极设计新产品，以能尽快产出速率在300MBPS的WIFI设备，为无线网络的发展应用努力。12网络基础知识众所周知，计算机采用以太网入网时，通过两端带有RJ45插头的UTP电缆将网卡的RJ45插座与集线器的RJ45插座相连接就可以了；笔记本电脑采用无线上网时的设定相对就比较复杂，先要打开笔汜本无线网络，查找网络名称SSID，无线连接等等。刁】ODBI时；2频谱模板8021L协议针对彳、同展频、不同带宽情况下的频谱模板作了详细定义。80211B协议采用的是直接序列展频技术DSSS，信号带宽22MHZ，其频曙模板如图27所示，为了防止调制过程中所产生3阶、5阶交调对其他频道信号造成干扰，协议规定了有效信号与3阶、5阶交调信号之问功率差值分别为30DBR和50DBR。厂、旷、厂。、30DBRF、Y厂、一503JBRI图278021LB信号频谱模板示意图M380211A、1IG、1INHT20频带宽度20MHZ的信号频谱模板如图28所示，这3种协议下的信号带宽均是20MHZ，采用的也都是正交频分复用展频技术OFDM，有效信号与3阶、5阶交调信号之问功率筹值分别为28DBR和40DBR。20D“珈20川9七920强率MZ图288021LG、1LA、LLNHRF20信号频谱模板示意图8021LNIL，R1协议规定的信号频谱模板如图29所示，LIRI、10的信号山川带宽为40MTLZ，采刖的也是证交频分复用展频妓术OI，MM，有效信一03阶、5阶交凋信号之|IIJ功率茏值分别为20DBR和，15DBR。16程硕十学位论文基丁8021LN协议的室内无线接入点的设计IJOW百5PEC仃AL1ENSFLY【JL0DBRTRANSMITSLAEETRUMI嘞20撒KR一45援K7192L60FREQUMCYMHZ图298021INHT40频谱模板示意图112】3矢量误码矢量误码是衡量WLAN发射信号品质的重要指标，任何新设计的产品都需要测试此指标是否合格。图210是矢量误码在星座图上的示意图，信号对应的位置是蓝色圆圈，所在位置的角度为0，误码信号对应的是紫色圆圈，所在位置的角度为巾，这样误码信号与标准信号之间的角度差异以及功率上的绝对值差异就构成了信号的矢量误码大小，测量标准单位以DB或百分比表示。二晨删谚实际信号津物，差参考信号图210矢量误码乃意图协议之舰定矢量误码需求J渊制力式、编码力JI刈J嫩表如L表23所示。表23矢量误码需求与调制、编码方式对应表叫调制方式编码速率欠鼍误码率调制方式编码速率矢量误码率BPSK125DB16一QAM34一19DBQPSKL210DB64QAM2322DBQPSK341DB64一QAM3425DB16一JAML216DB64。QAM5628DB理论技术稃硕十学侮论文4接收灵敏度接收灵敏度是用术衡量WLAN设备接收能力的重要指标，无线电波的传输是“有去无山”的，当接收端的信号能量小于标称的接收灵敏度时，接收端将4I会接收任何数据，也就是说接收灵敏度是接收端能够接收信号的最小门限。接收灵敏度仍然用DBM表示，通常WIFI无线网络设备所标识的接收灵敏度如一82DBM，是指在额定的速率下，误码率BITERRORRATE为LO一599999时的灵敏度水平。80211N协议规定的接收灵敏度与调制方式、编码效率对应表如表24所示。表24接收灵敏度与调制方式及编码效率对照表蜘接收灵敏度接收灵敏度调制方式编码效率20MHZ带宽40MHZ带宽BPSKL282DBM79DBMQPSK1279DBM76DBMQPSK3477DBM74DBM16一QAML274DBM一71DBM16一QAM3470DBM67DBM64OAM2366DBM63DBM64一QAM3465DBM62DBM64QAM5664DBM一61DBML程硕十学位论文基丁8021IN协议的室内无线接入点的敬计3设计方案规划31问题提出随着INTERNET网络和信息高速公路的发展，各国的政府机关、大的集团公司也都在针对自己的特点进行综合靠线，建设智能化大厦、智能小区已成为丌发热点。理想的布线系统支持语音应用、数据传输、影像影视。网络布线施工工程往往需要破墙掘地、穿线架管，施工工序非常麻烦。