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

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

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


【關(guān)鍵詞】：IEEE802.11 WLAN SYSTEM VIEW 擴(kuò)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(shí)際無線傳輸?shù)姆绞讲煌琁EEE802.11在統(tǒng)一的MAC層下面規(guī)范了各種不同的實(shí)體層，以適應(yīng)當(dāng)前的情況及未來的技術(shù)發(fā)展。IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的頒布，使得無線局域網(wǎng)在各種有移動(dòng)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(chǎn)品得以互聯(lián)。
歷經(jīng)十幾年發(fā)展后，IEEE 802.11家族已經(jīng)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(nèi)容如下：
 IEEE 802.11a：它擴(kuò)充了無線局域網(wǎng)的物理層，規(guī)定該層使用5GHz頻帶。該標(biāo)準(zhǔn)采用正交頻分復(fù)用（OFDM）調(diào)制數(shù)據(jù)，傳輸速率范圍為6～54Mbps。這樣的速率既能滿足室內(nèi)的應(yīng)用，也能滿足室外的應(yīng)用。
 IEEE 802.11b：它是IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)物理層的另一個(gè)補(bǔ)充，規(guī)定采用2.4GHz ISM頻帶，調(diào)制方法采用補(bǔ)償編碼鍵控（CCK）。CCK來源于直接序列擴(kuò)頻（DSSS）技術(shù)，多速率機(jī)制的媒體介入控制（MAC）確保當(dāng)工作站之間距離過長或干擾太大、信噪比低于某個(gè)門限時(shí)，傳輸速率能從11Mbps自動(dòng)降到5.5Mbps，或者根據(jù)直接序列擴(kuò)頻技術(shù)調(diào)整到2Mbps和1Mbps。
 IEEE 802.11c：負(fù)責(zé)在原有標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上增強(qiáng)MAC層，以實(shí)現(xiàn)IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)橋操作。目前已經(jīng)完成，且已經(jīng)合并到IEEE802.11d標(biāo)準(zhǔn)中了。
 IEEE 802.11d：是IEEE 802.11b使用其他頻率的版本，以適應(yīng)一些不能使用2.4GHz頻段的國家。這些國家中大多數(shù)正在清理這個(gè)頻段。
 IEEE 802.11e：該標(biāo)準(zhǔn)主要是為了改進(jìn)和管理WLAN的服務(wù)質(zhì)量，保證能在IEEE 802.11無線網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行話音、音頻、視頻的傳輸，可視會(huì)議、媒體流的傳送，增強(qiáng)的安全應(yīng)用及移動(dòng)訪問應(yīng)用等。有一些對時(shí)間敏感、有嚴(yán)格要求的業(yè)務(wù)（如話音、視頻等）中，QoS是非常重要的指標(biāo)，因此IEEE 802.11e在MAC層加入了QoS功能，其中的混合協(xié)調(diào)功能（Hybrid Coordination Function,HCF）可以單獨(dú)使用或綜合使用以下兩種信道接入機(jī)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(wǎng)不同的時(shí)分多址（TDMA）協(xié)議，并對重要通信增加額外糾錯(cuò)功能。目前標(biāo)準(zhǔn)還沒定案，原因在于對服務(wù)級別仍存在爭議，另外如何具體實(shí)現(xiàn)特定服務(wù)級別也還是個(gè)問題。
 IEEE 802.11f：即接入點(diǎn)內(nèi)部協(xié)議（Inter－Access point protocol），該標(biāo)準(zhǔn)目的是改善IEEE 802.11協(xié)議的切換機(jī)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(shè)備間漫游。這就使無線局域網(wǎng)能夠提供與移動(dòng)通信同樣的移動(dòng)性。
 IEEE 802.11g：是2003年6月12日正是定案的第三個(gè)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，同樣運(yùn)行于2.4GHz，共有3個(gè)不重疊的傳輸信道。由于該標(biāo)準(zhǔn)中使用了與IEEE 802.11a標(biāo)準(zhǔn)相同的調(diào)制方式OFDM，使網(wǎng)絡(luò)達(dá)到了54Mbps的高傳輸速率。IEEE 802.11g提高了數(shù)據(jù)率，同時(shí)保持了與IEEE 802.11b的兼容性。
 IEEE 802.11h：該標(biāo)準(zhǔn)主要是為了增強(qiáng)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(yīng)歐洲的標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)正在制定中。
 IEEE 802.11i：增強(qiáng)WLAN的安全和鑒別機(jī)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(rèn)證。由于IEEE 802.11i與MAC層上的功能有關(guān)，認(rèn)證協(xié)議在傳輸層，IEEE不負(fù)責(zé)管理，而今市場提供的解決方案則是使用IEEE802.1*，同時(shí)將精力集中在比較容易實(shí)施的服務(wù)器/客戶機(jī)協(xié)議上，因此出現(xiàn)了許多認(rèn)證協(xié)議。如高級認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（AES）和當(dāng)時(shí)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(wǎng)絡(luò)能夠互通，目前尚處于醞釀中，IEEE還沒正式成立專門任務(wù)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(dá)600Mbps。使用了將MIMO（多入多出）與OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)相結(jié)合而應(yīng)用的MIMO OFDM技術(shù)，提高了無線傳輸質(zhì)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(shù)，WLAN將不但能實(shí)現(xiàn)802.11n向前后兼容，而且可以實(shí)現(xiàn)WLAN與無線廣域網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，比如3G。



