USB无线网卡

USB无线网卡（精选8篇）

USB无线网卡 第1篇

2010年10月01日,无线USB促进联盟(Wireless USB Promoter Group)宣布Wireless USB 1.1标准制定完成,此技术标准将会带动新的USB产品出现。

Wireless USB 1.1标准在USB技术的发展上起着至关重要的作用,可以大大提升无线设备的性能。同时还支持6GHz以上超宽频段,理论传输速率将提高到lGbps,实际情况至少达到500Mbps。实现了对市场产品的兼容,使设备与设备之间可以便捷的连接。无线USB技术在提高功率和效率以及简便易用上有很大的作用,闲置功率更低,功耗降低,还可以延长电池使用寿命,低碳环保。据息,Wireless USB 1.1新规范将支持非接触式临近检测功能和NFC近场通讯功能,两台设备间可以便捷的互相识别,连接的速度更快,设备也更省电。

无线USB 1.1标准是无线USB技术进一步发展的重要标志,使用户无线传输模式的需求得以满足,也使多种设备之间的高速无线通讯技术得到发展。

精挑细选USB无线网卡 第2篇

目前市面上的无线局域网设备主要支持IEEE 802.11g和IEEE 802.11n两种标准。支持IEEE 802.11g+标准的网卡，最高传输速率是108Mbps;支持IEEE 802.11n标准的网卡，最高传输速率是300Mbps，而支持IEEE 802.11b标准的网卡，最高速率仅有11Mbps;支持IEEE 802.11g标准的网卡，最高速率是54Mbps，这些标准都是向下兼容的，消费者在选购的时候就要留意，不要买错或被JS忽悠。

接口

USB无线网卡接口主要分USB 2.0、1.1、1.0三种，现在绝大部分USB接口的无线网卡都已经采用USB2.0接口，

USB2.0接口能够提供480Mbps的数据通信带宽，而USB1.0则速度要慢得多。

发射功率

只要是无线局域网设备都有一定的发射功率，USB无线网卡的发射功率当然是越高越好，这样它的传输距离就越远，我们在选购的时候尽量选择发射功率较高的无线网卡。特别是带有天线技术的，它能够提高无线网卡信号覆盖范围，让用户可以拥有高效稳定的无线网络。

产品外形

无线充电要替代USB 第3篇

随着无线充电技术兴起，上述猜想开始慢慢成为现实。这种新式的充电技术用外接插座的电线连接组成线圈，形成一个充电基站，产生不断变化的磁场，磁流变化的能量会振动待充电设备的接收器，从而为设备的电池充电。将手机放在装有这种基站的桌子上，手机就可以自动充电了。

大概在一百年前，先人就有过利用磁电的设想。工业革命期间，马达和发电机首先运用了磁能发电的原理。今天，磁能发电技术也将应用于个人设备。Qi是当前充电器的国际标准，它已经得到包括微软、三星、LG电子和Verizon在内的200多个品牌的认可。今年春季，无线充电行业迎来了最新一代成员，全球最大家具与家居用品商家宜家推出了一种新型家具，内置无线充电器和无线充电垫。

全球统一的标准化协议和企业的商业运作已经开始明显推升无线充电的市场渗透率。2014年，具备无线充电功能的设备出货量达到了5500万部。根据研究机构HIS估算，今年这类设备的出货量将会增至1.6亿部，销售额更是将达到17亿美元之多，而到2018年，预计市场规模会达到85亿美元。无线充电技术的应用范围也会从手机、苹果智能手表Apple Watch以及笔记本电脑，扩大到家用电器、汽车，特别是办公场所和机场、餐厅等公共场合的主要基础设施。

ChargeSpot就是这类技术应用的受益者。该公司总部位于加拿大多伦多，他们利用多组整合器改造办公区和商业区，以方便企业员工和商家及顾客利用无线电源。ChargeSpot提供硬件和一体化的后端解决方案，以此监控充电的性能，提高安全性，升级固件，为使用无线充电的公司办公室或者加盟店（多伦多有多家名为Second Cup的连锁咖啡店采用了ChargeSpot的充电技术）提供一个管理的门户网站，该网站可以充当一体化的管理系统。ChargeSpot的联合创始人兼CEO Mark Goh说，企业可以用这套无线充电系统回馈客户，比如向用户的手机发送优惠券。他还透露，ChargeSpot正在一些连锁酒店做商业试点。