而WLAN最大的优势就是免去或减少了网络布线的工作量，一般只要安装一个或多个接入点ACCESSPOINT设备，就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。在国内，WLAN的技术和产品在实际应用领域还是比较新的。但是，无线由于其不可替代的优点，将会迅速地应用于需要在移动中连网和在网问漫游的场合，并在不易布线的地方和远距离的数据处理节点提供强大的网络支持。一2007年开始，中国电信在许多城市也丌始使用WLAN企业产品布线，希望能建设出WIFI城市，例如上海、南京以及广州。但目日仃市场上的WLAN产品大多都是8021LBG协议之产品，能够提供的通讯速率也只能达到54MBPS，与目前所使用的能提供1000MBPS或LOGMBPS的光纤来比相差太多，无线接入点覆盖速率无法满足人们的需求。基于这种情况，自2005年就开始准备的8021LN协议应运而生，同时2006年下半年基于80211N协议、300MBPS传输速率的芯片面世，2007年下半年能提供300MBPS传输速率的电信级WLAN无线接入点产品面市，为人们展现了无线局域网的全新优点以及能力。2008年伊始，国内外很多厂家都丌始了结合POE供电技术的WIAN300MBPS传输速率产品的研究，此类产品的研究代表着WLAN网络布网的全新诠释，今后网络的命线必将更精简、方便。本课题【I是化这种犬叫境下引发的，希零能完成“基J8021L13胁议的室内无线接入点的设汁”，尽快丌发出款能满足300MBPS传输迷率、提供POE以太网络供电的电信级无线接入点产品，以满足今后同益增长的无线网络带宽需求。32LLN方案的评估目前市场L提供WLAN方案的厂家主要有关阁的英特尔INTEL、BROADCOM、ATHEROS，中国台湾的锐意REALTEK、雷凌科技RALINK等等。其中LNTEL、BR,ADCOM、ATHEROS都是802ILN协议午案的支持者与编。写参孑者，投入8021LN19设计方案规划榉硕十。学化论文协议苎片研究也比较甲，大都始2006午第4季度，而台湾的J一家针对80211N协议芷片的研究大都始1二2007年第2季度。在众多的1113芯片了I发厂家罩，ATHEROS、BROADCOM、111TEL以及RALINK的规模是比较人的。RALINK基本走的是小功率低成本路线，其芯片采用2X3MIMO技术即产品为2发3收，适用于家用型无线路由器产品的研制；ATHEROS、BROADCOM、INTEL走的路线比较广泛，大都集中在高中档次的产品上，这3家比较，ATHEROS，F发的LLN卷片能力比较强，基本适用在窀内、室外电信级的无线接入点以及无线网桥产品。ATHEROS第一代LLN芯片于2006年下半年丌始而世，称为AR5008系列方案中的AP7L，其后ATHEROS还会丌发AR9001系列，整个系列方案示意图如图31所示。ARS008MPCICARDMB71。MB72一IIL魏，87赢AR5416IMACBB一一III一一IIIIIM|PSPLATFRAMIPCRPB42一LI毛。“L石厩，石焉一一。I。一JJJ。TLPB44IAP71；”、IXP42X400500MHZIFE，E1。R2MPCIAIR9D01MPCFCARD“M，B8嚣1二川I二一MB87，2菱J，。麓；3I一IIII叫I一一II一一拍|PSPLATFROMIPCIAP901I一赢、广丞，一一一一。|I一一，飞AP81LI；，UB81，J。I一IUB82I图31ATHEROS11N芯片系列示意图33设计方案的确立基于80211N电信级室内接入点存实际上的应用需求，一般设备要供电方便，通信带宽大般1个无线接入点要求要能提供20个用户上M所需求的带宽，这，FT数字控制板就要求处理信号的速率够快，CPU的能力要强。臻于述的基本要求，比较日I删J场卜的11N芯”方案，ATHEROS的AP71方案比较适合。20墨堡主兰芝堡苎茎坚堡望塑兰生重堑堡垒皇堕壁生根据LLNINDOORAP的需求，方案采用英特尔的高性能网络处理器芯片IXP425，内核工作时钟可达533睢1Z，支持32位数据、13位地址位的存储器，有丰富的井部接口USB，PCI，UHRL“，GPIO，MII等很方便外部扩展。