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短距离无线扩频通信系统中协议的设计及FPGA实现

作　者: 冯伟
导　师: 邹采荣
学　校: 东南大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: IEEE802.11 MAC层 点对多点协议 CSMA/CA 直接序列扩频DSSS 现场可编程门阵列FPGA
分类号: TN914.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 265次
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内容摘要


短距离无线通信技术为100米范围内传输数据提供解决方案。无线频率资源的日渐珍贵,为短距离无线通信技术的应用提供了广阔的市场前景。在短距离无线通信技术应用中,协议是组网的关键技术,协议的功能、效率对整个网络系统的性能起主要影响。本文对短距离无线扩频系统的点对多点协议做了详细的讨论。我们基于IEEE802.11标准协议,针对我们所设计的短距离无线通信芯片的点对多点目标网络的主要功能,简化了协议,提高了协议的性能和效率。一方面,在物理层定义了直接序列扩频DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)的RF(Radio Frequency)传输标准,采用63位的golden码序列,使扩频增益大,抗干扰性能优;另一方面,在MAC(Medium Access Control)层定义了一组基于发送请求RTS/清除请求CTS/应答允许ACK的载波监听多路访问/冲突防止CSMA/CA通信机制,保证了收发站点之间无线数据传输的正确性和可靠性。本协议采用硬件描述语言Verilog来描述,用Synplify pro做综合,Modelsim做仿真,ISE做布局布线,最后下载到现场可编程门阵列FPGA实现。整个设计过程自动化程度高,开发周期短,设计得到了很好的收效。经过功能仿真和时序仿真,本协议能够正确的协调各个站点之间以及芯片内部基带处理的各个模块之间的工作。经过若干次的实地测试,基本保证了在室内100米左右,安全、可靠的完成多点之间的无线数据传输,正确率达到98%以上。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-13
  §1 课题的研究背景  9-11
    1.1 IEEE802.11  9
    1.2 蓝牙  9-10
    1.3 IrDA  10
    1.4 各种短距离无线通信技术的比较  10-11
      1.4.1 体系结构  10-11
      1.4.2 网络拓朴结构  11
      1.4.4 安全性  11
  §2 课题的主要内容  11-12
  §3 本文的结构安排  12-13
第二章 无线局域网  13-23
  §1 什么是IEEE802.11  13-16
    1.1 参考体系结构  14-15
    1.2 分层协议体系结构  15
    1.3 无线局域网的特点  15-16
  §2 物理层的分析  16-18
    2.1 物理层结构  16
    2.2 物理层操作  16-17
    2.3 物理层的帧格式  17-18
  §3 MAC层的分析  18-23
    3.1 MAC层体系结构  18
    3.2 分布式协调功能  18-21
    3.3 帧格式  21-23
      3.3.1 通用帧格式  21-22
      3.3.2 帧格式类型  22-23
第三章 短距离无线扩频通信系统  23-36
  §1 短距离无线通信的关键技术  23-28
    1.1 无线扩频芯片总体介绍  23-24
    1.2 无线扩频芯片的关键技术  24-28
      1.2.1 扩频技术  24-27
      1.2.2 信道编码和交织  27-28
      1.2.3 同步技术  28
  §2 点对多点协议  28-36
    2.1 短距离无线扩频芯片的状态流程  29-34
      2.1.1 配置  29-31
      2.1.2 空闲状态  31
      2.1.3 发送状态  31
      2.1.4 接收状态  31-34
    2.2 帧格式  34-36
      2.2.1 MAC层的帧格式  34
      2.2.2 MAC层帧格式类型  34-35
      2.2.3 物理层的帧格式  35-36
第四章 点对多点协议的实现及仿真  36-55
  §1 FPGA 的基本结构与原理  36-38
    1.1 查找表的原理和结构  36
    1.2 基于查找表的FPGA结构  36-37
    1.3 查找表结构的FPGA的逻辑实现原理  37
    1.4 FPGA的基本结构  37-38
  §2 FPGA 的设计流程  38-40
    2.1 设计步骤  38-40
    2.2 设计工具  40
  §3 协议实现的总体考虑  40-41
    3.1 协议设计的主要因素  40-41
    3.2 本系统点对多点协议的主要部分  41
  §4.协议主要模块的verilog实现及仿真  41-54
    4.1 帧类型判断和处理  41-43
    4.2 数据接口的同步设计  43-47
    4.3 循环冗余校验CRC  47
    4.4 配置射频MAX2820 寄存器  47-50
    4.5 有限状态机  50-52
    4.6 数据帧头的检测  52-54
  §5.总结  54-55
第五章 无线扩频芯片的仿真及调试  55-70
  §1 顶层模块的设计  55-63
    1.1 约束  55-59
    1.2 综合  59-60
    1.3 实现  60-61
    1.4 STA分析  61-63
    1.5 系统发送和接收流程仿真  63
  §2 配置和下载  63-67
    2.1 FPGA的配置模式  64
    2.2 IMPACT的配置模式  64
    2.3 JTAG  64-66
    2.4 IMPACT中下载的步骤  66-67
  §3 在板调试  67
  §4 无线扩频芯片的应用  67-70
结束语  70-71
  §1 论文工作的总结  70
  §2 论文之后工作的展望  70-71
致 谢  71-72
参考文献  72-73

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信系统（传输系统） > 跳频与扩展频谱通信系统 > 扩频通信
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