802.11b協(xié)議的直接序列擴頻的DSP實(shí)現
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1 引言
近年來(lái)，計算機無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的逐漸成熟和飛速發(fā)展使之迅速地滲透和普及到社會(huì )的各個(gè)領(lǐng)域．并在許多方面改變了人們原有的生活方式和生活觀(guān)念。IEEE早在1999年就推出802.11b標準，目前主流的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡均能夠支持802.11b標準。
IEEE802.11b協(xié)議[11(Higher―Speed Physical Layer Extension in the 2.4 GHz Band)是對802.11協(xié)議的修改和補充，其物理層部分在原來(lái)的1Mb／s和2Mb／s傳輸速率之外，增加了5.5Mb／s和11Mb／s的高速率DSSS的方案。研究表明，DSSS系統比FHSS系統具有更好的誤碼性能和傳輸距離．但因QPSK不具有恒包絡(luò )特性，需要用線(xiàn)性功率放大器。故適用于高性能系統。
2 802.1lb協(xié)議中的直接序列擴頻
80211b的DSSS系統在1Mb／s和2Mb／s時(shí)采用長(cháng)度為11的Barker碼擴頻，1Mb／s采用DBPSK調制，2Mb／s采用DQPSK調制。5.5Mb／s和11Mb／s則采用了CCK調制，CCK調制即C0mplelTIentary Code Keying(補碼鍵控)調制。
對于一對由二個(gè)元素組成的等長(cháng)度序列，如果它們對于任何給定的分割，一個(gè)序列中相同的元素對和另外一個(gè)序列中不同的元素對的數量相等，那么這二個(gè)序列就是補碼序列。補碼序列有很強的位置對稱(chēng)性，自相關(guān)性強，互相關(guān)性很弱，非常適于作為擴頻通信中的偽隨機序列碼。如果補碼序列的元素具有相位參數的復數，那么構成的補碼序列就是多相補碼序列。IEEE802.11b中的CCK調制采用的就是多相補碼序列，其定義的碼組就是一個(gè)包含4種相位0、π／2、π、-π／2的復數碼組。也就是說(shuō)它的元素是{1，-1，j，-j}其中之一。
IEEE802.11b所采用的CCK碼字最早是由Richard van Nee[2]定義的。以一個(gè)互補對作為核(kernel)，其他互補序列都是由這個(gè)核推演出來(lái)的。長(cháng)度為N的二個(gè)不同的互補碼之間的最小距離為N／2(N=8)個(gè)符號。如果N／2個(gè)符號最小相位旋轉是2π／M，其中M是可能的相位的數量。那么最小歐式距離為
CCK碼字在多徑信道下的距離也是比較大的，這說(shuō)明它是一種適合用于多徑信道的分組碼[3]。
下面列出的公式是802．11b協(xié)議所規定的CCK調制中所使用的補碼序列的產(chǎn)生公式：
根據這個(gè)公式得到的一個(gè)長(cháng)度為8的序列就是用來(lái)調制載波進(jìn)行擴頻的補碼序列。
圖1是對這4種調制方式的總結和比較[4]。
3 基于DSP的擴頻功能的實(shí)現及優(yōu)化
3.1測試環(huán)境的搭建
筆者采用上海正諾電子的專(zhuān)用指令集DSP來(lái)實(shí)現基帶的處理，其運算速度可以達到160MI／s,能進(jìn)行矢量的乘累加。調試開(kāi)發(fā)的環(huán)境便是基于這種DSP的實(shí)驗板，采用DSP+單片機的結構。單片機是Atmel公司的。megal28型機，用來(lái)管理系統級事務(wù)，包括DSP代碼加載、參數傳遞、上位PC的RS232通信、鍵盤(pán)和顯示界面的管理。DSP專(zhuān)司基帶信號的處理。此外，通過(guò)泰克公司的TLA721型邏輯分析儀(加載了TLA7PG2碼型發(fā)生器模塊)來(lái)直接向DSP提供信號和接收處理完的信號。
3.2具體過(guò)程的實(shí)現
按照802.11b協(xié)議中對Long PLCP PPDU格式幀結構的定義，preamble中包含128bit的同步碼，preamble和header都以1Mb／s的速率發(fā)送。Payload數據的發(fā)送速率由signal決定。