第二章 擴(kuò)頻通信的原理
2.1 擴(kuò)頻通信概述
擴(kuò)展頻譜通信（Spread Spectrum Communication）簡稱擴(kuò)頻通信，是開始于20世紀(jì)四五十年代的一種新的通信_(tái)。其方法是將待傳送的信息數(shù)據(jù)用偽隨機(jī)序列調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再進(jìn)行傳輸，接收端則采用相同的偽隨機(jī)序列進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，恢復(fù)出原始信息數(shù)據(jù)。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(kuò)展后進(jìn)行寬帶通信，在接收端經(jīng)相關(guān)處理恢復(fù)成窄帶信號后再解調(diào)信息數(shù)據(jù)。它具有偽隨機(jī)碼調(diào)制和信號相關(guān)處理兩大特點(diǎn)。正式這兩大特點(diǎn)，使擴(kuò)展頻譜通信具有許多有點(diǎn)，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(fù)用和任意選址，可高精度測距等。因此，擴(kuò)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(dòng)通信、電力線通信網(wǎng)、微弱通信、雷達(dá)測距、無損檢測、電子醫(yī)學(xué)測量等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。
就如同一般通信系統(tǒng)一般，WLAN系統(tǒng)也包括調(diào)制解調(diào)，編碼解碼的部分。而編碼技術(shù)即是WLAN系統(tǒng)中的擴(kuò)頻部分，擴(kuò)頻傳輸技術(shù)是一種以高頻帶寬和低峰值功率為特征的通信技術(shù)。他是現(xiàn)在最常用的無線局域網(wǎng)傳輸技術(shù)。擴(kuò)頻傳輸技術(shù)是指用比信號帶寬寬得多的頻帶寬度來傳輸信息的技術(shù)，一般的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行三次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)。一次調(diào)制為信息調(diào)制（編碼），二次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，三次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應(yīng)的信息解調(diào)（解碼）、解擴(kuò)調(diào)制和射頻解調(diào)。與一般數(shù)字通信系統(tǒng)比較，擴(kuò)頻通信就是多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)調(diào)制部分。對于其精確的定義是：擴(kuò)頻是通過注入一股更高頻率的信號，將基帶信號擴(kuò)展到一股更寬的頻帶內(nèi)的射頻通信系統(tǒng)，即發(fā)射信號的能量被擴(kuò)展到一股更寬的頻帶內(nèi)，是其看起來和噪聲一樣。擴(kuò)展帶寬與初始信號之比稱為處理增益（dB），典型的擴(kuò)頻處理增益可以從20dB到60dB。采用擴(kuò)頻傳輸技術(shù)，在天線之前發(fā)射鏈路的某處簡單的引入相應(yīng)的擴(kuò)頻碼。
本文所做的仿真以802.11標(biāo)準(zhǔn)也就是最基本得標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)，它規(guī)定了3種物理層傳輸介質(zhì)的工作方式。其中兩種物理層傳輸介質(zhì)工作方式在2.4~2.4835GHz微博頻段，采用擴(kuò)頻傳輸技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，包括跳頻序列傳輸技術(shù)（FHSS）和直接序列擴(kuò)頻傳輸技術(shù)（DSSS）。
在IEEE802.11的規(guī)定中，F(xiàn)HSS的無線網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)的仿真是基于直序擴(kuò)頻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。
2.2 擴(kuò)頻通信的基本原理
擴(kuò)頻通信的基本原理如圖1-1所示。信息數(shù)據(jù)D先通過常規(guī)的載波調(diào)制變成帶寬為 的信號，然后用擴(kuò)頻序列發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)Pseudo Noise,簡稱PN碼序列作擴(kuò)頻調(diào)制，形成帶寬為 （ ）、功率譜密度極低的擴(kuò)頻信號后再發(fā)射。信息數(shù)據(jù)D也可先經(jīng)偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻，然后再經(jīng)載波調(diào)制。眾多的通信用戶使用各自不同的偽隨機(jī)碼，可以在同一頻帶內(nèi)同時(shí)傳輸。在接收端，須用與發(fā)送端相同的偽隨機(jī)碼作擴(kuò)頻解調(diào)處理，把寬帶信號恢復(fù)成窄帶信號，并用常規(guī)的信號處理方法皆跳出信息數(shù)據(jù)D。顯然，當(dāng)接收端不知道發(fā)送端使用的偽隨機(jī)碼時(shí)，要進(jìn)行解擴(kuò)是非常難甚至是不可能的。這樣就實(shí)現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)的b_m通信。當(dāng)接收端采用對應(yīng)的偽隨機(jī)碼接收某一擴(kuò)頻信號時(shí)，通信信道中其他的擴(kuò)頻信號在該接收端的解擴(kuò)相關(guān)處理中無信號輸出，不會(huì)對該擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)解調(diào)產(chǎn)生干擾。這樣，不同用戶的接收端使用不同的偽隨機(jī)碼作解擴(kuò)處理，就可得到相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多用戶（或多址）通信。
擴(kuò)展頻譜技術(shù)的理論基礎(chǔ)是信息論中的香農(nóng)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(dāng)S/N很小的時(shí)候（<0.1）,得到

