802.11a性能

无线局域网(WLAN)技术已经广泛地应用于各个领域,其标准也在不断发展。首先讨论了该系统物理层的关键技术;其次通过对WLAN中IEEE802.11a标准发射机和接收机工作过程的描述,分析了该系统物理层的基本原理;最后着重讨论了系统中的同步算法,并对该系统进行了仿真分析,给出了仿真结论。这对于该系统的分析与优化设计具有十分重要的意义。

摘要 无线局域网(WLAN)技术已经广泛地应用于各个领域,其标准也在不断发展。首先讨论了该系统物理层的关键技术;其次通过对WLAN中IEEE802.11a标准发射机和接收机工作过程的描述,分析了该系统物理层的基本原理;最后着重讨论了系统中的同步算法,并对该系统进行了仿真分析,给出了仿真结论。这对于该系统的分析与优化设计具有十分重要的意义。

近年来,随着无线局域网技术以及标准的发展,无线局域网产品逐渐成熟,无线局域网得到了业界以及公众的广泛关注,无线局域网的应用也逐渐发展起来。本文分析了无线局域网中IEEE802.11a标准物理层的关键技术和基本原理,对该系统物理层进行了仿真分析,给出了基本的仿真结论,这对优化整个系统的参数和指标,缩短系统开发的周期具有十分重要的意义。

1、IEEE802.11a的关键技术

IEEE802.11a[1]工作频段在5 GHz,采用CSMA/CA(载波侦听多路接入/冲突避免)协议,在物理层采用了OFDM(正交频分复用)技术,传输速率高达54 Mb/s。同步技术、信道估计技术和峰值/平均功率比(PAPR)是OFDM中研究的关键技术,所以在IEEE802.11a中,这三种技术是我们讨论的重点,另外还有一些关键技术,如分集技术、空时编码技术和如何减小系统的非线性失真等都值得我们深入研究。

1.1 同步和信道估计技术

(1)同步技术。在IEEE802.11a中,同步技术是指定时估算。定时估算有两个任务:分组同步和符号同步。它包括分组检测、频率同步和载波相位跟踪。分组检测是在接收数据分组的前导中找出分组起始的近似估算,这是所需要完成的第一个同步算法。一般常用的方法是:检测接收信号能量、双滑动窗口分组检测和利用前导结构进行分组检测[2]。OFDM的主要缺陷之一就是对载波频率偏移十分敏感,所以要对频偏进行估计。一般常用的频偏估计方法为时域和DFT方法[3];频率估计并非十全十美,还是会有一些频率误差的,因此对载波相位进行跟踪是必要的,常用的方法是数据辅助的载波相位跟踪和非数据辅助的载波相位跟踪。

(2)信道估计技术。信道估计技术是对发送信号在到达接收天线之前经过的无线信道频率响应进行估算的任务。信道估计对于采用连续调制方法的OFDM系统来说是必须的,否则就不能进行正确的解调,对该信道的了解也可以改善采用非相干调制方案的OFDM系统性能。在IEEE802.11a中一般采用的信道估计方法是频域和时域方法。在频域方法中分为两种方法,即训练序列的信道估计和插入导频的信道估计[4]。

1.2 分集技术

在衰落信道中提高系统性能的一个方法是改变信号的统计特性,这通常是由分集技术来实现的。在发射机和接收机中适当地设计信号处理的算法,就可以削弱衰落对系统的影响。在具有衰落信道的通信系统中所采用的分集技术主要有三种:时间、频率和空间上的分集。当衰落对时间具有选择性时,时间分集是有效的;当衰落对频率具有选择性时,即衰落是随频率变化而变化的时候,频率分集是有效的;即便在衰落信道既没有时间选择性又没有频率选择性,我们还可以采用空间分集技术来提高系统性能。空间分集可以划分为发射分集和接收分集。

(1)接收分集。在接收机中使用多个天线称之为接收分集。接收分集本质上是将接收信号流进行多个拷贝,采用合适的信号处理技术有效地把这些拷贝信号组合在一起。常用的接收分集技术是选择分集和最大比例合并(MRC)。

(2)发射分集。在前面简要介绍了接收分集技术,然而在很多情况下接收分集是不实用的。在这种情况下,发射端采用多天线,称为发射分集的技术则更具吸引力。多单元的发射机天线阵列在新兴的WLAN网络中将发挥越来越重要的作用。事实上,当与适当设计的信号处理算法一起使用的时候,这样的阵列会极大地提高系统性能。

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