Aircharge公司也是无线充电领域的活跃分子，总部设在英国。该公司的充电器已经部署在阿联酋航空的头等舱和商务舱内使用了。今年年初，这家公司还签订协议，通过纽约供应商U.K. Kube Systems的移动充电设备在麦当劳门店设立600座充电基站。而且该公司率先在酒店行业内布局，从而成为这一市场里的领军人物。去年，该公司在20家万豪国际酒店的大堂内配置了无线充电服务，此后又通过Kube的便携充电系统进驻了喜来登酒店、科罗拉多顶级滑雪度假村Vail Resorts、四季酒店等。Kube也借Apple Watch热卖的东风攻城掠地，推出了一款可以在这种智能手表和iPhone上同时充电的产品。这样一来，出差或者旅游的苹果用户就不必背着充电的数据线到处找插座了。

也许无线充电最大的进步还是在汽车业。同样是根据IHS的一项研究预计，几乎所有汽车制造商都会应用无线充电技术。丰田是汽车业第一个吃螃蟹的公司，他们率先在旗下轿车凯美瑞、皮卡车塔库玛以及豪华品牌雷克萨斯上配置了Qi标准的无线充电功能。现在，连德国汽车企业也行动起来了，宝马最新款的7系车和奥迪的Q7 SUV都推出了同样的功能。据IHS预计，到2020年，车载无线充电的市场规模将达到6亿美元。

无线USB1.1标准正式宣布 第4篇

无线USB促进联盟 (Wireless USB Promoter Group) 今日宣布Wireless USB 1.1标准已经制定完成, 新的技术标准将指导厂商们尽快将新一代无线USB产品引入市场。Wireless USB 1.1标准是无线USB技术发展过程中的关键环节, 它将为无线新设备带来显著的性能提升, 包括对6 GHz以上超宽频段的支持, 同时还提供了对如今市面上设备的向下兼容。无线USB技术的发展一直在谋求功率效率的平衡和易用性, 更低的闲置功率需求可以延长电池使用寿命增强无线设备功率效率, 新的Wireless USB 1.1相关模型将提供对近距离无线通信 (Near Field Communication-NFC) 的支持, 这也将使的无线USB设备更加容易安装和使用。USB-IF总裁兼主席Jeff Ravencraft表示:“无线USB 1.1标准是无线USB技术发展中迈出的新一步, 用户需求更快更容易的无线传输模式, 无线USB 1.1标准将为此提供在多种设备间高速无线通讯强劲技术解决方案。”

贝尔金路由无线USB技术 第5篇

一、无线USB是用来连接一些外围设置而推出的技术，比如打印机、外置式硬盘、声卡、媒体播放器甚至可以实现无线视频播放。你可以通过两种方式实现这种应用。如果你的PC或者是相关设备并不支持无线USB技术，那么你就必须安装一个WUSBdongle将标准的USB接口变成WUSB接口。不过如果相关设备是原生支持WUSB的，那么在产品上你将会看到WUSB天线。根据介绍，通过单一的天线可以最多同时边接127个外围设备。

二、WUSB最高理论传输速度与USB2.0接口相同都为480Mbps(60MB/s)，不过这个速度与距离有关。如果设备距离PC在3m之内就可以实现理论传输。面如果距离超过了10m，那么传输速度将只有110Mbps(13.75MB/s)，

可以说距离越远，传输速率就越低，WUSB运行于UWB频宽（3.1GHz－10.6GHz)，而无线蓝牙的频率为2.4GHz，与IEEE802.11无线网络相同。

三、如果你的PC不支持WUSB，那么你就需要购买一个WUSBdongle，方法就是使用WUSBhub，通过WUSB可以让PC与显示器的连接不再需要通过连接线来完成，通过适配器可以使得PC以无线的方式与显示器进行连接，

四、蓝牙技术也可以实现两款设备间的无线数据传输。不过蓝牙技术主要面向的是一些低速设备，其最高传输速率只有1Mbps(128KB/s)或者3Mbps(384MB/s)，这主要取决于是蓝牙是一代蓝牙还是二代蓝牙。不过据了解下一代的蓝牙技术的传输速率将会与WUSB持平，不过这项技术目前还没有推出。

五、在小环境中发挥大容量设备的访问能力，是多种WUSB设备共存时急需解决的问题，这样才能有效利用带宽。可能会发生的一种情况是，在一个有限的范围内，多种的WUSB设备，通过很多通道同时传输数据。这样，拓扑会在这个区域内决定支持多少设备。

