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IEEE 802.11 WLAN - 取得データを使用する HDL 最適化ビーコン フレーム受信機

この例では、[1] で説明されているように、802.11 の無線ローカル エリア ネットワーク (WLAN) でビーコン フレームを受信するハードウェア フレンドリーなモデルについて示します。詳細は、「IEEE 802.11 WLAN - 取得データを使用するビーコン フレーム受信機」の例を参照してください。

はじめに

「IEEE 802.11 WLAN - 取得データを使用するビーコン フレーム受信機」の例では、802.11 ベースの無線ローカル エリア ネットワーク (WLAN) でのビーコン フレームの受信について示しています。効率的な HDL コードが生成されるように、この例では 3 点について大きく変更されています。

  • ストリーミング: HDL 最適化ビーコン フレーム受信機がストリーミング モードでデータを処理します。取得したフレームベースの実際の信号は、受信機のフロントエンドにストリーミングされます。受信機のコントローラーからの出力がバッファーされ、検出器に渡されます。

  • 固定小数点: 受信機のフロントエンドおよびコントローラー ロジックが固定小数点モードで動作します。

  • HDL 最適化アーキテクチャ: 複数のブロックが、ハードウェア効率が高いアルゴリズムおよびアーキテクチャを使用して再設計されています。

ビーコン フレームの例は、次の 3 つのメイン コンポーネント、それは、フロントエンド、受信機コントローラー、検出器です。フロントエンドとコントローラーは、この例ではHDL コード生成用に最適化されているため、受信機で高速で動作します。以下の節で、変更の詳細について説明します。

受信機フロントエンド

受信機フロントエンドは、整合フィルター、AGC、精度の低い周波数補正から成ります。以下の変更が、元のビーコン受信機モデルで MATLAB Function ブロックに実装された周波数推定アルゴリズム [ 2 ] に対して行われています。

  • 自動相関操作が、シンプルな平滑フィルターに置き換えられました。

  • 関数 angle が、CORDIC [ 3 ] アルゴリズムを使用して実装されました。

  • 元の信号で位相オフセットの修正に使用されている複素指数信号を生成するため、検出された位相オフセットが NCO HDL Optimized ブロックに送信されます。

NCO HDL Optimized ブロックは、ハードウェア フレンドリーなオプションの提供、ルックアップ テーブルの ROM へのマッピングを行います。また、ルックアップ テーブルの圧縮オプションでルックアップ テーブル サイズを大幅に削減します。HDL Optimized NCO ブロックの HDL サポートの詳細は、「ドキュメンテーションドキュメンテーション」を参照してください。

受信コントローラー

受信コントローラーは、位相オフセットの補正済み信号と同期信号の相関を検出します。相関のピークが検出されると、逆拡散の前にピーク位置に基づいて信号が遅延します。ビーコン フレームのサイズが大きいため (2816 サンプル)、FFT または整合フィルターを使用している相関器の実装は、ハードウェアでは効果的ではありません。加えて、2816 要素ベクトルの最大の検出は、ハードウェア フレンドリーとは言えません。この例では、相関と逆拡散のアルゴリズムが再設計されています。相関の前に実行される逆拡散は、フィルターのサイズを 2816 から 128 に減らすことを目的としています。逆拡散が早期に実行されると、ビーコン信号の開始がわからないため、Despread_Matched Filter モジュールには 22 のチャネルが、各チャネルが隣接チャネルを 1 サンプル分オフセットするように設計されています。22の フィルターの出力の最大値が計算され、逆拡散は、その最大値を生成するチャネルが選択されて検出器に送信されると実行されます。

ハードウェアの速度とリソース配分状況のバランスをとる方法として、22 のチャネルの整合フィルターの前に、ダウンサンプリング処理操作によって、FIR 整合フィルター間にまたがるリソースを共有することができます。

逆拡散された信号は、検出器で処理される前に、フレーム バッファー内の 128 個の信号フレームでバッファーされます。PLCP 情報が元のビーコン フレーム受信機の受信機コントローラーに返され、収集されるペイロードの長さが決定されます。この例では、ハードウェアとソフトウェアのコンポーネント間のインターフェイスを単純化するために、ペイロードの最大長が収集されています。

結果と表示

シミュレーションを実行すると、いくつかのスコープが表示されます。同期スコープおよび MPDU GUI がこの区画に表示されます。スコープに関する詳細は、「IEEE 802.11 WLAN - 取得データを使用するビーコン フレーム受信機」の例を参照してください。

HDL コード生成

パイプライン レジスタ (緑色で表示) がモデルを通して追加されており、受信機のフロントエンドおよびコントローラーが予想どおりの速度で実行されることを確認できます。受信機のフロンドエンドおよびコントローラーから生成された HDL コードは、Virtex6 (xc6vlx75t) FPGA の Xilinx ISE を使用して合成されており、回路は約 150 MHZ で動作しました。これはリアルタイムでのデータ処理には十分です。

この例の HDL コードをチェックして生成するには、HDL Coder™ ライセンスが必要です。

コマンド makehdl(subsystemname) および makehdltb(subsystemname) を使用して HDL コードと HDLRx のサブシステム用テスト ベンチを生成できます。

メモ: データ サイズが大きいため、テスト ベンチ生成には時間を要します。テスト ベンチの生成前にシミュレーション時間を短縮することができます。

参照

  1. IEEE Std 802.11-2007:IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements, Part 11:Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, IEEE, New York, NY, USA, 1999-2007.

  2. M. Luise and R. Reggiannini, "Carrier frequency recovery in all-digital modems for burst-mode transmissions," IEEE Trans.Communications, pp.1169-1178, Feb.-March-Apr. 1995.

  3. Ray Andraka, "A Survey of CORDIC Algorithms for FPGA Based Computers", 1998,ACM 0-89791-978-5/98/01

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