802.11b協(xié)議的直接序列擴頻的DSP實現(xiàn)

關(guān)鍵詞：802.11b； 直接序列擴頻：DSP

1 引言

近年來，計算機無線網(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的各個領(lǐng)域．并在許多方面改變了人們原有的生活方式和生活觀念。IEEE早在1999年就推出802.11b標(biāo)準(zhǔn)，目前主流的無線網(wǎng)卡均能夠支持802.11b標(biāo)準(zhǔn)。

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(tǒng)比FHSS系統(tǒng)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，需要用線性功率放大器。故適用于高性能系統(tǒng)。

2 802.1lb協(xié)議中的直接序列擴頻

80211b的DSSS系統(tǒng)在1Mb／s和2Mb／s時采用長度為11的Barker碼擴頻，1Mb／s采用DBPSK調(diào)制，2Mb／s采用DQPSK調(diào)制。5.5Mb／s和11Mb／s則采用了CCK調(diào)制，CCK調(diào)制即C0mplelTIentary Code Keying(補碼鍵控)調(diào)制。

對于一對由二個元素組成的等長度序列，如果它們對于任何給定的分割，一個序列中相同的元素對和另外一個序列中不同的元素對的數(shù)量相等，那么這二個序列就是補碼序列。補碼序列有很強的位置對稱性，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(shù)的復(fù)數(shù)，那么構(gòu)成的補碼序列就是多相補碼序列。IEEE802.11b中的CCK調(diào)制采用的就是多相補碼序列，其定義的碼組就是一個包含4種相位0、π／2、π、-π／2的復(fù)數(shù)碼組。也就是說它的元素是{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。以一個互補對作為核(kernel)，其他互補序列都是由這個核推演出來的。長度為N的二個不同的互補碼之間的最小距離為N／2(N=8)個符號。如果N／2個符號最小相位旋轉(zhuǎn)是2π／M，其中M是可能的相位的數(shù)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(guī)定的CCK調(diào)制中所使用的補碼序列的產(chǎn)生公式：

根據(jù)這個公式得到的一個長度為8的序列就是用來調(diào)制載波進行擴頻的補碼序列。

圖1是對這4種調(diào)制方式的總結(jié)和比較[4]。

3 基于DSP的擴頻功能的實現(xiàn)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用指令集DSP來實現(xiàn)基帶的處理，其運算速度可以達到160MI／s,能進行矢量的乘累加。調(diào)試開發(fā)的環(huán)境便是基于這種DSP的實驗板，采用DSP+單片機的結(jié)構(gòu)。單片機是Atmel公司的。megal28型機，用來管理系統(tǒng)級事務(wù)，包括DSP代碼加載、參數(shù)傳遞、上位PC的RS232通信、鍵盤和顯示界面的管理。DSP專司基帶信號的處理。此外，通過泰克公司的TLA721型邏輯分析儀(加載了TLA7PG2碼型發(fā)生器模塊)來直接向DSP提供信號和接收處理完的信號。

3.2具體過程的實現(xiàn)

按照802.11b協(xié)議中對Long PLCP PPDU格式幀結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)的發(fā)送速率由signal決定。

通過邏輯分析儀向DSP發(fā)送MPDU數(shù)據(jù)包，經(jīng)過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，將一開始發(fā)送的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地還原出來。

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

如果直接按照協(xié)議來做，對于lMb／s，2Mb／s速率時的擴頻，是直接乘以一組11個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(yīng)該把．barkei序列直接存放在DSP的Flash中，然后將要發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)過DBPSK或者DOPSK編碼之后再和barker序列相乘，來完成信號的擴頻。

在實現(xiàn)802.11b協(xié)議功能的時候，筆者針對這種DSP在程序上作了改進。因為它是一塊fractional類型的定點DSP，小數(shù)點在符號位的后面，所以在存儲barker序列的時候,將+1改為+0.5即0x00004000(高16位代表虛部，低16位代表實部，下同)，將-1改為-0．5，即Ox0000C000進行存儲。這樣，仍然保留了barker-序列的擴頻特性,又不用不斷地進行移位定標(biāo)和截尾操作以防止溢出。

圖2

3.4 CCK調(diào)制表的壓縮

對于5．5Mb／s和11Mb／s采用的CCK調(diào)制，不是直接通過和barker序列相乘來實現(xiàn)擴頻，而是在CCK調(diào)制的過程中完成擴頻。5.5Mb／s時，1個symbol發(fā)送4個bit，前2位bit(d0，d1)是DQPSK調(diào)制，后2位bit(d2,d3)是CCK調(diào)制，那么2位bit對應(yīng)的CCK調(diào)制結(jié)果就有4組碼字：11Mb／s時,1個symbol發(fā)送8個bit，前2位bit(d0,d1)是DCQPSK調(diào)制，后6位bit(d2,d3,d4,d5,d6,d7)是CCK調(diào)制，那么6位bit對應(yīng)的CCK調(diào)制結(jié)果就有64種碼字。每一組碼字有8個chip，而每個chip占用一個單元的：Flash空間．那么5．5Mb／s和11Mb／s時CCK調(diào)制表就將占用(64+4)8=544個單元的：Flash空間，對于緊張的DSP片內(nèi)Flash來說無疑顯得很大。

本設(shè)計采用了一種比較巧妙的辦法來解決空間問題：最后CCK調(diào)制表中的每組chip無非都是由+1，-1，+j，-j組成的，對應(yīng)Flash中的存儲形式為Ox00004000，Ox0000C000，Ox40000000．OxC0000000。先將這4組數(shù)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bit：00，01，10，1l。以1lMbps的CCK調(diào)制為例，{d2,d3,d4,d5,d6,d7}對應(yīng)64個數(shù)，比如要發(fā)送{0，l，1，0，1，0}，對應(yīng)的CCK調(diào)制結(jié)果為{j，1，-j，1，-j，-l，-j，1}，共8個數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)需要2個bit來進行相對尋址。這一組共需要16個bit，只需要Flash的一個單元的實部就可以存下。{0，1，1，0，1，0}即為十進制的22，那么，可以先設(shè)定一個地址基準(zhǔn)，然后把對應(yīng)的16個bit存放在偏移量為22的那個Flash單元中，在調(diào)制時，只需把需要發(fā)送的數(shù)作為相對尋址的偏移量．找到對應(yīng)的Flash單元里的16個bit，然后再解壓縮出對應(yīng)的那組CCK碼字，就可以完成CCK的調(diào)制了。這樣，就用64個Flash單元而不是512個Flash單元完成了CCK調(diào)制表的存儲。

采用了這些簡化、優(yōu)化措施及編程技巧，占用了更少的Flash空間，實現(xiàn)了更高的精度和穩(wěn)定性。當(dāng)然，本設(shè)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)量就可進一步提高。