可以看出，在無差錯(cuò)傳輸?shù)男畔⑷萘緾不變時(shí)，如N/S很大，則必須使用足夠大的帶寬W來傳輸信號。
擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的基本工作方式如下：
（1） 直接序列擴(kuò)頻（Direct Sequence Spread Spectrum）方式，即所謂的直擴(kuò)（DS）方式。直接序列擴(kuò)頻（簡稱直序擴(kuò)頻）系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。輸入的信息數(shù)據(jù)D，經(jīng)過載波調(diào)制變成帶寬為 的信號，再由偽隨機(jī)碼調(diào)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(zhǔn)確相位，產(chǎn)生與發(fā)送來的偽隨機(jī)碼同相的本地參考偽碼，以供解擴(kuò)使用。直序擴(kuò)頻方式是擴(kuò)頻應(yīng)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(jié)構(gòu)如圖2-3所示。信息數(shù)據(jù)D先經(jīng)載波調(diào)制成帶寬為 的信號，再進(jìn)行擴(kuò)頻。其輸出信號的載波頻率受偽隨機(jī)碼發(fā)生器控制，在帶寬為 （ > ）的頻帶內(nèi)隨即跳變，實(shí)現(xiàn)帶寬為 的窄帶信號到帶寬為 的發(fā)射信號的頻譜擴(kuò)展。受偽隨機(jī)碼控制的發(fā)射載波頻率合成器，可以使由高速數(shù)字信號控制頻率跳變的頻率合成器，因此，載波調(diào)制多半使用與相位無關(guān)的調(diào)頻方式，其跳頻工作稱為非相干FH方式。擴(kuò)展后的頻帶由整個(gè)頻率合成器生成的最小跳頻間隔和頻率間隔數(shù)據(jù)決定。調(diào)頻速度由信號種類、信息數(shù)據(jù)速率、糾錯(cuò)方法等決定，有高速、中速、低速跳頻之分。
（3） 跳變時(shí)間（Time Hopping）方式，即所謂跳時(shí)（TH）方式。信息數(shù)據(jù)D送入受偽隨機(jī)碼控制的脈沖調(diào)制發(fā)射機(jī)，發(fā)射出攜帶信息數(shù)據(jù)且為偽隨機(jī)間隔的射頻信號。這種工作方式允許在隨機(jī)時(shí)分多址通信中，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)使用同一個(gè)天線。在實(shí)際系統(tǒng)中，跳時(shí)方式很少單獨(dú)使用，多半與其他工作方式混合使用，構(gòu)成需要的實(shí)際系統(tǒng)。
（4） 寬帶線性跳頻（Chirp Modulation）方式，即Chirp方式。寬帶線性調(diào)頻在過去是作為雷達(dá)測距的一種工作方式使用的。發(fā)射信號是一個(gè)頻偏為 的寬帶調(diào)頻波（通常是線性調(diào)頻），接收機(jī)解調(diào)使用具有頻率范圍高、延遲時(shí)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(yīng)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(kuò)頻通信特性的重要參數(shù)是擴(kuò)頻增益（Spreading Gain),用G表示。擴(kuò)頻增益G定義為頻譜擴(kuò)展前的信號帶寬 與頻譜擴(kuò)展后的信號帶寬 之比，即
＝ /
在擴(kuò)頻通信中，接收機(jī)對擴(kuò)頻信號解擴(kuò)后，只提取偽隨機(jī)碼相關(guān)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(kuò)頻增益 準(zhǔn)確反映了擴(kuò)頻通信的這種能力，它描述了擴(kuò)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(kuò)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(kuò)頻增益，可高達(dá)70dB。
上述4種是基本的擴(kuò)頻工作方式，最常用的是直序擴(kuò)頻和跳變頻率兩種方式。在實(shí)際系統(tǒng)中，僅僅采用單一工作方式不能達(dá)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(kuò)頻通信系統(tǒng)
一、定義
跳頻擴(kuò)頻是 ……（未完，全文共36902字，當(dāng)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(shè)計(jì)(上行部分)》）