【導(dǎo)讀】域網(wǎng)”，無線是指去除了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)傳輸線纜，利用微波等無線技術(shù)進(jìn)行信息傳遞。無線局域網(wǎng)利用了無線多址信道的一種有效方法來支持計(jì)算機(jī)之間的通信，并為通信的移動(dòng)化、個(gè)性化和多媒體應(yīng)用提供了可能。無線局域網(wǎng)憑借其快捷高效,組網(wǎng)靈活優(yōu)勢在近些年內(nèi)獲得了飛速的發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)通信不僅可以作為有線數(shù)據(jù)通信的補(bǔ)充及延伸，而且還可以與有線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境互為備份。隨著當(dāng)今社會(huì)移動(dòng)業(yè)2G向3G的過渡，WLAN已成為運(yùn)營商現(xiàn)階段3G數(shù)據(jù)。WLAN中的使用做出了重點(diǎn)分析。來越高，本文所提及的技術(shù)只是冰山一角，因此對(duì)WLAN技術(shù)的學(xué)習(xí)還需日后不斷努力。

　　

【正文】 過空時(shí)編碼形成 N個(gè)信息子流 Ci(k)， i=l，??， N。這 N個(gè)子流由 N個(gè)天線發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由 M個(gè)接收天線接收。多天線接收機(jī)利用先進(jìn)的空時(shí)編碼處理能夠分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流，從而實(shí)現(xiàn)最佳的處理。 圖 MIMO系統(tǒng)原理圖 特別是，這 N個(gè)子流同時(shí)發(fā)送到信道，各發(fā)射信號(hào)占用同一頻帶，因而并未增加帶寬。若各發(fā)射接收天線間的通道響應(yīng)獨(dú)立，則 MIMO系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個(gè)并行空間信道。通過這些并行空間信道獨(dú) 立地傳輸信息，數(shù)據(jù)率必然可以提高。 MIMO將多徑無線信道與發(fā)射、接收視為一個(gè)整體進(jìn)行優(yōu)化，從而可實(shí)現(xiàn)高的通信容量和頻譜利用率。這是一種近于最優(yōu)的空域時(shí)域聯(lián)合的分集和干擾對(duì)消處理。 系統(tǒng)容量是表征通信系統(tǒng)的最重要標(biāo)志之一，表示了通信系統(tǒng)最大傳輸率。對(duì)于發(fā)射天線數(shù)為 N，接收天線數(shù)為 M的多入多出 (MIMO)系統(tǒng)，假定信道為獨(dú)立的瑞利衰落信道（ Rayleigh fading channel一種無線電信號(hào)傳播環(huán)境的統(tǒng)計(jì)模型 ），并設(shè) N、 M很大，則信道容量 C近似為公式 C=[min(M， N)]B log2 (ρ /2)。 其中 B 為信號(hào)帶寬，ρ為接收端平均信噪比， min(M， N)為 M， N的較小者。上式表明，功率和帶寬固定時(shí)， MIMO 的最大容量或容量上限隨最小天線數(shù)的增加而線性增加。而在同樣條件下，在接收端或發(fā)射端采用多天線或天線陣列的普通智能天線系統(tǒng)，其容量僅隨天線數(shù)的對(duì)數(shù)增加而增加。因此， MIMO 技術(shù)對(duì)于提高無線局域網(wǎng)的容量具有極大的潛力。 MIMO+OFDM 技術(shù) 隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)無線局域網(wǎng)性能和數(shù)據(jù)速率的要求也越來越高。 54Mbit/s的數(shù)據(jù)速率顯得有些低了。 理論上來說，作為高速無線 局 域網(wǎng)核心的 OFDM技術(shù)，只要 適當(dāng) 選擇各載波的帶寬和采用糾錯(cuò)編碼技術(shù)，多徑衰落對(duì)系統(tǒng)的影響可以完全被消除。因此如果沒有功率和帶寬的限制，我們可以用 OFDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)任何傳輸速率。而其他技術(shù)就不具備這種特性，因?yàn)椴捎闷渌夹g(shù)時(shí)，當(dāng)數(shù)據(jù)速率最終增加到某一數(shù)值時(shí)信道的頻率選擇性衰落會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位，此時(shí)無論怎樣增加發(fā)射功率也無濟(jì)于事，這正是 OFDM技術(shù)適用于高速無線局域網(wǎng)的原因 ； 但畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 從實(shí)際上來說，為了進(jìn)一步增加系統(tǒng)的容量，提高系統(tǒng)傳輸速率，使用多載波調(diào)制技術(shù)的無線局域網(wǎng)需要增加載波的數(shù)量，而這種方法會(huì)造成系統(tǒng)復(fù)雜度的增加，并增大系統(tǒng)的帶寬，這對(duì)今日的帶 寬受限和功率受限的無線局域網(wǎng)系統(tǒng)就不太適合了。