毕业论文：基于IEEE802.11的WLAN系统在system view的仿真设计(上行部分)

毕业设计（论文）
题目：基于IEEE802.11的WLAN系统在system view的仿真设计(上行部分)
院 （系）信息科学与工程学院
专 业 通信工程

摘要
本文目的是以IEEE802.11协议为标准，利用system view仿真软件模拟WLAN系统，以便于熟悉wlan系统基本架构和工作原理，熟悉IEEE802.11协议，熟悉wlan系统的基本架构和工作原理，熟练掌握system view软件的使用。使用仿真软件设计一个wlan系统的上行链路。并对系统进行分析及仿真结果进行评估。本文将以我负责的WLAN系统上行链路作为重点，深入分析WLAN系统的扩频调制部分及载波调制部分，并分析经过上行链路调制后的调制波形，对本系统做出完整的概括和描述。为了对实际的发射、接收设备以及信道进行仿真，在对射频的放大器、衰减器、混频器等仿真时，采用了射频/模拟库的图标。射频/模拟库的放大器、衰减器等图标在参数上突出对射频电路的仿真，增加了如噪声系数或噪声特性、1dB压缩点、干扰特性等参数，更加适用于真实射频电路的仿真。旨在反映该系统在实际中的应用，优缺点，以及与经其他方式调制系统的区别。


【关键词】：IEEE802.11 WLAN SYSTEM VIEW 扩频 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）层及物理（Physical，PHY）层。特别是由于实际无线传输的方式不同，IEEE802.11在统一的MAC层下面规范了各种不同的实体层，以适应当前的情况及未来的技术发展。IEEE802.11标准的颁布，使得无线局域网在各种有移动要求的环境中被广泛接受，还使得各种不同厂商的无线产品得以互联。
历经十几年发展后，IEEE 802.11家族已经从最初的IEEE 802.11发展到了目前IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、……、IEEE 802.11i等，具体内容如下：
 IEEE 802.11a：它扩充了无线局域网的物理层，规定该层使用5GHz频带。该标准采用正交频分复用（OFDM）调制数据，传输速率范围为6～54Mbps。这样的速率既能满足室内的应用，也能满足室外的应用。
 IEEE 802.11b：它是IEEE 802.11标准物理层的另一个补充，规定采用2.4GHz ISM频带，调制方法采用补偿编码键控（CCK）。CCK来源于直接序列扩频（DSSS）技术，多速率机制的媒体介入控制（MAC）确保当工作站之间距离过长或干扰太大、信噪比低于某个门限时，传输速率能从11Mbps自动降到5.5Mbps，或者根据直接序列扩频技术调整到2Mbps和1Mbps。
 IEEE 802.11c：负责在原有标准的基础上增强MAC层，以实现IEEE802.11标准的网桥操作。目前已经完成，且已经合并到IEEE802.11d标准中了。
 IEEE 802.11d：是IEEE 802.11b使用其他频率的版本，以适应一些不能使用2.4GHz频段的国家。这些国家中大多数正在清理这个频段。
 IEEE 802.11e：该标准主要是为了改进和管理WLAN的服务质量，保证能在IEEE 802.11无线网络上进行话音、音频、视频的传输，可视会议、媒体流的传送，增强的安全应用及移动访问应用等。有一些对时间敏感、有严格要求的业务（如话音、视频等）中，QoS是非常重要的指标，因此IEEE 802.11e在MAC层加入了QoS功能，其中的混合协调功能（Hybrid Coordination Function,HCF）可以单独使用或综合使用以下两种信道接入机制：一种是基于竞争式的（contentionbased），一种是基于轮询式的（polled）。MAC层采用的是与以太网不同的时分多址（TDMA）协议，并对重要通信增加额外纠错功能。目前标准还没定案，原因在于对服务级别仍存在争议，另外如何具体实现特定服务级别也还是个问题。
 IEEE 802.11f：即接入点内部协议（Inter－Access point protocol），该标准目的是改善IEEE 802.11协议的切换机制，使用户能够在不同的交换分区间（无线信道）或者在接入设备间漫游。这就使无线局域网能够提供与移动通信同样的移动性。
 IEEE 802.11g：是2003年6月12日正是定案的第三个传输标准，同样运行于2.4GHz，共有3个不重叠的传输信道。由于该标准中使用了与IEEE 802.11a标准相同的调制方式OFDM，使网络达到了54Mbps的高传输速率。IEEE 802.11g提高了数据率，同时保持了与IEEE 802.11b的兼容性。
 IEEE 802.11h：该标准主要是为了增强5GHz波段的IEEE802.11 MAC规范及802.11a高速物理层规范。IEEE 802.11h比IEEE 802.11a能更好地控制发送功率和选择无线信道，与IEEE 802.11e一起可以适应欧洲的标准。此标准正在制定中。
 IEEE 802.11i：增强WLAN的安全和鉴别机制，主要是克服IEEE 802.11在安全性方面存在的不足。WLAN在安全保证方面很重要的一环就是认证。由于IEEE 802.11i与MAC层上的功能有关，认证协议在传输层，IEEE不负责管理，而今市场提供的解决方案则是使用IEEE802.1*，同时将精力集中在比较容易实施的服务器/客户机协议上，因此出现了许多认证协议。如高级认证标准（AES）和当时密钥集成协议（Temporal Key Integrity Protocol，TKIP）等。
 IEEE 802.11j：目的是使802.11a和HiperLAN2网络能够互通，目前尚处于酝酿中，IEEE还没正式成立专门任务组来讨论。
 IEEE 802.11n：是下一代无线新规范，802.11n可以将WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps、108Mbps，提供到300Mbps甚至高达600Mbps。使用了将MIMO（多入多出）与OFDM（正交频分复用）技术相结合而应用的MIMO OFDM技术，提高了无线传输质量，也使传输速率得到极大提升。802.11n采用了一种软件无线电技术，WLAN将不但能实现802.11n向前后兼容，而且可以实现WLAN与无线广域网络的结合，比如3G。