在供电方面要求有1POE功能，采用了美国国家半导体公司的PD芯片LM5071，输出电压设计为33V，可以提供12W的功率。以太网络接口部分，由于IXP425内部NPE已经集成了LLAC层的功能，并且是无线接入点应用，只需外部加一个单口以太网络物力控制芯片，采用了锐意RELT既公司的RTL8201。射频方案为2发3收的多路输入多路输出技术方案，可提供的传输速率高达300MBPS，在目自口市场上来看宴属超强方案。整体方案示意图如图32所示，红色虚线部分为预留部分，即此方案提供两种供电模式。山止人L讨端RR蚶颁处理存储器摊制界II二二PCI竺型悭型J岬。荡33VE忙JLL一R一L_J25V一48VI，幽2I5汁，J棠1；心H蹬计方案中监芯片的清单如R数字控制板板批分夺I，央处FL。器蜒特尔FXZIF5KL频夺1TNI受FU芯JRPIIILI_岛7甘体LYT,07I岱H“IH1圳公一U、LLJWHLOLLLFRJ竹、16化宽0V220V董霎狮蚕至耀M一一一一一呲广I_FL_设汁方案规划_FLT硕P学何论文内存SDRAM电压转换笛片射频部分基带处理邕片夺射频处理芯片JSS】公司的168MBITSDRAMMP2364，LMLL17AR5416AR2133袢硕十学位论文基丁8021LN协议的室内无线接入点的设计4系统需求及硬件电路的实现本课题设计分为需求规划、硬件电路板设计、软件设计、机壳设计以及整机性能测试5个部分，我主要负责需求规划、硬件电路板设计部分以及整机性能测试部分，评估整机设备性能是否符合目前市场需求。41系统需求规划设备需求包含硬件需求、软件需求、系统性能需求及环境需求4个部分，其中硬件需求又包含数字控制部分和射频参数部分，详述如下1硬件需求硬件需求包括数字板部分与射频参数部分，而数字板需求又包含物理单元、电源功率需求部分，物理单元需求如表41所示，电源功率需求如表42所示，射频参数需求如表43所示。表41设备物理单元需求定义网络接口10，100M以太网接口天线5DBISMA反向接口天线3只电源48VPOEPSE端供电或1LOV220V专48VAC专DC电源供应器尺寸170CM木120CM术8CM重量75094309表42电源需求表工作模式需求描述设备耗L乜需求D、50持续发射LLOOMA输信，功率20DBM80211B持续接收500MA持耍发|寸1200MA曲输信号功率20DBM8021LG持续接收550MA8021LN持续发射1300MA输信号功率20DBMHT20持续接收600MA8021IN持续发射1400MA输出信J功率20DBMTIT40持续接收650MA机350MA系统机，射频不I作系统需求及硬什IU路的实现样硕F。学F论文表4射频参数符；求表标准JTTTH02。】1N2。0R案频率24、2，184GHZ通道数量802IIBG138021LNH7R201380211NIIT409调制方式802JLBCCK，DQPSK，IBISK8021LG64QAM，T6QAM，QISK，BPSK8021INLIT20，HT4064QAM，16QAM，QPSK，BPSK速率80211BLL1MBPS8021LG654MBPS8021LNH1“206514444MBPS8021113IT4013，5300MBPS最大功率射频输出8021LH20DBML一15DBM8021LG20DBML15DBM8021INIIT202011DBMLJ15DBM80211NIIT40201LDBML一15DBM2软件需求软件需求主要分为无线接入点基本功能需求、安全功能需求和服务功能需求，详细需求定义如表44所示。表44设备软件功能需求表AP覆盖手动通道设定基本功能支持多个SSID块FJ限RTSCTSIJ15安全功能支持SSID登陆时川户名和密码管理WL中加密64128FTTKFPAESL，内WPAPSK加密AES的WPA2PSKJJ【L密AIS的WPAPSK7WPA2PSK加密WIAEAPWPA2一IAP|R|勺证【IJJICAIJUS科序，CI。