基于FPGA 的高速光通信测试系统设计

吴立丰，靳英策，郑宏斌

（中国电子科技集团公司第十三研究所，河北石家庄 050051）

可见光通信（VLC）技术使用可见光作为载体来实现数据传输。与传统无线相比，在通信方面，VLC具有更宽的频谱，能够提供更高的传输速率，具有更小的错误率以及更低的系统功耗。目前，存在多种方法来实现可见光通信系统。然而，当前和现有的研究适合于传统的无线通信网络，无法提高系统硬件MAC 的利用效率，因此无法满足可见光通信网络的要求。

文中研究了使用FPGA[1]技术实现的VLC，尤其是MAC 与PHY 层之间的通信，并介绍了MAC 层的有限状态机（FSM）[2]和其他基于FPGA 的硬件设计[3]，以及在嵌入式开发板上的系统实现方法。

1 光通信控制系统设计

下面详细讨论光通信控制系统的MAC 控制器的设计，该系统包含多个集成组件，以实现MAC 控制器的功能。图1 为基于FPGA 芯片的光通信控制系统架构。

图1 光通信控制系统架构

文中的研究工作主要集中在FPGA 控制器的设计上，图2 为MAC 控制器的框架。

图2 FPGA MAC控制器

在图2 的框架中，传输数据指令由PC 发出，将数据包从RS-232 发送器[4]发送到MAC 控制器，然后通过特定的MAC-PHY 接口[5]将数据进一步传递到PHY 层。为了简化系统设计的验证，分别为发送器和接收器实现了两个MAC 控制器[6]。这些控制器比较容易在FPGA 板上实现，以下是每个接口的设计细节。

1.1 RS-232接口

RS-232 是串行数据传输标准[7]，其正式定义了数据终端设备（例如计算机终端）和数据电路终端设备（例如调制解调器）之间的信号连接[8]。在该系统中，RS-232 用于MAC 控制器的计算机串行功能，以实现PC 与下位机板之间的通信[9]。……