基于USB接口的无线局域网系统 第6篇

关键词：Ad Hoc网络,PDIUSBD12,nRF2401

引言

随着通信的快速发展,人们对通信的依赖也越来越高,对其要求也越来越大。人们希望随时随地都能够自由的通信。但是如今的网络都有通信基础设施,没有通信基础设施的地方,就不能通信。Ad Hoc网络则摆脱了通信基础设施的束缚,通过主机自由的组网实现通信。无线Ad Hoc网络是一种不依赖于固定通信基础设施的新型无线网络。在Ad Hoc网络中,终端不仅仅实现收发信机的功能,同时也将实现路由的功能,能够转发来自网络中其它终端的数据包。Ad Hoc网络的出现推进了人们实现在任意环境下自由通信的进程,同时它也为军事通信、灾难救助和临时通信提供了有效的解决方案。本文所设计的基于USB接口的无线Ad Hoc局域网系统硬件由n RF2401射频收发器、P89C51微控制器和USB接口芯片PDIUS-BD12等组成。本系统可以实现在Ad Hoc网络中的计算机间的资源共享和信息交换。

1 硬件设计

基于USB接口的无线Ad Hoc局域网系统硬件总体方案如图1所示。该系统由P89C51微控制器控制射频收发芯片n RF2401和USB接口芯片PDIUSBD12两部分。系统的工作过程为:发送数据时主机将数据通过USB接口传给单片机,数据通过单片机的SPI口再传给射频收发模块,最后由射频收发模块把数据发射出去;接收数据时射频接收端接收到符合的数据包后,通知单片机读取数据,单片机将数据通过USB接口送给主机,这样就完成了一包数据从发射端到接收端的传输。

1.1 单片机控制n RF2401。

n RF2401芯片工作在全球开放的2.4-2.5GHz ISM免申请频段,共125个频点,可满足多频点和跳频的需要,最高速率可达1Mbps,发射功率和频道参数可通过软件设置完成。n RF2401内置地址解码器、FIFO、解调处理器、FSK滤波器等部件。n RF2401的Active有两种模式:Direct Mode和Shock Burst。Shock Burst技术采用芯片内部FIFO,数据以较低的速率存在FIFO中,再以很高的速率(1Mbps)将数据发射出去。n RF2401上的编程采用三线接口方式,单片机通过DATA,CLK1,CS三个引脚对n RF2401芯片进行初始化设置和数据的输入输出,单片机还可以通过PWR_UP,CE,CS三个引脚对其进行控制,使n RF2401进入不同的工作模式。n RF2401的DATA引脚是数据引脚,CLK1引脚是时钟引脚,在时钟信号的配合下,单片机通过DATA引脚从n RF2401中读取数据或者把数据写入n RF2401。单片机与n RF2401连接如图2所示。

1.2 单片机控制PDIUSBD12。

PDIUSBD12是一款性价比很高的USB器件。它通常用作微控制器系统中实现与微控制器进行通信的高速通用并行接口。它还支持本地的DMA传输。PDIUS-BD12完全符合USB1.1版的规范。内部集成了SIE、FIFO存储器、收发器以及电压调节器等部件。PDIUSBD12有3个端点,适用于不同类型的设备。端点可通过Set Mode命令配置为4种不同的模式:非同步传输、同步输出传输、同步输入传输和同步输入输出传输。PDIUSBD12作为与微控制器进行通信的高速通用并行接口,与微控制器的连接如图3所示。在该例中,ALE接为低电平,表示一个独立的地址和数据配置。PDIUSBD12的A0脚与微控制器的任意一个I/O口相连,A0=1为选择命令指令,A0=0为选择数据指令,该端口控制PDIUSBD12的命令和数据状态。微控制器的多位地址和数据总线可直接与PDIUSBD12的数据总线相连。微控制器的频率输入可由PDIUSBD12的CLKOUT提供。

2 软件设计

2.1 n RF2401软件设计。

首先n RF2401进入Configuration模式CS=1,CE=0,PWR_UP=1进行参数配置,选择通道、分配地址、频率设置、Active模式选择等。其中通道地址为40位,此地址是其他终端发送数据时的目的地址。在n RF2401进入Active模式下时CS=0,CE=1,PWR_UP=1,要改变n RF2401的接收或发射状态,首先要使n RF2401进入Configuration模式,改变配置位的0位,然后再进入Active模式。发射数据时,通过模拟SPI口把数据和接收方的地址写入n RF2401,该地址是接收方的地址,最后将CE置低,n RF2401把数据发射出去。接收数据时,当n RF2401正确接收到数据后,将DR1变高,微控制器读完数据后,n RF2401将DR1变低,因此可以采用查询方式读取数据。常用函数如下:Init_2401()初始化n RF2401;Configuration()配置n RF2401;Set RX-Mode()设置为接收模式;Set TXMode()设置为发射模式;RXData()接收数据;TXData()发射数据。

