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WIMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access Forum)技术作为一种新的无线城域网技术的推出是为了满足日益增长的宽带无线接入市场的需求。该标准的提出解决了物理层环境(室外射频传输)和QoS两方面问题,并可满足BWA(Broad band Wireless Access)和“最后一英里”接入市场的需要。其峰值数据率可以达到75Mbps,单基站的覆盖范围最大可以达到50km,典型的基站覆盖范围可以达到6~10km。目前WIMAX已经成为B3G宽带无线通信的标准之一,国内外在这个领域的研究热度得到更大的提升。MAC(Media Access Control)层和物理层是WIMAX协议的主要内容,其中MAC层主要负责用户接入和管理,链路资源的调度业务,QoS保证的功能,是WIMAX协议中关键的一环。
本文基于WIMAX协议之一的固定宽带无线接入空中接口标准IEEE802.16d,详细分析了PMP模式下的MAC层协议。设计并实现MAC层最关键的公共部分子层的协议过程,将公共部分子层的软件设计划分为控制面,数据面和接口平面。
控制面主要负责MAC层本身的管理,主要包括初始化接入过程和周期性测距过程;数据面负责从网络层接收送音视频数据包,对数据进行打包分片以及ARQ过程的实现;接口平面负责完成组帧以及物理层的原语交互,将MAC层和物理层连接起来。由于实现时这两层功能被放在了不同的硬件实现,因此必须保证各层、各处理器之间数据的正确交互。为此,特别介绍了MAC和PHY之间的原语交互过程和每种原语的格式定义。整个软件设计均包括基站(Base Station,BS)和用户站(Subscriber Station,SS)两部分,给出了详细的软件设计方案,包括软件流程图和程序结构图。
SOPC(System On Programmable Chip)是Altera公司提供的片上可编程系统解决方案,它将CPU、存储器、接口、模块、时钟数据恢复技术以及琐相环等系统设计所必须的模块集成到一块FPGA芯片上。基于这种技术,文章介绍了WIMAX演示平台的实现方案,包括构建NiosⅡ处理器+接口模块+OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统模块的SOPC硬件平台和嵌入式操作系统的选择。
最后介绍了MAC层和物理层的联合调试过程,成功实现实时视频流数据包从个人电脑通过网口传到基站开发板,再经过本项目的WIMAX演示系统实时并准确传到用户站,并在用户站侧个人电脑上实时播放的整个过程。