而 MIMO技術(shù)能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，因此將 MIMO技術(shù)與 OFDM技術(shù)相結(jié)合是適應(yīng)下一代無線局域網(wǎng)發(fā)展要求的趨勢。研究表明，在衰落信道環(huán)境下， OFDM系統(tǒng)非常適合使用 MIMO技術(shù)來提高容量。 MIMO+OFDM技術(shù)是通過在 OFDM傳輸系統(tǒng)中采用陣列天線實(shí)現(xiàn)空間分集，提高了信號(hào)質(zhì)量，是聯(lián)合 OFDM和 MIMO而得到的一種新技術(shù)。它利用了時(shí)間、頻率和空間三種分集技術(shù)，使無線系統(tǒng)對(duì)噪聲、干擾、多徑的容限大大增加。 MIMO+OFDM系 統(tǒng)有 Nt個(gè)發(fā)送天線， Nr個(gè)接收天線，在發(fā)送端和接收端各設(shè)置多重天線，可以提供空間分集效應(yīng)，克服電波衰落的不良影響。這是因?yàn)榘才徘‘?dāng)?shù)亩喔碧炀€提供多個(gè)空間信道，不會(huì)全部同時(shí)衰落。輸入的比特流經(jīng)串并變換分為多個(gè)分支，每個(gè)分支都進(jìn)行 OFDM處理，即經(jīng)過編碼、交織、 QAM映射、插入導(dǎo)頻信號(hào)、 IDFT變換、加循環(huán)前綴等過程，再經(jīng)天線發(fā)送到無線信道中 。接收端進(jìn)行與發(fā)射端相反的信號(hào)處理過程，例如：去除循環(huán)前綴、 DFT變換、解碼等等，同時(shí)進(jìn)行信道估計(jì)、定時(shí)、同步、 MIMO檢測等技術(shù)，來完全恢復(fù)原來的比特流。 MIMO+OFDM實(shí)現(xiàn)主要包括以下關(guān)鍵設(shè)計(jì)： (1)發(fā)送分集： MIMO+OFDM調(diào)制方式相結(jié)合，對(duì)下行通路選用“時(shí)延分集”，它裝備簡單、性能優(yōu)良，又沒有反饋要求。它是讓第二副天線發(fā)出的信號(hào)比第一副天線發(fā)出的延遲一段時(shí)間。發(fā)送端引用這樣的時(shí)延，可使接收通路響應(yīng)得到頻率選擇性。如采用適當(dāng)?shù)木幋a和穿插，接收端可以獲得“空間 頻率”分集增益，而不需預(yù)知通路情況。 (2)空間復(fù)用：為提高數(shù)據(jù)傳輸速率，可以采用空間復(fù)用技術(shù)。也可能從兩副基臺(tái)天線發(fā)送兩個(gè)各自編碼的數(shù)據(jù)流。這樣，可以把一個(gè)傳輸速率相對(duì)較高數(shù)據(jù)流多組成分割為一組相對(duì)速 率較低的數(shù)據(jù)流，分別在不同的天線對(duì)不同的數(shù)據(jù)流獨(dú)立的編碼、調(diào)制和發(fā)送，同時(shí)使用相同的頻率和時(shí)隙。每副天線可以通過不同獨(dú)立的信道濾波獨(dú)立發(fā)送信號(hào)。接收機(jī)利用空間均衡器分離信號(hào)，然后解調(diào)、譯碼和解復(fù)用，恢復(fù)出原始信號(hào)。 (3)接收分集和干擾消除：如果基臺(tái)和用戶終端一側(cè)三副接收天線，可取得接收分集的效果。利用“最大比值合并” MRC(maximalratiobining)，將多個(gè)接收機(jī)的信號(hào)合并，得到最大信噪比 SNR，可能有遏止自然干擾的好處。但是，如有兩個(gè)數(shù)據(jù)流互相干擾，或者從頻率再利用的鄰近地區(qū)傳來干擾 ， MRC就不能起遏止作用。這時(shí)，利用“最小的均方誤差” MMSE(MinimumMean Square Error)，它使每一有用信號(hào)與其估計(jì)值的均方誤差最小，從而使“信號(hào)與干擾及噪聲比 SINR(Signal to Interference Plus Noise Ratio)最大。 (4)軟譯碼：上述 MRC和 MMSE算法生成軟判決信號(hào)，供軟解碼器使用。軟解碼和 SINR加權(quán)組合相結(jié)合使用，可能對(duì)頻率選擇性信道提供 34dB性能增益。 (5)信道估計(jì)：目的在于識(shí)別每組發(fā)送天線與接收天線之間的信道沖擊響應(yīng)。從每副天 線發(fā)出的訓(xùn)練子載波都是相互正交的，從而能夠唯一識(shí)別每副發(fā)送天線到接收天線的信道。