尤线1A地址过滤器群硕十学位论文基丁8021LN协议的室内无线接入点的设计3系统性能需求系统需求主要是根据LLN协议规定的数据速率换算出来的，般情况下，在64QAM调制、OFDM展频技术下，单路射频发射信号时的传输速率为150MBPS，我们采用的方案为2发3收，故设备传输速率能达到300MBPS。在以往的设备经验来看，当传输速率为54MBPS时，采用CHRIOT工具测试设备的吞吐量为20MBPS左右，这是因为54MBPS的速率中要除去信号封包的字头、字尾以及协议MAC确认等部分，理想数据量的传输吞吐量也只有传输速率的一半，即27MBPS，但在测试时采用的TDD模式又会影响到数据的传输，基本能达到的吞吐量也就在20、22MBPS左右。所以LLN模式下的吞吐量在110MBPS、120MBPS之问，但我们方案中的CPU支持的以太网络芯片是LOOMBPS的，所以我们定义整机设备在LLO传输速率300MBPS时的吞吐量需求定在LOOMBPS，具体请见表45所示。表45整机没备吞吐量需求T作模式需求定义吞吐量采用CHRIOT测试工具8021LB11MBPS6OMBPS8021LG54MBPS20MBPS8021111300MBPS100MBPS4环境要求环境要求主要定义了设备工作温度、湿度以及存储的温度、湿度要求，请见表46所示。表46设备虾境婴求T作、温度0。C、50OC储存温度一20OC、80OC工作湿度20、75，无冷凝1竽储湿度IRJT，、900T，无冷；疑系缝需求及硬件电路的蜜现【挂硕十J何论文42硬件电路的设计根据分L，T要负责数字控制主扳的漫计，结合确T的力案，主板的设|包括DOE供电电源的设计、虬A|叫络网卡的设计、PCI转MINIPCI总线的接口设计、存储器的设计和温度控制设计5个部分，结构图如图41所示。每个部分的设计分述圈4I主板设计结构图421POE供电电源的设计根据确立的方案POE供L也采用了荧幽蚓家半导体的LMS071芯片，此芯片的供屯原理与其他厂家芯片一致，其供电检测流程如图42所示。图42POE供咆过程。1基于POE供电的检测过程8023AF标准舰定了PSE与PI之问的检测原LLI|，如表47所不。具体实施时，是将28V10V之问的两个乜压问隔在1V或以上送到嘲络链路然后根据得到的州个不刊的叶王流值F|F1诞锋TAVAT。为了使1PSE识别，1EEEX023“F埘十PD柏侦删过平LL|；】的表脱特钲作农47所列原则。这时M的输入端17IJ县有高达1GV的偏移电胍以容计敝竹的爪降_F|10U的偏移I料硕十学位论文基180211N协议的室内无线接入点的没计电流漏电流。像以太网供电的其它部分一样，以人网线的共模抑制对检测而言并没有什么好处，PSE必须通过累积多个交流周期但不可太多来抑制5060HZ信号，检测必须在500MS内完成。表47IEEE8023AF对于PD侦测特征的规定参数有效的PD侦测特征无效的PD侦测特祉VAI斜率19KQ33KQ输入电容UF10偏移电压V、R淞一御翩N鼢一MK广。蚝黝一髑0P峰湖群P拳；F瞎0煳C97、UL嘻缸净。铆尹奎，I，枷譬袅老蕾鑫H，凇一A腻蛳一S强憎一裟一图44MINIPCI与PCI信号设定MINIPCI卡分为TYPEIA、TYPEIB、TYPEIIA、TYPEIIB、TYPEIIIA、TYPEIIIB6种形式，其接口定义一致，共计124脚位，只是卡的尺寸大小不一样。设计时采用了TYPEIIIA标准，其尺寸为5095MM5975MM，主板上只要提供可以相接的MINIPCI接口即可。424存储器的设计存储器部分主要包含闪存FLASH接口电路和SDRAM接口电路。FLASH存储器是在EPROM和EEPROM的制造基础上产生的一种非易失存储器。该存储器集成度高，制造成本低于DRAM，即具有SRAM读写的灵活行和较快的访问速度又具有ROM在断电之后不丢失信息的特点所以发展迅速。FLASH在系统中通常用于存放程序代码，常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据。