第二章 扩频通信的原理
2.1 扩频通信概述
扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication）简称扩频通信，是开始于20世纪四五十年代的一种新的通信_。其方法是将待传送的信息数据用伪随机序列调制，实现频谱扩展后再进行传输，接收端则采用相同的伪随机序列进行相关解调，恢复出原始信息数据。这种通信方式与一般常见的窄带通信方式相反，它在发送端将信号频谱扩展后进行宽带通信，在接收端经相关处理恢复成窄带信号后再解调信息数据。它具有伪随机码调制和信号相关处理两大特点。正式这两大特点，使扩展频谱通信具有许多有点，如抗干扰，抗噪声，抗多径衰落，可在低功率谱密度下工作，具有b_m性，可多址复用和任意选址，可高精度测距等。因此，扩展频谱通信方式得到了迅速发展，并在卫星通信与定位、移动通信、电力线通信网、微弱通信、雷达测距、无损检测、电子医学测量等方面都得到了广泛的应用。
就如同一般通信系统一般，WLAN系统也包括调制解调，编码解码的部分。而编码技术即是WLAN系统中的扩频部分，扩频传输技术是一种以高频带宽和低峰值功率为特征的通信技术。他是现在最常用的无线局域网传输技术。扩频传输技术是指用比信号带宽宽得多的频带宽度来传输信息的技术，一般的扩频通信系统都要进行三次调制和相应的解调。一次调制为信息调制（编码），二次调制为扩频调制，三次调制为射频调制，以及相应的信息解调（解码）、解扩调制和射频解调。与一般数字通信系统比较，扩频通信就是多了扩频调制和解扩调制部分。对于其精确的定义是：扩频是通过注入一股更高频率的信号，将基带信号扩展到一股更宽的频带内的射频通信系统，即发射信号的能量被扩展到一股更宽的频带内，是其看起来和噪声一样。扩展带宽与初始信号之比称为处理增益（dB），典型的扩频处理增益可以从20dB到60dB。采用扩频传输技术，在天线之前发射链路的某处简单的引入相应的扩频码。
本文所做的仿真以802.11标准也就是最基本得标准来设计，它规定了3种物理层传输介质的工作方式。其中两种物理层传输介质工作方式在2.4~2.4835GHz微博频段，采用扩频传输技术进行数据传输，包括跳频序列传输技术（FHSS）和直接序列扩频传输技术（DSSS）。
在IEEE802.11的规定中，FHSS的无线网络提供1Mbps传输速率（2Mbps为可选频率），而DSSS则可提供1Mbps及2Mbps工作速率。
本文中对于IEEE802.11的无线局域网的仿真是基于直序扩频系统的基础上进行的。
2.2 扩频通信的基本原理
扩频通信的基本原理如图1-1所示。信息数据D先通过常规的载波调制变成带宽为 的信号，然后用扩频序列发生器产生的伪随机Pseudo Noise,简称PN码序列作扩频调制，形成带宽为 （ ）、功率谱密度极低的扩频信号后再发射。信息数据D也可先经伪随机码扩频，然后再经载波调制。众多的通信用户使用各自不同的伪随机码，可以在同一频带内同时传输。在接收端，须用与发送端相同的伪随机码作扩频解调处理，把宽带信号恢复成窄带信号，并用常规的信号处理方法皆跳出信息数据D。显然，当接收端不知道发送端使用的伪随机码时，要进行解扩是非常难甚至是不可能的。这样就实现了信息数据的b_m通信。当接收端采用对应的伪随机码接收某一扩频信号时，通信信道中其他的扩频信号在该接收端的解扩相关处理中无信号输出，不会对该扩频信号的解扩解调产生干扰。这样，不同用户的接收端使用不同的伪随机码作解扩处理，就可得到相应的信息数据，实现多用户（或多址）通信。
扩展频谱技术的理论基础是信息论中的香农定理。
,
其中，C——信道容量（bps）；
N——噪声功率；
W——带宽（Hz）；
S——信号功率。
当S/N很小的时候（<0.1）,得到

