畢業(yè)論文：基于IEEE802.11的WLAN系統(tǒng)在system view的仿真設計(上行部分)

畢業(yè)設計（論文）
題目：基于IEEE802.11的WLAN系統(tǒng)在system view的仿真設計(上行部分)
院 （系）信息科學與工程學院
專 業(yè) 通信工程

摘要
本文目的是以IEEE802.11協(xié)議為標準，利用system view仿真軟件模擬WLAN系統(tǒng)，以便于熟悉wlan系統(tǒng)基本架構和工作原理，熟悉IEEE802.11協(xié)議，熟悉wlan系統(tǒng)的基本架構和工作原理，熟練掌握system view軟件的使用。使用仿真軟件設計一個wlan系統(tǒng)的上行鏈路。并對系統(tǒng)進行分析及仿真結果進行評估。本文將以我負責的WLAN系統(tǒng)上行鏈路作為重點，深入分析WLAN系統(tǒng)的擴頻調制部分及載波調制部分，并分析經過上行鏈路調制后的調制波形，對本系統(tǒng)做出完整的概括和描述。為了對實際的發(fā)射、接收設備以及信道進行仿真，在對射頻的放大器、衰減器、混頻器等仿真時，采用了射頻/模擬庫的圖標。射頻/模擬庫的放大器、衰減器等圖標在參數上突出對射頻電路的仿真，增加了如噪聲系數或噪聲特性、1dB壓縮點、干擾特性等參數，更加適用于真實射頻電路的仿真。旨在反映該系統(tǒng)在實際中的應用，優(yōu)缺點，以及與經其他方式調制系統(tǒng)的區(qū)別。