本系统中采用ST公司的FLASH存储器M29W640FB，具有16M位2M字节、单一33V供电的闪速存储器。2M字节的数据区被分为32个64K字节的区段，因而具有灵活擦除功能。SDRAM是L衍速的动念随机仔墩存储器，它的L叫步接11和完伞流水线的内部结构使JJ乍J极大的数捌速率。日FJ玎SDRAM时钟频率已达LOOMIIZ以上。另外他们的IJ二、列地址线共用。由行地址选通CAS、列地址选通RAS信号分时控制。SDRAM内部以BANK位组织，可由行、列地址寻址。另外为了保持内部数据还必须进行刷新。与FLASH存储器相比较，SDRAM不具有掉电保持数据的特性，但其存取速度大大高于F】ASH存储器，且具有渎写的属性。因此，SDRAM在系统中主要削作程序的运行空FNJ、数据及堆栈区。当系统，I；动时，CPL；首先从复位地址OXO处I爻取启动代码，在完成系统的初始化后，程序代码一般应调入SDRAM中运行，以提供系统的运29裟一篆一孵系统需求及硬F，|电路的实现行速度。同时，系统及用，、堆栈、运行数捌也告|J存放征SDRAML|。与FLASH存储器相比，SDRAM的控制信号较多，其连接电路也相对复杂。本系统采用两片ISSI公一J的1S42S16800A并联构成32化的SDRAM存储系统，其中一片为高16位，另一片为低16位。两片IS42S16800A的CLK端接的SDCLK端。两片IS42S16800A的CLE端接IXP425BDCLE端。两片】42S16800A的A1IA0接IPX425BD的ADDR、ADDR高16位片的DQL5、DQO接IXP425BD的数据总线的高16位XDATAXDATA；低16位片的DQL5、DQO接IXP425BD的数据总线的低16位XDATAXDATA。425温控电路的设计考虑到所选芯片工作温度都是在O。C到70。C，而整机设备要求工作温度是0到。RUOC，高温部分的工作条件满足，但低温时就比较边界，故采用温控电路，以保证没备在O。C在有时正常工作。温度控制电路示意图如图45，电路上采用美罔固家半导体的温度传感器LM50，LMSO的工作温度为40至FJ125，温度侦测精度高，其输出电压与温度对应情况如图46所示，最终设计温度传感器感受温度5时JR始加热，25。C时停【工作，并且在高温时还可以帮助散热，保证了设备的工作条件。加热器工作加热器芙闭SOC25图45设备温摔电路示意图VS45VTOLOV输山VOUTIOMVC4REMP。C500MVVOUT1750V国J25VOUT750MV国25VOUTLOOMV40图46L。M5F鞴II电压J黼，堑誊J够寸JLI科硕十学位论文基802ILN协议的室内无线接入点的设计426射频电路的设计射频电路部分采用基于ATHEROS公司的ARS008系列套片AR5416和AR2133，外加ANADIGICS的PAAWL6153和SIRENZA的LNASGA一8343的设计方案。设计方案如图47所示。40MHZ一三从54兰马L臣乎田I坐ISWILCHER臣三臣巫L、胍54等臣习HR弋_1呈广I坠L卜LCOUPLER。AR5416AR2133SWITCHER一臣互正巫LTOAR5416R习比旦JL1呈广1一区一RI面I卜_一SWITCHCRLEEPROM臣BPF臣忑IONA厂一一33V18V图47射频电路设计图具体方案及电路分析如下发射链路AR2133输出功率在8021LB、8021LG、80211N模式下经过带通滤波器BPF、功率放大器PA、耦合器COUPLER和射频开关SWITCHER后到达天线口可以满足最大功率20DBM的设计要求。同时，在33V供电，最大功率输出时，最大电流不超过1400MA。根据PA的EVM指标，预计可以达到8021LB模式R卜EVM9DB35，54MBPS802119模J七。I、EVM一25DB56，MCSL580211N模式卜EVM一28DB39的I殳计要求。接收链路根据所选器件的噪声系数及增益，预计可以满足大线【J接收灵敏度在L1MBPS80211B模式下低于一88DBM，54MBPS80211G模式卜低于一68DBM，MCSL5HT20模式下低于68DBM，MC515HI40模式下低于65DBM的设计要求。