Konzeptionierung, Implementierung und Verifikation eines MAC-Layers für Paket-basierte Powerline Kommunikation

Am Fachgebiet „Architekturen und Systeme“ des Instituts für Mikroelektronische Systeme werden
VLSI-Architekturen für Algorithmen der digitalen Signalverarbeitung mit besonderen Anforderungen
an Echtzeitfähigkeit und Verlustleistung konzipiert und implementiert. Ein Forschungsschwerpunkt
ist dabei die digitale Signalverarbeitung in der Kommunikationstechnik.

Heutige Anwendungen elektronischer Systeme setzen vermehrt auf die drahtlose Kommunikation
und den Austausch von immer größer werdenden Datenmengen untereinander. Am Institut für
Mikroelektronische Systeme werden unter anderem OFDM-basierte Kommunikationssysteme für
diese Anforderungen konzeptioniert und evaluiert. Ein besonders interessantes Verfahren ist hier die
Powerline Kommunikation. Diese ist ein Paket-basiertes Verfahren, welches nach dem Prinzip des
Ethernet-Stacks einen MAC- und einen PHY-Layer definiert.

Der MAC-Layer übernimmt hierbei eine steuernde Rolle und leitet die Pakete an die PHY-Layer
weiter, bewertet die frequenzbezogenen Eigenschaften des Übertragungskanals und kontrolliert den
Verbindungsstatus zur Gegenstelle. Die Über- und Weitergabe von Paketen erfolgt hierbei über so
genannte FIFO-Interfaces, jeweils zur darüber liegenden Schicht und dem PHY-Layer. Außerdem
regelt der MAC-Layer den Medienzugriff auf die Powerline, wobei dieser parallel den Status des
Mediums abfragen und Daten für das Senden vorbereiten muss.

In dieser Arbeit soll ein MAC-Layer nach dem HomePlug V1.0.1 Standard konzeptioniert und
implementiert werden. Die Implementierung erfolgt hierbei zunächst in einer C-
Referenzimplementierung, um eine Funktionale Verifikation durchzuführen. Anschließend soll der
MAC-Layer in einer VHDL-Implementierung umgesetzt werden und die Funktionsweise gegen die C-
Implementierung verifiziert werden. Zusätzlich soll untersucht werden, wie sich eine hybride Lösung
durch die Verwendung eines Soft-Core-Prozessors auf dem FPGA auf Fläche und Durchsatz verhält.
Am Schluss der Arbeit soll eine echtzeitfähige, verifizierte VHDL-Implementierung vorliegen, welche
sowohl Daten empfangen und verarbeiten als auch für das Senden vorbereiten kann.