【關鍵詞】：IEEE802.11 WLAN SYSTEM VIEW 擴頻 FHSS

ABSTRACT
The purpose of this article is for standard, use IEEE802.11 agreement views view simulation software simulation WLAN system, in order to familiar with basic system structure and wireless local-area network (WLAN principle, familiar with, be familiar with the WLAN system IEEE802.11 agreement basic framework of and work principle, master the use of the system view software package. Using simulation software to design a wlan uplink systems. And the system is analyzed and the e*perimental results were evaluated. This paper will take me responsible WLAN system as the key uplink, in-depth analysis of WLAN system spread spectrum modulation part and carrier modulation portion, and analysis of the modulated by the uplink this system, modulating waveform make complete generalization and description. In order to the actual transmitting and receiving equipment and channel, and simulation on the amplifier, rf attenuato
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AC）層及物理（Physical，PHY）層。特別是由于實際無線傳輸的方式不同，IEEE802.11在統(tǒng)一的MAC層下面規(guī)范了各種不同的實體層，以適應當前的情況及未來的技術發(fā)展。IEEE802.11標準的頒布，使得無線局域網在各種有移動要求的環(huán)境中被廣泛接受，還使得各種不同廠商的無線產品得以互聯(lián)。
歷經十幾年發(fā)展后，IEEE 802.11家族已經從最初的IEEE 802.11發(fā)展到了目前IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、……、IEEE 802.11i等，具體內容如下：
 IEEE 802.11a：它擴充了無線局域網的物理層，規(guī)定該層使用5GHz頻帶。該標準采用正交頻分復用（OFDM）調制數據，傳輸速率范圍為6～54Mbps。這樣的速率既能滿足室內的應用，也能滿足室外的應用。
 IEEE 802.11b：它是IEEE 802.11標準物理層的另一個補充，規(guī)定采用2.4GHz ISM頻帶，調制方法采用補償編碼鍵控（CCK）。CCK來源于直接序列擴頻（DSSS）技術，多速率機制的媒體介入控制（MAC）確保當工作站之間距離過長或干擾太大、信噪比低于某個門限時，傳輸速率能從11Mbps自動降到5.5Mbps，或者根據直接序列擴頻技術調整到2Mbps和1Mbps。
 IEEE 802.11c：負責在原有標準的基礎上增強MAC層，以實現(xiàn)IEEE802.11標準的網橋操作。目前已經完成，且已經合并到IEEE802.11d標準中了。
 IEEE 802.11d：是IEEE 802.11b使用其他頻率的版本，以適應一些不能使用2.4GHz頻段的國家。這些國家中大多數正在清理這個頻段。
 IEEE 802.11e：該標準主要是為了改進和管理WLAN的服務質量，保證能在IEEE 802.11無線網絡上進行話音、音頻、視頻的傳輸，可視會議、媒體流的傳送，增強的安全應用及移動訪問應用等。有一些對時間敏感、有嚴格要求的業(yè)務（如話音、視頻等）中，QoS是非常重要的指標，因此IEEE 802.11e在MAC層加入了QoS功能，其中的混合協(xié)調功能（Hybrid Coordination Function,HCF）可以單獨使用或綜合使用以下兩種信道接入機制：一種是基于競爭式的（contentionbased），一種是基于輪詢式的（polled）。MAC層采用的是與以太網不同的時分多址（TDMA）協(xié)議，并對重要通信增加額外糾錯功能。目前標準還沒定案，原因在于對服務級別仍存在爭議，另外如何具體實現(xiàn)特定服務級別也還是個問題。
 IEEE 802.11f：即接入點內部協(xié)議（Inter－Access point protocol），該標準目的是改善IEEE 802.11協(xié)議的切換機制，使用戶能夠在不同的交換分區(qū)間（無線信道）或者在接入設備間漫游。這就使無線局域網能夠提供與移動通信同樣的移動性。
 IEEE 802.11g：是2003年6月12日正是定案的第三個傳輸標準，同樣運行于2.4GHz，共有3個不重疊的傳輸信道。由于該標準中使用了與IEEE 802.11a標準相同的調制方式OFDM，使網絡達到了54Mbps的高傳輸速率。IEEE 802.11g提高了數據率，同時保持了與IEEE 802.11b的兼容性。
 IEEE 802.11h：該標準主要是為了增強5GHz波段的IEEE802.11 MAC規(guī)范及802.11a高速物理層規(guī)范。IEEE 802.11h比IEEE 802.11a能更好地控制發(fā)送功率和選擇無線信道，與IEEE 802.11e一起可以適應歐洲的標準。此標準正在制定中。
 IEEE 802.11i：增強WLAN的安全和鑒別機制，主要是克服IEEE 802.11在安全性方面存在的不足。WLAN在安全保證方面很重要的一環(huán)就是認證。由于IEEE 802.11i與MAC層上的功能有關，認證協(xié)議在傳輸層，IEEE不負責管理，而今市場提供的解決方案則是使用IEEE802.1*，同時將精力集中在比較容易實施的服務器/客戶機協(xié)議上，因此出現(xiàn)了許多認證協(xié)議。如高級認證標準（AES）和當時密鑰集成協(xié)議（Temporal Key Integrity Protocol，TKIP）等。
 IEEE 802.11j：目的是使802.11a和HiperLAN2網絡能夠互通，目前尚處于醞釀中，IEEE還沒正式成立專門任務組來討論。
 IEEE 802.11n：是下一代無線新規(guī)范，802.11n可以將WLAN的傳輸速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps、108Mbps，提供到300Mbps甚至高達600Mbps。使用了將MIMO（多入多出）與OFDM（正交頻分復用）技術相結合而應用的MIMO OFDM技術，提高了無線傳輸質量，也使傳輸速率得到極大提升。802.11n采用了一種軟件無線電技術，WLAN將不但能實現(xiàn)802.11n向前后兼容，而且可以實現(xiàn)WLAN與無線廣域網絡的結合，比如3G。