3L系统需求及埂什LU路的实现43硬件电路的实现431使用软体工具介绍EDA软件全称是ELECTRONICDESIGNAUTOMATION，即电子系统设计自动化。EDA软件是一种专门为ICINTEGRATEDCIRCUIT，集成电路没计企业提供IC设计方案的专业软件。根据不同IC设汁模式，EDA软件可分为综合软件、模拟软件和验证软件。全球EDA软件供应商主要存荚旧，以CADENCE和MENTOR所占市场分额最大。其提供的新一代集成设计技术和方法的半台，使用户能够进行毫微米级的电子设计。A1EGRO是CADENCE推出的高端原理图设计及PCB设计靠线工具，是全球高端PCB布线系统领域中的先驱。主要包括ALLEGROAMSSIMULATOR、A11EGRODESIGNENTRYCIS、A1LEGRODESIGNENTRYHDL等。DESIGNENTRYCIS作为原理图制作和分析模块之一，ORCAD是该模块核心，为大多数电路设计员喜爱。PADS系列产品是MENTOR推出的领先的基于WINDOWS的复杂PCB设计解决方案工具，是目前国内外流行的御线一【具软件A432硬件电路原理图与布线图的实现硬件电路的实现分为原理图幂AAI线图两部分，电路图采用ORCAD制作，电路图情况分别如F1POE原理图电路图见附件APOE电路图部分采用荚幽嘲家半导体的LM5071，电路图中Z2使用齐纳J二极管，能保护后续电路，抑制浪涌电爪的J髟成，与其搭配的自CR这个旁路电容，有滤波功能。LM5071芭片呵以卣接从F乜源线上接根线直接到PVCC，中11LJ经过一格220K的电阻，这样的电路接法比较简单，冈为在I,M571内部，首先与PVCC连接的是个齐纳一一极管，它会负贵稳定压降，确保新片LR常工作，但是这样的电路其工作电流比较小，只自02个毫安左右。PSE供电部分采用了IJRL和BR2蹦个二极管桥堆，保IJL一48V电源同时L_丁以使用。电II；供J遁器部分作为备用接IL，连接了一。颗保险丝，提供了过流保护。POE部分存设备11I仝关IR嵯，1L,2TT。对POE部分先做了RO绒自I线，米确认足禽I叮以I_FI常JF1，PCB自J线绷15付L，卜I。1I科硕十学位论文基丁8021LN协议的室内无线接入点的设计2PCI转MINIPCI、存储器接口电路以及以太网络电路此部分大都是总线定义比较多，故不再详述，电路部分见附件C、附件D。PCI转MINIPCI、以太网路电路请见附件C，存储器电路请见附件D。3温控部分电路电路见附件E由LM50CPIN一2输出一个反映当前温度的电压信号至AMPLIFIERPIN3。APARTI部分电路为VI转换电路，可实现电压放大。VPINL4VPIN一3VPIN一2VPIN一3得出VPIN一1VPIN一2R152R168R16841VPINL4VPIN一3BPART2部分为迟滞比较器电路，可实现防止因输入产生微小变化而造成输出频繁跳变现象。VPIN一5点电压值计算可以由基尔霍夫定理求得，即利用流经V1节点的电流和值I为0，可得出下列计算式OVPIN一5R160VPIN一7一VPIN一5R14784VPIN一5R1480式中VPIN一5为未知量，计算当VPIN7为0值与VPIN7为744V值时，求解一元一次方程可得VPIN一5值。此处HEATER的关闭与开兽温度阀值可以自行设定，AVPIN一5VPIN一5HVPIN一5L为阀值。通过VPIN一5H及VPIN一5L的值及任意两个电阻值，可求出相应另一个电阻匹配值。阀值电压VPIN510MVTEMP500MV糊CPART3部分电路为电压比较器LM2902接VCC与；ND，因此PIN一14输出有两种状态VCC或者0VPIN一1284R167R166R167VRIT江“MV术7FEMP。C500MV若设定COLDSTART温度为T，可令VPIN12VREF10MV木T500MV，可计算出相应的电阻匹配值。4射频电路电路模块见附录F射频模块采用了MINIPCITYPEITIA的结构，其通过MINIPCI接口与主板相连接。