通過(guò)邏輯分析儀向DSP發(fā)送MPDU數據包，經(jīng)過(guò)I)SP處理后變成PPDU發(fā)送．發(fā)送的PPDU由邏輯分析儀接收并傳給DSP。最后，DSP能夠正確完成接收功能，將一開(kāi)始發(fā)送的數據準確地還原出來(lái)。
發(fā)送和接收的具體程序流程如圖2所示。
3.3Barker序列針對該DSP的改進(jìn)
如果直接按照協(xié)議來(lái)做，對于lMb／s，2Mb／s速率時(shí)的擴頻，是直接乘以一組11個(gè)chip的barker序列，即+1，一1，+1，+1，一1，+1，+l，+1，一1，一l，一1，那么，就應該把．barkei序列直接存放在DSP的Flash中，然后將要發(fā)送的數據經(jīng)過(guò)DBPSK或者DOPSK編碼之后再和barker序列相乘，來(lái)完成信號的擴頻。
在實(shí)現802.11b協(xié)議功能的時(shí)候，筆者針對這種DSP在程序上作了改進(jìn)。因為它是一塊fractional類(lèi)型的定點(diǎn)DSP，小數點(diǎn)在符號位的后面，所以在存儲barker序列的時(shí)候,將+1改為+0.5即0x00004000(高16位代表虛部，低16位代表實(shí)部，下同)，將-1改為-0．5，即Ox0000C000進(jìn)行存儲。這樣，仍然保留了barker-序列的擴頻特性,又不用不斷地進(jìn)行移位定標和截尾操作以防止溢出。
圖2
3.4 CCK調制表的壓縮
對于5．5Mb／s和11Mb／s采用的CCK調制，不是直接通過(guò)和barker序列相乘來(lái)實(shí)現擴頻，而是在CCK調制的過(guò)程中完成擴頻。5.5Mb／s時(shí)，1個(gè)symbol發(fā)送4個(gè)bit，前2位bit(d0，d1)是DQPSK調制，后2位bit(d2,d3)是CCK調制，那么2位bit對應的CCK調制結果就有4組碼字：11Mb／s時(shí),1個(gè)symbol發(fā)送8個(gè)bit，前2位bit(d0,d1)是DCQPSK調制，后6位bit(d2,d3,d4,d5,d6,d7)是CCK調制，那么6位bit對應的CCK調制結果就有64種碼字。每一組碼字有8個(gè)chip，而每個(gè)chip占用一個(gè)單元的：Flash空間．那么5．5Mb／s和11Mb／s時(shí)CCK調制表就將占用(64+4)8=544個(gè)單元的：Flash空間，對于緊張的DSP片內Flash來(lái)說(shuō)無(wú)疑顯得很大。
本設計采用了一種比較巧妙的辦法來(lái)解決空間問(wèn)題：最后CCK調制表中的每組chip無(wú)非都是由+1，-1，+j，-j組成的，對應Flash中的存儲形式為Ox00004000，Ox0000C000，Ox40000000．OxC0000000。先將這4組數依次存在Flash中，尋址方式采用相對尋址，那么地址偏移量只需要2個(gè)bit：00，01，10，1l。以1lMbps的CCK調制為例，{d2,d3,d4,d5,d6,d7}對應64個(gè)數，比如要發(fā)送{0，l，1，0，1，0}，對應的CCK調制結果為{j，1，-j，1，-j，-l，-j，1}，共8個(gè)數據，每個(gè)數據需要2個(gè)bit來(lái)進(jìn)行相對尋址。這一組共需要16個(gè)bit，只需要Flash的一個(gè)單元的實(shí)部就可以存下。{0，1，1，0，1，0}即為十進(jìn)制的22，那么，可以先設定一個(gè)地址基準，然后把對應的16個(gè)bit存放在偏移量為22的那個(gè)Flash單元中，在調制時(shí)，只需把需要發(fā)送的數作為相對尋址的偏移量．找到對應的Flash單元里的16個(gè)bit，然后再解壓縮出對應的那組CCK碼字，就可以完成CCK的調制了。這樣，就用64個(gè)Flash單元而不是512個(gè)Flash單元完成了CCK調制表的存儲。
采用了這些簡(jiǎn)化、優(yōu)化措施及編程技巧，占用了更少的Flash空間，實(shí)現了更高的精度和穩定性。當然，本設計僅僅完成了802.11b最基本的發(fā)送和接收功能，可以再加入信道均衡和信道編碼等功能，通信質(zhì)量就可進(jìn)一步提高。
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