第二章 擴頻通信的原理
2.1 擴頻通信概述
擴展頻譜通信（Spread Spectrum Communication）簡稱擴頻通信，是開始于20世紀四五十年代的一種新的通信_。其方法是將待傳送的信息數據用偽隨機序列調制，實現(xiàn)頻譜擴展后再進行傳輸，接收端則采用相同的偽隨機序列進行相關解調，恢復出原始信息數據。這種通信方式與一般常見的窄帶通信方式相反，它在發(fā)送端將信號頻譜擴展后進行寬帶通信，在接收端經相關處理恢復成窄帶信號后再解調信息數據。它具有偽隨機碼調制和信號相關處理兩大特點。正式這兩大特點，使擴展頻譜通信具有許多有點，如抗干擾，抗噪聲，抗多徑衰落，可在低功率譜密度下工作，具有b_m性，可多址復用和任意選址，可高精度測距等。因此，擴展頻譜通信方式得到了迅速發(fā)展，并在衛(wèi)星通信與定位、移動通信、電力線通信網、微弱通信、雷達測距、無損檢測、電子醫(yī)學測量等方面都得到了廣泛的應用。
就如同一般通信系統(tǒng)一般，WLAN系統(tǒng)也包括調制解調，編碼解碼的部分。而編碼技術即是WLAN系統(tǒng)中的擴頻部分，擴頻傳輸技術是一種以高頻帶寬和低峰值功率為特征的通信技術。他是現(xiàn)在最常用的無線局域網傳輸技術。擴頻傳輸技術是指用比信號帶寬寬得多的頻帶寬度來傳輸信息的技術，一般的擴頻通信系統(tǒng)都要進行三次調制和相應的解調。一次調制為信息調制（編碼），二次調制為擴頻調制，三次調制為射頻調制，以及相應的信息解調（解碼）、解擴調制和射頻解調。與一般數字通信系統(tǒng)比較，擴頻通信就是多了擴頻調制和解擴調制部分。對于其精確的定義是：擴頻是通過注入一股更高頻率的信號，將基帶信號擴展到一股更寬的頻帶內的射頻通信系統(tǒng)，即發(fā)射信號的能量被擴展到一股更寬的頻帶內，是其看起來和噪聲一樣。擴展帶寬與初始信號之比稱為處理增益（dB），典型的擴頻處理增益可以從20dB到60dB。采用擴頻傳輸技術，在天線之前發(fā)射鏈路的某處簡單的引入相應的擴頻碼。
本文所做的仿真以802.11標準也就是最基本得標準來設計，它規(guī)定了3種物理層傳輸介質的工作方式。其中兩種物理層傳輸介質工作方式在2.4~2.4835GHz微博頻段，采用擴頻傳輸技術進行數據傳輸，包括跳頻序列傳輸技術（FHSS）和直接序列擴頻傳輸技術（DSSS）。
在IEEE802.11的規(guī)定中，F(xiàn)HSS的無線網絡提供1Mbps傳輸速率（2Mbps為可選頻率），而DSSS則可提供1Mbps及2Mbps工作速率。
本文中對于IEEE802.11的無線局域網的仿真是基于直序擴頻系統(tǒng)的基礎上進行的。
2.2 擴頻通信的基本原理
擴頻通信的基本原理如圖1-1所示。信息數據D先通過常規(guī)的載波調制變成帶寬為 的信號，然后用擴頻序列發(fā)生器產生的偽隨機Pseudo Noise,簡稱PN碼序列作擴頻調制，形成帶寬為 （ ）、功率譜密度極低的擴頻信號后再發(fā)射。信息數據D也可先經偽隨機碼擴頻，然后再經載波調制。眾多的通信用戶使用各自不同的偽隨機碼，可以在同一頻帶內同時傳輸。在接收端，須用與發(fā)送端相同的偽隨機碼作擴頻解調處理，把寬帶信號恢復成窄帶信號，并用常規(guī)的信號處理方法皆跳出信息數據D。顯然，當接收端不知道發(fā)送端使用的偽隨機碼時，要進行解擴是非常難甚至是不可能的。這樣就實現(xiàn)了信息數據的b_m通信。當接收端采用對應的偽隨機碼接收某一擴頻信號時，通信信道中其他的擴頻信號在該接收端的解擴相關處理中無信號輸出，不會對該擴頻信號的解擴解調產生干擾。這樣，不同用戶的接收端使用不同的偽隨機碼作解擴處理，就可得到相應的信息數據，實現(xiàn)多用戶（或多址）通信。
擴展頻譜技術的理論基礎是信息論中的香農定理。
,
其中，C——信道容量（bps）；
N——噪聲功率；
W——帶寬（Hz）；
S——信號功率。
當S/N很小的時候（<0.1）,得到