射频电路部分分为；P【0和EEPROM、PCI地址线以及功率放大D删薪3部分。；PIO和EEPRJM主要是AR5416处理信号部分，电路I到如图48所示；PCI地址系统需求及硬什L岜路的实现氍硕。乎何论文线主要是AR5D16与CPU通过MINIPCI接LJ连线部分；功率放大FJI端主要是放大射频信号、控制信号人小以及接收信号控制部分，FU路图如图49、图41所下。魁伯K图48GPIO、EEPROM电路图AR5416的GPIO口主要用剑5个，即；P100一GPL04。GPL00、GPL01、；P02和GPL04用来连接LED显示射频信号传输过程是否币常；GPL03连接EEPROM的WC引脚低电平有效，用来启动EEPROM，当启用EEPROM后，AR5416和EEPROM将通过EEPROMSCK和EEPROMSDA进行数据的交换传输。AR5416PCI数据线ADOAD31分别与MINIPCI接口的ADOAD31连接，射频模块的启动与停上分别由PCIRSTL与PCISTOPL连接到CPU进行控制。整个射频模块射频信号的产生是由AR2133丌始的，但从AR2133输小的功率比较小，一般在一5DBM夕。右，所以后段增加了功率放大器U4，将信号放人到23DBM左右，此信号再经过后续传输损耗到达天线端口基本可以达至020DBM。图49为射频放大6，J端电路降L，图中4PINCOUPI。ER为20DB的祸合器，事要用二R发射信号的检测，其检测原理为耦合信号经过枪波一极管DL的转换，变为300MY至13V的电、F信号通过IIET0传给AR5416处上毽，AR5416根据吲传电_、人小确定发射功率是7I符合设定需求。放大FJ，J端发射接收切换控制电路如图410所示，射频切换器采用的是NEC的UPG2179单刀双掷JL关，其L作频率为2425GHZ，插入损耗055DB。UPG2179盼切换控制信号AR5416通过COMA和COMB给H。当COMA为高FU平、COMB为低电平时，PINL和PIN5卡|F连通，为接收信一当COMA为低U1、F、COMB为商电、刖寸，PIN3和PIN5十连通，为发射F青0。14I群硕十学位论文基丁8021LN协议的室内无线接入点的设计图49放大前端功率放大及功率控制电路4,6，7COMA卜1ZR饼5R36工蹄1W。IR25MBPST4点吞吐量OMBPS，即能连通即町。比较自行设计，虹品与市场上同类产品性能是否致，要求自行设计产品的性能要优图57穿墙测试环境1图58穿墙测试环境24测试结果经过测试，【，4行设计产品测试结果如表55所示，4个测试点所得数据均通过，DI。INK产占F。测试情况如表56所示，4个点部小如自IJ二设计I5芝备性能女F，并且T4点信号彳I足，尢法测试。表55IT行设汁设备测试数掘洳式地点芽过墙ML。数|I墙F1类J耻与E；AP问的距离J工仃唧FORLINTHLOUGHPUTLLOLF_号强唆T1J0墙L、LLLNN086IL4T214墙LJ、ILLN1216651BP，、TJI撕眦旋F6IFLLN299B圳BP、T41钢娩必IRJ2、ILLN46MP、Z一利顾十学竹论文纂J8021IN协议的宝山七线接入点的改计表561ILNKDL615蹬蔷测试数据测试地点穿过墙佩的荆墙体娄叫；无线P问惝悄时K工FM直ORLLHROUGHPUTI盼钟6L号强旺TI3】镕L删ILN2I436I,160S2N2幡1川L|N172767,1BPS2BI钢筋濉凝L6MLLN28盯92BPS4H2钢筋涅凝12MI】、HD镕0MU蛳幢“F552实际架设使用测试1测试仪器设备夺自行设计设备5台夺笔记本电脑1台网线若干2测试条件此测试环境为某大楼第3搂甚，如圈59所示，测试范围楼层2、3，4所在的虚线内区域。3订定标准此次试验测试旨在验证无线接入点敬备覆盖能力，所定义测试点R要能测试到信号并能上网即可。川59某大楼楼坯架耻尤线接入点示意刘D测试结粜引对实验世汁测试点测试数|FF【|表J7所1I，根据数州柬看，只有在测试点6口HHU引阿目吲H印蒸一一“呲RK系统测试样颐十学停论文的位置测试信号强度最差，其余血信号强度都报好一脞认为信号强度70DBM就代表信号覆箍很好。