2.2 USB接口软件设计。

USB接口芯片固件程序采用积木式结构,主要包括以下部分:硬件提取层,对单片机的I/O口、数据总线等硬件接口进行操作;PDIUSBD12命令接口,对PDIUSBD12器件进行操作;标准请求处理,处理USB的标准设备请求;中断服务程序,处理PDIUSBD12的中断请求并设置USB事件标志以便主循环读取;主循环程序,主循环不仅处理USB的通信,而且还控制n RF2401的数据收发。USB驱动程序要完成USB设备的即插即用,可以用驱动程序开发工具编写。为了简化客户程序的编程,在驱动程序编写好后编写一个USB51S库函数,客户程序通过调用其中的函数完成对PDIUSBD12端点的读写操作。如Read Data(Pipe Num,Buffer,Len)函数,其中Pipe Num为操作的管道号,Buffer为接收数据的缓冲区地址,Len为接收数据的缓冲区长度。这样用户在不需要深入了解USB协议的情况下轻松编程。

2.3 Ad Hoc网络软件设计。

在Ad Hoc网络中,没有有线基础设施支持,终端不仅实现收发信机的功能,同时也将实现路由的功能,而本系统实现了独立服务集的网络功能。系统采用IEEE802无线局域网协议标准,该标准允许WLAN及无线设备制造商在一定范围内建立互操作网络设备。在IEEE802标准中采用分层的结构,其中媒介访问控制子层(MAC)能从协议栈高层媒介访问控制服务数据单元(MSDU)可靠地将数据发送到对等协议层,为此,MAC应在MSDU头部和尾部填入合适的信息,再通过无线媒介将其发送给其他站点。在MAC层,接收到的MSDU和加入的头部和尾部信息一起称为一个完整的帧。这些帧包含有地址信息、IEEE802协议信息以及用于效验帧完整性的信息等。所有站点都能为数据正确传输创建帧,并能从接收帧中正确解析出数据。

3 结论

本系统采用了n RF2401无线射频芯片和USB接口芯片PDIUSBD12,通过PIC单片机进行控制,在主机端用C++编写了软件,实现了多台计算机之间的无线数据传输,解决了传统通信技术的不足,具有很好的应用前景。通过采用IEEE802协议标准,实现了无线Ad Hoc局域网内计算机间的资源共享和信息交换。

参考文献

[1]金纯,陈林星,杨吉云.IEEE802.11无线局域网[M].北京:电子工业出版社,2004.

[2]周立功.USB固件编程与驱动开发[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[3]MattbewS.Gast.802.11无线网络权威指南[M].南京:东南大学出版社,2007.

[4]张念淮,江浩.USB总线接口开发指南[M].北京:国防工业出版社,2002.

USB无线网卡 第7篇

温度监测在土木建筑施工、储粮仓库、智能楼宇、空调系统以及其他工农业生产中有着广泛的应用。传统的测温方法是在各监测点布置温度探头,由专人每天定时采集各点的温度数据,再输入电脑保存,并生成温度、应力的变化曲线和测试报告,也有一些是通过数据采集箱采集温度和应力数据,然后通过电缆上传电脑做进一步的数据处理。

传统的测量方法需要监测人员频繁来往于施工现场,劳动强度大,数据采集和传输不方便,信息管理的自动化程度低,难于满足现代信息化监测的要求。为了提高测温数据采集的准确性、可靠性、及时性,同时实现温度和应力数据的智能化、信息化管理,本文针对大规模建筑施工监测等工程应用的要求,设计了一种基于无线数据传输和USB接口的多节点远程温度监测系统。

通过无线数据传输,一方面拓展了节点分机布置的空间范围,另一方面大大缩短了测温电缆的长度以方便布线。USB接口实现了将各节点分机的测温数据向主机的快速传输,取代了传统的RS 232等接口形式,大大方便了与主机的连接。主机软件完成数据的转换、存储、曲线和报表生成,实现混施工监测的信息化管理,也可以构建一个Web服务器,实现信息的异地监测。

2 测温系统的整体构造

测温系统是由主机、通信机和测温节点分机构成,整体框图如图1所示。

其中温度信号通过埋植在现场的传感器传输到节点分机,节点分机内部集成了调理电路和信号采集模块,以及由微处理器控制的存储模块和通信模块,一个节点分机最多可以处理64路温度信号,测温分机以主机设定的时间间隔通过无线或有线方式经通信机向主机传送数据,其中通信机采用了支持USB 2.0标准的微控制器C8051F320,使传输的数据通过USB传送到主机,PC机在软件支持下对数据进行处理并以报表以及曲线图表示出来。同时,主机也可以设定分机的数据采集间隔,监测的部位,系统时间等参数。

