NI LabVIEW Communications 802.11应用架构（倪妮）

NI LabVIEW Communications 802.11应用架构（倪妮）

802.11应用架构根据IEEE 802.11无线标准，提供了立即可用、方便修改的实时正交频分复用(OFDM)物理层(PHY)和底层媒体访问控制层(MAC)参考设计。 802.11应用架构包含于LabVIEW CommunicaTIons系统设计套件(简称 LabVIEW CommunicaTIons)中。

这个架构提供了良好的开发起点，帮助研究人员探索全新的算法和架构来支持大幅增长的端点数量、发明新波形来调制/解调信号或寻找全新的多天线架构来充分运用无线媒介的自由度，进而找到改良802.11标准的方式。

802.11应用架构包含了使用LabVIEW CommunicaTIons开发的PHY块和MAC块。 该框架搭载了强大的Xilinx Kintex-7 FPGA平台与Intel x64通用处理器，这两者皆可紧密集成NI软件无线电(SDR)硬件的RF和模拟前端装置。

我们完全重新设计了这个框架，使用户可以轻松对其进行修改，同时遵循802.11标准的主要规范。 这种设计可让无线研究人员根据802.11标准快速搭建实时原型开发实验室并开始运行。 他们还可以专心改良特定的系统项目、轻松修改设计以及将其创新与现有标准进行比较。

1. 范围和标准遵循802.11应用架构提供了单个站点的功能，包含接收(RX)与发射(TX)功能，并使用OFDM作为核心数字调制机制。 OFDM适用于复杂度低的多功能PHY实现，并且可减缓宽频无线信道的离散效应。 OFDM采用快速傅立叶变换(FFT)和快速傅立叶逆变换(IFFT)来实现发射机与接收机的频域PHY处理。 通过在频域上处理数据，OFDM可有效地让PHY通过通信频谱的平行窄频区段来传输数据。 由于减缓信道离散只需要针对每个区段进行一次数学运算，所以通过窄频区段来执行数据传输是相当理想的做法。

以下各部分介绍了所提供的PHY与底层MAC功能以及所遵循的802.11标准。

1.1PHY层802.11应用架构提供了下列PHY发射机功能：

加密

卷积编码和位交织

导频序列生成

BPSK/QAM星座映射器

信号字段生成

通过IFFT生成OFDM码元

循环前缀(CP)插入

前导码字段补充

为接收机端提供了特定函数对应的补充功能：

数据包检测

时间和频率同步

自动增益控制

信号字段检测

循环前缀去除

通过FFT解调OFDM码元

信道估算和迫零均衡

BPSK/QAM解调

基于维特比译码器的卷积译码（包括分选）

解密

802.11应用架构可支持IEEE标准所规定的不同OFDM配置。 版本1.0可支持20 MHz a/g和20 MHz n/ac这两种副载波格式，具体特性如下：

系统带宽: 20 MHz

副载波频宽： 每个副载波(窄频区段)占用312.5 kHz

副载波分配

. 20 MHz a/g： 分配53个连续副载波(载波频率的中央(第27个)副载波). 20 MHz n/ac： 分配57个连续副载波(载波频率的中央(第29)副载波)

零位中央副载波： 中央副载波通过归零可避免本地振荡器出现基带馈通。

导频副载波可允许接收机补偿残留的频率同步失配和相位漂移：

. 20 MHz a/g： 53个副载波中有4个是导频副载波. 20 MHz n/ac： 57个副载波中有4个是导频副载波

发射机每个IFFT输出字段前面都会有800 ns的循环前缀，可保留接收器端的循环卷积，避免码元之间相互干扰。所以每个OFDM码元可用来传输数据的副载波数量如下：

. 20 MHz a/g： 48个副载波. 20 MHz n/ac： 52个副载波

这样一来，对于20 MHz的信道分配而言，48 * 312.5 kHz = 15 MHz，52 * 312.5 kHz = 16.25 MHz。 这两个频谱数量分别对应20 MHz a/g和20 MHz n/ac模式的数据。

802.11应用架构采用简化的PHY帧格式。 图1为已实现的格式。

图1. 一般的PHY架构格式

PHY架构包含以下字段：

传统模式的短训练字段(Legacy mode short training field, L-STF) - 用于接收机端的增益控制、数据包检测、频率同步的静态字段。 字段时间长度为8 ?s。

传统模式的长训导字段( Legacy mode long training field,L-LTF） - 用于时间同步与信道估算的静态字段。 字段时间长度为8 ?s。

传统模式的信号字段(Legacy mode signal field, L-SIG)- 包含已应用的调制编码机制(MCS)和框架长度等信息的动态字段。

超高吞吐量短训练字段(Very high throughput short training field, VHT-STF)：用于超高吞吐量模式802.11ac的静态字段。 目前的接收机实现方案往往忽视了VHT-STF字段，仅评估L-LTF字段。

超高吞吐量长训练字段(Very high throughput long training field, VHT-LTF)：用于超高吞吐量模式802.11ac的静态字段。 目前的接收机实现方案往往忽视了VHT-LTF字段，仅评估L-LTF字段。