测试点4和“处的信弓强度参考如幽510、5表57测试信号强度数据测试点信号强度DBM测试点信号强度DBM1一35105325011553451258435136255014656一75153575016R308一501730945图510测试点1信号强度倒51】测试点6信号强度稃硕十学位论文基丁8021LN协议的室内无线接入点的设计6结论基于8021LN协议设计的室内无线接入点带有POE供电模式，大大减少了连入墙上电源插座的设备数量，方便了在没有电源插座的地方安装设备，使综合布线工程得到简化，甚至派生出许多新的应用方式。它的另一大好处，可以给企业省钱。专家指出支持以太网供电的网络可节省至少50的总成本。在大规模部署WLAN和IP电话的现代办公环境中，应用POE系统的性价比更加突出。本次设计的无线接入点系统，供电设备PSE采用中跨连接方式，支持LOLOOMPBS以太网络，不需改动LAN交换设备就可以提供电源。PD端设备使用的美国国家半导体的LM5071芯片，能简化受点设备的设计，易于定制成满足多种电源电压和负载电流的要求，使低频噪声最小化。POE供电的发展有赖于WIFI和IP电话的普及，自身也存在供电功率限制和一些在应用中亟需解决的实际问题配线间的散热和电气环境就需要重新设译童目前8023AT标准已面世，将允许向VOIP电话、WLAN接入点和网络安全摄像机等设备提供至少30W电力。本课题的无线接入点的设计另一大优势就是采用了8021113协议，将原歹阮线局域网络接入点所能提供的带宽从原来的54MBPS或108MBPS提高到了300MBPS，可以说是一大飞跃。其实80211N协议所定义的无线传输带宽可以达到720MBPS；基本上可以和光纤的传输带宽、速率媲美，但由于目日订芯片的制造能力，还无法满足720MBPS传输速率的制程，相信在不久的将来，我们就能用上720MBPS传输带宽的无线网络，让WIFI所担当的“最后一旱”布线技术更加成熟，为人类的联通网络提供更强大的技术支持145致谢科颁J论文致谢本研究及学位论文是在我的导师皮德富教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，皮教授鄙始终给予我细心的指导和不懈的支持。我还要感谢我的母校，感谢乔晓华老师，多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我丌拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。他一丝1I筒的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，使我受益无穷。感谢我的公司主管张益LLJ副总，给了我很大的帮助和支持。教会了我设计、实验技术以及如何完成学业等等，我们多次交流、探讨，一些创新的想法和实验的步骤就是得益于此。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从，1始进入课题到论文的顺利完成，很多可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这罩请接受我诚挚的谢意I科硕学位论文基J8021IN协议的室内无线接入点的没计参考文献1天极数据调卉中心IT行情一中国IT市场应川调查研究报告2006M第1版北京消华人学出版社，20062IEEESTANDARD8023AFTM一2003S，”AMENDMENTDATATERMINALEQUIPMENTDTEPOWERVIAMEDIADEPENDENTINTERFACEMDI”THEINSTITUTEOFELECTRICALANDELECTRONICSENGINEERS，INC3MICHAELAGALLO，WILLIAMMHANCOCK千玉峰，邹仕洪，黄尔晖，范锐，译计算机通信和网络技术M第1版北京人比邮电出版社，20034DAVIDMPOZAR张肇仪，周乐柱，炅德明，等译微波1程M第3版北京电子JI业出版社，20065郑同伯8021I完全剖析无线网路技术M第1版台