3 USB接口在测温系统中的应用

为了把测温数据传送到主机,传统的方法是利用RS 232或RS 485总线与主机通信。但由于这些接口传输速度慢,近年来,逐步被USB接口所取代。目前USB成为PC机的标准接口已经是大势所趋,在主机(host)端,目前推出的PC机几乎100%支持USB。鉴于此,本文采用CYGNAL公司的支持全速USB 2.0的微控制器C8051F320。该单片机是完全集成的混合信号系统级芯片(SOC),具有与C8051完全兼容的CIP51内核,与MSC-51指令集完全兼容。片内集成了数据采集和控制系统中常用的模拟、数字外设及其他功能部件;内置FLASH程序存储器、内部RAM以及外部数据存储器RAM。微控制器C8051F320带有USB接口,其功能控制模块符合USB 2.0规范,可在全速或低速下运行,并具有1 kB USB缓存、集成收发器,无需外部电阻。Silicon lab公司提供了USBXpress的开发套件。通过使用USBXpress库,大大简化了USB固件程序和PC端驱动程序的开发。其中USB通信总体框图如2所示。USBXpress通过一系列函数实现单片机端的应用程序接口(API)。当主机需要数据时,可将测温节点分机数据通过通信机传输到主机中,应用程序对数据进行波形显示和数据分析处理。

4 USB通信

本系统的USB外设为非符合HID标准的设备,因此要使主机与通信机顺利传输数据,需要编写三部分的程序:设备端的固件程序、主机上的设备驱动程序以及客户应用程序。

4.1 固件程序设计

采用C语言编写,USB固件程序程序由3部分组成:

(1)初始化单片机和所有的外围电路,包括USB控制器的初始化、端点初始化、交叉开关和I/O口初始化、系统时钟设置,控制器使能;

(2)主循环部分,其任务是可以中断的;

(3)中断服务程序,其任务是对时间敏感的,必须马上执行。如图3所示。

根据USB协议,任何传输都是由主机(Host)开始的。单片机做它的前台工作,等待中断。主机首先要发令牌包给USB设备,C8051F320接收到令牌包后就进入中断服务程序,首先读单片机的中断寄存器,判断USB令牌包的类型,然后执行相应的操作。

在USB单片机程序中,要完成对各种令牌包的响应,其中比较难处理的是SETUP包,主要是端口0的编程。本系统中主要用到了初始化、读、写、中断这4个函数:初始化USB Init(0,0xEA61,NULL,NULL,Serial,250,0x80,0x100)函数;块写函数Block Write();块读函数Block Read();USB中断使能函数。USB的所有处理程序都是通过USB的中断服务程序完成的。进入USB中断后,程序调用Get Interrupt Source()函数获得USB中断的进入原因。然后根据不同的入口情况,来进行相应的处理。比如收到数据之后,读取相应的缓冲区内容到内存中;收到初始化命令时,复位单片机内的各个状态参数。

4.2 USB驱动程序

USB驱动程序是一个软件组件,封装了应用程序存取硬件设备的功能函数。USB驱动程序模型分为5层,如图4所示。

考虑到本系统使用了非标准类别,需要自己开发驱动程序,USB设备驱动程序的工具使用了USBXpress Development Kit。主要函数如下:SI Open()函数;SI Close()函数;SI Read函数;SI Write()函数;SI GetNumDevices()函数;SI CheckRXQueue()。

用户端若要从设备读取数据,将调用一个应用程序接口API,如OpenFile,SiUSBXp.dll实现这个API。总线驱动程序控制对总线上所有设备的访问。

4.3 用户应用程序

主机软件采用可视化编程工具VC 6.0进行开发,采用数据库Microsoft Access 2003进行信息的管理。

根据实际的系统应用要求,整个系统的软件结构如图5所示。

5 测温系统在实际工程中的应用

测温系统在某议事大厦项目中进行了应用,该工程基础底板平面尺寸为65.4 m47 m,其中中间区域3、7轴线与B、F轴线之间24.0 m21.53 m部分板厚为2.2 m;该部分周围有15个大承台板厚为2.5 m;其余部分均为0.7 m,混凝土采用C40。