可以看出，在无差错传输的信息容量C不变时，如N/S很大，则必须使用足够大的带宽W来传输信号。
扩频通信系统的基本工作方式如下：
（1） 直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）方式，即所谓的直扩（DS）方式。直接序列扩频（简称直序扩频）系统的基本结构如图2-2所示。输入的信息数据D，经过载波调制变成带宽为 的信号，再由伪随机码调制成带宽为 的宽带信号后发射。在接收端，首先通过同步电路捕捉发送来的PN码的准确相位，产生与发送来的伪随机码同相的本地参考伪码，以供解扩使用。直序扩频方式是扩频应用中最典型、最常用的一种。
（2） 跳变频率（Frequency Hopping）方式，即所谓跳频（FH）方式。跳频系统的基本结构如图2-3所示。信息数据D先经载波调制成带宽为 的信号，再进行扩频。其输出信号的载波频率受伪随机码发生器控制，在带宽为 （ > ）的频带内随即跳变，实现带宽为 的窄带信号到带宽为 的发射信号的频谱扩展。受伪随机码控制的发射载波频率合成器，可以使由高速数字信号控制频率跳变的频率合成器，因此，载波调制多半使用与相位无关的调频方式，其跳频工作称为非相干FH方式。扩展后的频带由整个频率合成器生成的最小跳频间隔和频率间隔数据决定。调频速度由信号种类、信息数据速率、纠错方法等决定，有高速、中速、低速跳频之分。
（3） 跳变时间（Time Hopping）方式，即所谓跳时（TH）方式。信息数据D送入受伪随机码控制的脉冲调制发射机，发射出携带信息数据且为伪随机间隔的射频信号。这种工作方式允许在随机时分多址通信中，发射机和接收机使用同一个天线。在实际系统中，跳时方式很少单独使用，多半与其他工作方式混合使用，构成需要的实际系统。
（4） 宽带线性跳频（Chirp Modulation）方式，即Chirp方式。宽带线性调频在过去是作为雷达测距的一种工作方式使用的。发射信号是一个频偏为 的宽带调频波（通常是线性调频），接收机解调使用具有频率范围高、延迟时间小的脉冲压缩滤波器，其输出为极窄的压缩脉冲。最近，已有人使用这种方式作为通信系统的基本工作方式，以克服多普勒效应对通信系统的影响，典型的是WCCM（Wide Band Command and Control System）系统。
反映扩频通信特性的重要参数是扩频增益（Spreading Gain),用G表示。扩频增益G定义为频谱扩展前的信号带宽 与频谱扩展后的信号带宽 之比，即
＝ /
在扩频通信中，接收机对扩频信号解扩后，只提取伪随机码相关处理后的带宽为 的信号成分，而滤除宽频带 中的外部干扰、噪声、和其他用户通信信号的影响。扩频增益 准确反映了扩频通信的这种能力，它描述了扩频通信系统对信噪比改善的程度。例如，一般DS系统的扩频增益在15dB~35dB左右。深空通信用的DS系统都具有较高的扩频增益，可高达70dB。
上述4种是基本的扩频工作方式，最常用的是直序扩频和跳变频率两种方式。在实际系统中，仅仅采用单一工作方式不能达到所希望的性能，往往采用两种或两种以上工作方式的混合形式。

2.3 跳频扩频通信系统
一、定义
跳频扩频是 ……（未完，全文共36902字，当前仅显示6637字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文：基于IEEE802.11的WLAN系统在system view的仿真设计(上行部分)》）