带有可重配置特性的高性能无线局域网物理层与数据链路层硬件体系结构

Wireless LAN (WLAN) technology has been widely employed in human's life. The trends of higher data rate/energy-efficiency and rapid standard evolution pose higher requirements on the hardware architecture for physical and data-link layers. Researchers in both industry and academia are working hard to try to meet those requirements. We propose a novel high-performance reconfigurable architecture for WLAN physical & data-link layers, which can meet the high performance requirement within a reasonable power budget, and have three significant advantages: fast time-to-feature and longer life-cycle, much shorter developing cycle and lower developing cost, and efficient support for WLAN cross-layer optimizations. This project will have four research aspects: 1) the analysis on WLAN standards and the improvement on the algorithm stack; 2) the architecture design; 3) the programmability and compatibility of the architecture; and 4) the validation and prototyping of the architecture. By this project, we will get a novel trustable and efficient architecture design with front-end area/power data, as well as an open and friendly-used high-performance FPGA-based prototype system. This project has a very good application prospect in scientific research, national industry, and support for domestic processors.

无线局域网（WLAN）技术已经深入到生活的每个角落。越来越高的数据传输率/能源效率、快速的标准演化等趋势对物理层和数据链路层硬件提出了更高的要求。目前国内外工业界和学术界还在不断为满足这些要求而努力。我们拟提出创新的带有可重配置特性的高性能WLAN物理层和数据链路层硬件体系结构，可以在WLAN标准快速演进的过程中，在合理功耗下实现高性能，并具有三个突出优点：实现快速的特性响应时间和更长的生命周期、大幅度减少开发周期并降低开发成本、对WLAN层次协议栈跨层优化提供有效的支持。本项目考虑标准分析与算法结构改进、硬件体系结构设计、高可编程性与兼容性、准确验证与原型系统的实现四个方面的内容，不仅得到创新、严谨、有效的体系结构设计及前端面积/功耗数据，还会针对当前及下一代WLAN标准提供开放易用的FPGA高性能原型系统，在科学研究、国家产业、国产CPU支持等方面均有较好的应用前景。

本项目提出了创新的 WLAN 物理层与数据链路层硬件体系结构，针对 WLAN 物理层与数据链路层标准进行前 瞻性分析与算法改进，面向最新 WLAN/WiFi 802.11ac 协议，得到了适应 WLAN 标准快速演进的、带有可重 配置特性的、在合理功耗下实现高性能的 WLAN 物理层和数据链路层体系结构及硬件 RTL 编码，提出易于 编程/缩短设计时间的体系结构设计框架，针对当前及下一代 WLAN 标准 802.11a/g/n/ac 提供了开放易用的 FPGA 高性能原型系统，建立 FPGA(容纳 WLAN PHY、MAC 下层)与计算机(容纳 WLAN 上层)之间的有效通 信机制。发表了 12 篇较高质量论文，并申请/被授权了 10 项专利。其中一篇发表在无线移动网络领域顶级 会议 MobiCom 2017 的论文获得了 MobiCom 2017 最佳社区论文奖。项目的成果在美国加州大学洛杉矶分校 (UCLA)及俄亥俄州立大学(OSU)等院校被使用，已在北京大学、清华大学、国防科技大学等国内主要研 究机构得到实际应用。