在进行该工程基础底板的混凝土施工过程中,本系统进行了为期将近两个星期的测温使用,效果很好。图6为自动记录的3号点的温度变化曲线。

6 结语

基于C8051F320 USB接口的无线测温系统把计算机技术与传统信号采集技术紧密结合起来,充分发挥PC机和单片机各自的优点,实现传感器信号的采集、存储、传输、显示和处理。而借助USB接口的通信功能,减小了数据传输系统的复杂性,提高了传输速率极大地方便了系统的使用。

摘要：针对大规模测温系统在工程监测中的应用要求,提出了一种新型的基于无线数据传输的多节点远程温度监测系统。采用节点分机实现多点温度的测量和存储,通信机实现测温数据的接收,并将监测数据传送至主机,主机实现温度数据的转换和智能化监测管理。通信机采用CYGNAL公司的微控制器C8051F320实现了与主机的USB数据传输,从而方便了测温系统的使用,也提高了数据传输速度。

关键词：测温系统,单片机,USB,无线数据传输

参考文献

[1]潘琢金.C8051F高速SOC单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

[2]马喜顺,陶庸.高速SOC单片机C8051F[J].电子产品世界,2002(5A):63-64.

[3]张迎新.C8051F系列SOC单片机原理及应用[M].北京:国防工业出版社,2006.

USB无线网卡 第8篇

关键词：USB3.0,软件无线电,WCDMA

WCDMA[1]是国际电信联盟(ITU)采纳的第三代无线通信标准之一,它采用频分双工(FDD)方式,具有业务灵活、频谱效率高、容量和覆盖范围广等优势。

软件无线电(SDR)[2]是于上世纪90年代提出的一种无线通信系统的体系结构。目前主要的软件无线电平台有通用处理器(GPP)、FPGA和DSP等。FPGA可以并行处理数据,DSP具有强大的数字信号处理能力,因此它们在软件无线电中得到了广泛的应用,但是FPGA和DSP的编程和调试对开发人员具有很高的要求[3]。近年来,随着GPP性能的不断提高,GPP在软件无线电系统中的应用也越来越广泛。本文主要讨论了基于GPP和Windows操作系统的软件无线电系统。

GPP SDR通常采用如图1所示的解决方案,GPP完成基带数据的处理,硬件平台完成对射频的控制和与GPP的数据通信,射频端完成数据的发射和接收。GPP与硬件平台进行通信的通用接口有多种方式,如PCIe[4,5]、USB2.0[6]。USB3.0和GE(千兆以太网)等。USB2.0技术因为其接插方便,已被广泛用于各种设备中。但是由于USB2.0的传输速率有限,使其在软件无线电中应用受到了一定的限制[6]。目前正在推广的USB3.0技术解决了USB2.0的传输速率问题。本文将主要分析USB3.0在基于GPP的软件无线电系统中的应用,利用USB3.0技术实现WCDMA系统基带数据的传输。在设计中针对WCDMA系统对硬件平台传输的要求,例如下行对于上行传输的调度、HARQ响应等,在硬件平台上验证了USB3.0技术应用于WCDMA软件无线电系统的可行性。

1 WCDMA系统需求及分析

1.1 WCDMA系统带宽要求

在进行硬件平台设计之前,需要知道WCDMA系统的传输数据量及其带宽。WCDMA系统以10 ms为一帧,每一帧由5个2 ms的子帧组成,每一帧又可分为15个时隙,每个时隙有2 560个码片[7],其帧结构如图2所示。根据奈奎斯特采样定率,要进行无失真的恢复信号,系统的采样频率必须为信号带宽的2倍。另一方面,为了能在基带信号抽取时得到更高的信噪比,将下行信道的采样频率定为系统码片速率的4倍,即3.84 MS/s4=15.36 MS/s,对每一个采样使用3 B进行量化,则下行信道一秒的数据量为46.08 MB,每一个2 ms下行子帧的数据量为90 KB。对于上行信道,使用3.84 MHz的时钟进行采样,然后用3 B进行量化,则上行一秒的数据量为11.52 MB,每一个2 ms上行子帧的数据量为22.5KB。WCDMA系统工作模式是频分双工(FDD),在同一个时间上下行的信道都有数据需要进行传输,所以在上面的采样率下WCDMA系统的带宽要求为57.6 MB/s。

1.2 WCDMA系统延时要求

为了能在硬件平台上实现WCDMA系统的基带数据传输,需要满足上面提出的各项要求。本文以WCDMA终端系统的HARQ为例展开讨论。在WCDMA的协议中规定,一个下行子帧的HARQ响应信息应放在其被收下5 ms后的上行子帧中,WCDMA系统HARQ响应时间如图3所示。在(1)号位置收完一个下行子帧,则其HARQ的ACK/NAK反馈必须在其5 ms后的上行子帧中,即(2)号位置后的上行子帧中(图中的深色为一个下行子帧和与之对应的携带了HARQ反馈信息的上行子帧)。(1)号和(2)号位置之间的时间为5 ms。因此,可以将这些时间分为三部分:基带采样信号从射频传送到硬件平台,并从硬件平台传向GPP的时间;GPP处理时间;GPP把数据发送到硬件平台,硬件平台发向射频端的时间。