訓(xùn)練子載波在頻率上的間隔要小于相干帶寬，因此可以利用內(nèi)插獲得訓(xùn)練子載波之間畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 的信道估計(jì)值。根據(jù)信道的時(shí)延擴(kuò)展，能夠?qū)崿F(xiàn)信道內(nèi)插的最優(yōu)化。下行鏈路中，在逐幀基礎(chǔ)上向所有用戶廣播發(fā)送專用信道標(biāo)識(shí)時(shí)隙。在上行鏈路中，由于移動(dòng)臺(tái)發(fā)出的業(yè)務(wù)可以構(gòu)成時(shí)隙，而且信道在時(shí)隙與時(shí)隙之間會(huì)發(fā)生變化，因此需要在每個(gè)時(shí)隙內(nèi)包括訓(xùn)練和數(shù)據(jù)子載波。 (6)同步：在上行和下行鏈路傳播之前，都存在同步時(shí)隙，用于實(shí)施相位、頻率對(duì)齊，并且實(shí)施頻率偏差估計(jì)。時(shí)隙可以按 照以下方式構(gòu)成：在偶數(shù)序號(hào)子載波上發(fā)送數(shù)據(jù)與訓(xùn)練符號(hào)，而在奇數(shù)序號(hào)子載波設(shè)置為零。這樣經(jīng)過 IFFT變換之后，得到的時(shí)域信號(hào)就會(huì)被重復(fù)，更加有利于信號(hào)的檢測。 (7)自適應(yīng)調(diào)制和編碼：為每個(gè)用戶配置鏈路參數(shù)，可以最大限度地提高系統(tǒng)容量。根據(jù)兩個(gè)用戶在特定位置和時(shí)間內(nèi)地用戶的 SINR統(tǒng)計(jì)特征，以及用戶 QOS的要求，存在多種編碼與調(diào)制方案，用于在用戶數(shù)據(jù)流的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。 QAM級(jí)別可以介于 4到 64，編碼可以包括鑿孔卷積編碼與 Reedsolomon編碼。因此存在 6中調(diào)制和編碼級(jí)別，即編碼模式。在 2MHz的信道 帶寬內(nèi)，編碼模式 16分別對(duì)于 。下行鏈路中，在使用空間復(fù)用的情況下，上述速率可以被加倍。鏈路適配層算法能夠在 SINR統(tǒng)計(jì)特性的基礎(chǔ)上，選擇使用最佳的編碼模式。 目前正在開發(fā)的設(shè)備由 2組 、發(fā)送天線和接收天線各 2個(gè) (2 2)和負(fù)責(zé)運(yùn)算處理過程的 MIMO系統(tǒng)組成，能夠?qū)崿F(xiàn)最大 108Mbit/s的傳輸速度。支持 AP和客戶端之間的傳輸速度為 108Mbit/s，客戶端不支持該技術(shù)時(shí) ( )，通信速度為 54Mbil/s。下一代無線局域網(wǎng) 協(xié)議 320Mbit/s，凈傳輸速率為 108Mbit/s。 WLAN 的發(fā)展趨勢 無線網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)就是為了解決有線網(wǎng)絡(luò)無法克服的困難。雖然無線網(wǎng)絡(luò)有諸多優(yōu)勢，但與有線網(wǎng)絡(luò)相比，無線局域網(wǎng)也有很多不足。無線網(wǎng)絡(luò)速率較慢、價(jià)格較高 、安全性有待考察 ，因而它主要面向有特定需求的用戶。目前無線局域網(wǎng)還不能完全脫離有線網(wǎng)絡(luò)，無線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)是互補(bǔ)的關(guān)系，而不是競爭；目前還只是有線網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，而不是替換。但也應(yīng)該看到，近年來，隨著適用于無線局域網(wǎng)產(chǎn)品的價(jià)格正逐漸下降，相應(yīng)軟件也逐漸成熟 ,無線局域網(wǎng)已能夠通過與廣域網(wǎng)相結(jié)合的形式提供移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的多媒體業(yè)務(wù)。 與此同時(shí)， MIMO 技術(shù)和 OFDM 技術(shù)在各自的領(lǐng)域都發(fā)揮了巨大的作用，今日將 MIMO與 OFDM 相結(jié)合，并應(yīng)用到下一代無線局域網(wǎng)中，是無線通信的一個(gè)研究熱點(diǎn)。勢必將使無線局域網(wǎng)向著更高速率、更大容量、更好性能 的方向發(fā)展 ， 相信在 未來，無線局域網(wǎng)將以它的高速傳輸能力和靈活性發(fā)揮更加重要的作用 ! 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 總 結(jié) 無限局域網(wǎng)作為一種靈活性和移動(dòng)性很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)，在生活和工作中被廣泛應(yīng)用。