可以看出，在無差錯傳輸的信息容量C不變時，如N/S很大，則必須使用足夠大的帶寬W來傳輸信號。
擴頻通信系統(tǒng)的基本工作方式如下：
（1） 直接序列擴頻（Direct Sequence Spread Spectrum）方式，即所謂的直擴（DS）方式。直接序列擴頻（簡稱直序擴頻）系統(tǒng)的基本結構如圖2-2所示。輸入的信息數據D，經過載波調制變成帶寬為 的信號，再由偽隨機碼調制成帶寬為 的寬帶信號后發(fā)射。在接收端，首先通過同步電路捕捉發(fā)送來的PN碼的準確相位，產生與發(fā)送來的偽隨機碼同相的本地參考偽碼，以供解擴使用。直序擴頻方式是擴頻應用中最典型、最常用的一種。
（2） 跳變頻率（Frequency Hopping）方式，即所謂跳頻（FH）方式。跳頻系統(tǒng)的基本結構如圖2-3所示。信息數據D先經載波調制成帶寬為 的信號，再進行擴頻。其輸出信號的載波頻率受偽隨機碼發(fā)生器控制，在帶寬為 （ > ）的頻帶內隨即跳變，實現(xiàn)帶寬為 的窄帶信號到帶寬為 的發(fā)射信號的頻譜擴展。受偽隨機碼控制的發(fā)射載波頻率合成器，可以使由高速數字信號控制頻率跳變的頻率合成器，因此，載波調制多半使用與相位無關的調頻方式，其跳頻工作稱為非相干FH方式。擴展后的頻帶由整個頻率合成器生成的最小跳頻間隔和頻率間隔數據決定。調頻速度由信號種類、信息數據速率、糾錯方法等決定，有高速、中速、低速跳頻之分。
（3） 跳變時間（Time Hopping）方式，即所謂跳時（TH）方式。信息數據D送入受偽隨機碼控制的脈沖調制發(fā)射機，發(fā)射出攜帶信息數據且為偽隨機間隔的射頻信號。這種工作方式允許在隨機時分多址通信中，發(fā)射機和接收機使用同一個天線。在實際系統(tǒng)中，跳時方式很少單獨使用，多半與其他工作方式混合使用，構成需要的實際系統(tǒng)。
（4） 寬帶線性跳頻（Chirp Modulation）方式，即Chirp方式。寬帶線性調頻在過去是作為雷達測距的一種工作方式使用的。發(fā)射信號是一個頻偏為 的寬帶調頻波（通常是線性調頻），接收機解調使用具有頻率范圍高、延遲時間小的脈沖壓縮濾波器，其輸出為極窄的壓縮脈沖。最近，已有人使用這種方式作為通信系統(tǒng)的基本工作方式，以克服多普勒效應對通信系統(tǒng)的影響，典型的是WCCM（Wide Band Command and Control System）系統(tǒng)。
反映擴頻通信特性的重要參數是擴頻增益（Spreading Gain),用G表示。擴頻增益G定義為頻譜擴展前的信號帶寬 與頻譜擴展后的信號帶寬 之比，即
＝ /
在擴頻通信中，接收機對擴頻信號解擴后，只提取偽隨機碼相關處理后的帶寬為 的信號成分，而濾除寬頻帶 中的外部干擾、噪聲、和其他用戶通信信號的影響。擴頻增益 準確反映了擴頻通信的這種能力，它描述了擴頻通信系統(tǒng)對信噪比改善的程度。例如，一般DS系統(tǒng)的擴頻增益在15dB~35dB左右。深空通信用的DS系統(tǒng)都具有較高的擴頻增益，可高達70dB。
上述4種是基本的擴頻工作方式，最常用的是直序擴頻和跳變頻率兩種方式。在實際系統(tǒng)中，僅僅采用單一工作方式不能達到所希望的性能，往往采用兩種或兩種以上工作方式的混合形式。

2.3 跳頻擴頻通信系統(tǒng)
一、定義
跳頻擴頻是 ……（未完，全文共36902字，當前僅顯示6637字，請閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：基于IEEE802.11的WLAN系統(tǒng)在system view的仿真設計(上行部分)》）