2 硬件平台设计

基于前文提出的GPP SDR解决方案,针对WCDMA系统对基带数据传输的两个要求,采用了USB3.0控制器和FPGA组成的基带数据传输系统,其结构如图4所示。FPGA作为控制的核心,完成从射频端采集数据发向USB3.0控制器和从USB3.0控制器采集数据发向射频端的操作。USB3.0控制器主要完成GPP与硬件平台进行通信的USB3.0协议和基于USB3.0协议的数据传输。为了满足这一要求,设计中使用了一款USB3.0控制器的外设芯片CYUSB3014[8],它引入了ARM9处理器作为内核,内部采用AHB总线方式,加载了ThreadX操作系统,在此基础上实现了USB3.0通信协议同时向下兼容USB2.0和USB1.0的通信协议,它与FPGA的接口是可编程的Slave FIFO接口[9],接口能达到3.2 Gb/s的传输速率。在缓存方面,设计时在硬件平台上增加了两块1 GB的DDRII内存,FPGA对内存读写操作的最高传输速率能达到5.3 Gb/s。由于USB3.0控制器、DDRII内存和射频接口这三部分的传输速率各个不相同,因此,在它们之间加入了FIFO进行速率的变换,此模块不会影响硬件平台的传输速率。综上所述,可以发现FPGA与USB3.0控制器、DDRII及射频端的接口速率恒定,因此USB3.0控制器与GPP进行通信的速率决定了硬件平台的传输速率。

3 硬件平台性能分析

3.1 系统传输速率分析

3.1.1 传输速率影响因素

从第2节中的分析可以看到硬件平台的传输速率是由USB3.0的传输所决定,因此,USB3.0的实际传输速率将是本文分析的重点。

USB3.0采用了与USB2.0相同的4种传输方式:块传输方式、同步传输方式、控制传输方式和中断传输方式。为了能确保数据传输的正确性,在设计中将块传输方式作为USB3.0控制器与GPP进行数据传输的方式,其包长为1 KB。在通信方式上,USB3.0采用全双工的通信方式,所以在反馈机制上USB3.0对Endpoint增加了“突发”操作,即Device或者host在没有收到确认信息的情况下,还能继续传送一定数量的包,每个包大小为1 KB。“突发”长度越长则传输的速率就越高,CYUSB3014最大能支持16个突发。在实验中将USB3.0控制器能支持的最大突发设为16个。除了“突发”的长度会影响系统的传输速率,USB3.0控制器内部缓存的大小也会影响传输的速率。

为了适应高速的传输和缓存,在USB3.0控制器CYUSB3014的内部采用了DMA的机制[10],建立了两个传输的channel,其内部的结构如图5所示。从图中可以看到channel中有多个数据缓存,其内部的传输是以缓存作为单位量,当一个缓存被生产者写满后,CYUSB3014会产生响应信息,通知Consumer从缓存中读取数据进行传输。而缓存大小设置是不同的,每次传输的数据量也不相同,传输的速率也会不同。

3.1.2 传输速率的测试和分析

上一节讨论了在传输方式和“突发”长度一定的情况下,缓存的大小对传输的速率有着重要的影响。在实验中针对缓存大小对传输速率的影响进行了测试,传输的速率和缓存的大小成正相关,缓存越大则传输的速率就越高。由第1节可知,下行一个子帧的数据量为90 KB,因此可以将缓存的大小设为6 KB,此时一个下行子帧的数据被分成15次传输,在此条件下USB3.0的传输速率为200 Mb/s,从吞吐率上来看完全满足系统的要求,下面将讨论在此速率下能否满足WCDMA系统对传输延迟时间的要求。