這種技術(shù)方便了人們的生活，幫助企業(yè)和公共事業(yè)單位去解決問題，而且也豐富了社會(huì)生活。 無論是無線局域網(wǎng)的多強(qiáng)大的應(yīng)用，當(dāng)然也是需要強(qiáng)大的技術(shù)支持的。 本文旨在無線局域網(wǎng)的技術(shù)分析，目前主流的無線局域網(wǎng)都是以 IEEE 公布的 協(xié)議的基礎(chǔ)上構(gòu)建的，所以對(duì)這個(gè)協(xié)議的分析是我們的重點(diǎn)，同時(shí)也對(duì) OFDM 技術(shù)在 WLAN 中的使用做出了重點(diǎn)分析。 本文首先對(duì)無線局域網(wǎng)的定義，傳輸媒介，特點(diǎn)，頻道分配和調(diào)制技術(shù)，應(yīng)用場合等做出了簡單的介紹。 無線局域網(wǎng)已經(jīng)融入到我們?nèi)粘Ｉ钪校热鐚W(xué)校已經(jīng)全部覆蓋了中國移動(dòng) WLAN 網(wǎng)絡(luò)，通過平時(shí)的使用，我們對(duì) WLAN 有了非常直觀的認(rèn)識(shí)。 然后介紹局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，本部分重點(diǎn)介紹了無線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及無線局域網(wǎng)的主要工作過程。讓我們對(duì)無線局域網(wǎng)的構(gòu)建使用有了初步的了解。 結(jié)合我們曾經(jīng)學(xué)習(xí)過的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，對(duì)這些知識(shí)的理解并不困難。 隨后是無線局域網(wǎng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)部分，這是本論文的核心部分，在眾多的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中，我們重點(diǎn)分析 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。 接著是現(xiàn)階段無線局域網(wǎng)最新應(yīng)用技術(shù)的介紹，主要是 OFDM 和 MIMO 兩種主流的技術(shù)應(yīng)用，正如前文所述，本文所做的這些技術(shù)分析只是冰山一角，隨著無線局域網(wǎng)應(yīng)用越來越廣泛，它的技術(shù)性也越來越強(qiáng)，需要我們?nèi)蘸蟛粩嗟膶W(xué)習(xí)提高！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 致 謝 本次論文設(shè)計(jì)經(jīng)過多次修改，在老師和同學(xué)們的幫助下才得以最終定稿，我在資料的收集、論文的撰寫 過程 中學(xué)到了很多的知識(shí)，將以前學(xué)過的內(nèi)容進(jìn)行了很好的整合，讓我對(duì)當(dāng)前的無線網(wǎng)絡(luò)通信有了更深層次的了解，我會(huì)繼續(xù)充實(shí)自己，爭取在所學(xué)領(lǐng)域有所作為。 在論文完成之際，感謝 琴島學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系的吳偉偉 老師給與 我耐心 的 、富 于啟發(fā)性和跟蹤性的悉心指導(dǎo)，促成論文的構(gòu)思和最終完成 ！向您致以崇高的敬意和真誠的謝意！向教研室的全體老師表達(dá)衷心的敬意，祝你們工作順利、身體健康！ 感謝我的敬愛的父母和親人 這么多年來對(duì)我的養(yǎng)育、教導(dǎo)和鼓勵(lì)！ 感謝我所有的同學(xué)和朋友以及曾經(jīng)支持過我的陌生人， 感謝電科 081 班的全體兄弟姐妹， 是你們的幫助和理解陪我度過了美好的學(xué)生時(shí)代！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 參考文獻(xiàn) [1] 局域網(wǎng)與城域網(wǎng) William Stallings 北京：電子工業(yè)出版社 [2] 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng) 第 4版 .胡道元 .清華大學(xué)出版社 .2020 [3] 局域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)教程 . 葉忠杰 清華大學(xué)出版社 .2020 [4] 無線局域網(wǎng) :WLAN 原理技術(shù)與應(yīng)用 . 第 1 版 劉乃安 西安電子科技大學(xué)出版社 .2020 [5] 通信網(wǎng)理論與應(yīng)用 第 1版 石文孝 電子工業(yè)出版社 .2020 [6] 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