3.2 回环延迟分析

3.2.1 回环延迟时间测试方案

如上文所述,为了能满足WCDMA系统的HARQ要求,系统的回环延迟时间也将成为讨论的重点。从第1节可以知道,系统的延迟时间由三部分组成,这三部分的时间和必须小于WCDMA系统的HARQ响应时间。第二部分的时间为GPP处理所需要的时间,不属于本文讨论的重点。第一部分和第三部分的时间是由硬件平台所产生的延迟时间,这两部分的时间越短,则GPP能处理的时间就越长。为了能给GPP更多的处理时间,在满足系统性能情况下,将GPP端发送上行子帧的时间设定为收到一个下行子帧的前18 KB数据之后,这样GPP端对每个下行子帧基带采样数据的接收被分为两部分,第一部分为18 KB,第二部分为72 KB。在图6中用数据传输的方式模拟了一次WCDMA系统的HARQ的过程。一个子帧在(1)号位置开始被硬件平台接收,则其对应的HARQ的反馈信息应在(2)号位置的上行子帧中被发到空口上。图6中的(5)号部分的时间为GPP处理的时间。

为了能直观地反映硬件平台的延迟时间,设计时去掉了GPP处理的时间,所以把计时的起点选在了图6中的(3)号点上,计时的终点为(4)号点即硬件平台收到了上行一帧的数据后,此时计算出的时间就为在硬件平台上所消耗的时间,把这部分的时间称为“回环延迟时间”。由于USB3.0的传输速率受到GPP上USB的带宽、GPP内核使用情况等影响,导致数据从硬件平台传输到GPP内存的时间为不定值。从图6中可以看出,从计时点(3)开始,上行一个子帧的数据需要在3 ms内完成发送(即(4)号点的位置必须在(2)号位置的前面),否则一个上行子帧的数据就不能按时完成发送,造成上行丢包。

3.2.2 回环延迟时间结果及分析

在设计中选用了主板自带USB3.0接口的台式计算机进行测试,计算机的参数如下:

CPU:Inter(R)Core(TM)i5-2300 CPU@2.8 GHz

内存:4.00 GB

操作系统:32位Win7

编程环境:VS2008

测试的结果如图7所示,横坐标为延迟时间,纵坐标为回环延迟时间的概率分布。

从测试结果可以看出,回环延迟时间主要集中在0.6～1 ms之间,GPP有比较充裕的时间进行数据的处理。从图7中的统计可以看出延迟时间大于3 ms的概率为1.5510-4,而WCDMA系统对空中接口丢包率的数量级要求为10-3,由于硬件平台的延迟而带来的丢包率远小于系统的空中接口的丢包率,所以此硬件平台能够满足WCDMA系统的要求。如需满足更高的延时需求,则可以选择基于Windows的实时操作系统,比如IntervalZero[11],这部分工作有待未来的研究中继续进行。

本文分析了USB3.0技术应用于基于GPP的软件无线电系统的可行性,并通过带有USB3.0控制器和FPGA组成的硬件平台,实现了WCDMA系统基带数据的高速传输。通过分析和实验,在本文的硬件平台框架下USB3.0的最高传输速率能达到260 Mb/s,应用于WCDMA系统的最高传输速率能达到200 Mb/s,回环延迟时间为0.7 ms左右,该结果证明USB3.0技术在GPP软件无线电系统的基带数据传输上能够满足WCDMA系统的带宽和延时的要求。

参考文献

[1]3GPP TS 25.201 V10.0.0.Physical channels and mappingof transport channels onto physical channels(FDD)[S].2010.

[2]JOHNSON P.New research lab leads to unique radio rec-eiver[J].E-Systems Team,1985,5(4):6-7.

[3]PAWLOWSKI P,DABROWSKI A,SKRZYPEK P.Softwaredefined radio-design and implementation of complete plat-form[C].IEEE 14th International Symposium on Designand Diagnostics of Electronic Circuits&Systems(DDECS),Cottbus,2011.

[4]TAN K,Zhang Jiansong,Fang Ji,et al.Sora:high per-formance software radio using general purpose multi-coreprocessors[C].In 6th USENIX Symposium on NetworkedSystems Design&Implementation(NSDI)2009,USENIX,2009.

[5]Guo Peng,Qi Xin,Xiao Limin,et al.A novel GPP-basedsoftware-defined radio architecture[C].1st International ICSTWorkshop on C-RAN,Kunming,2012.

[6]Zhou Jing,Qi Xin,Su Xin,et al.Investigation on USB2.0 in Software-Defined Radio[C].1st International ICSTWorkshop on C-RAN,Kunming,2012.

[7]3GPP TS 25.211 V10.0.0.Physical channels and mappingof transport channels onto physical channels(FDD)[S].2010.

[8]Cypress semiconductor.EZ-USBFX3 SuperSpeed USBController[S].2012.

[9]Cypress Semiconductor.Designing with the EZ-USBFX3Slave FIFO Interface[S].2012.

[10]Cypress Semiconductor.FX3 Programmers Manual[S].2012.