基于OFDM的80211a系统毕业设计

Abstract

Based on the analysis and summary on the basis of relevant literature, describes the OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) and the basic principles, and discussed one of the key technologies. Research is based on IEEE802.11a standard physical layer simulation platform structures. IEEE802.11a WLAN, the physical layer uses the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) technology. At the same time, the key techniques of the standard physical layer (channel estimation, synchronization technology) and basic principle are also analyzed.. The link is focused on the study of the modulation and demodulation technology, and the effect of the synchronization technology to the whole link is studied, and the simulation analysis is carried out with the simulation tool Matlab.. Full text can be divided into four parts: the development and research of wireless communication system, the basic principle of OFDM system, IEEE 802.11a physical layer specification, IEEE802.11a simulation platform to build and link performance simulation analysis. The simulation link is divided into three parts: sender, channel, receiver. The channel with single path Rayleigh fading channel, respectively, using QPSK and 16-QAM modulation and the receiver with ideal channel estimation and utilizes the training symbols to estimate the channel bit error rate performance.

Key Words: IEEE802.11a, OFDM, Modulation and demodulation,Single channel Rayleigh fading channel，Channel estimation，Bit error rate performance

第一章 绪论

1.1 无线通信发展及意义

目前，无线通信及其应用已成为当今信息科学技术最活跃的研究领域之一。其一般由无线基站、无线终端及应用管理服务器等组成。

无线通信技术按照传输距离大致可以分为以下四种技术，即基于IEEE802.15的无线个域网（WPAN）、基于IEEE802.11的无线局域网（WLAN）、基于IEEE802.16的无线城域网（WMAN）及基于IEEE802.20的无线广域网（WWAN）。 总的来说，长距离无线接入技术的代表为：GSM、GPRS、3G；短距离无线接入技术的代表则包括：WLAN、UWB等。按照移动性又可以分为移动接入和固定接入。其中固定无线接入技术主要有：3.5GHz无线接入（MMDS）、本地多点分配业务（LMDS）、802.16d；移动无线接入技术主要包括：基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照带宽则又可分为窄带无线接入和宽带无线接入。其中宽带无线接入技术的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄带无线接入技术的代表有第一代和第二代蜂窝移动通信系统。

从技术发展的趋势可以看出，以OFDM+MIMO为核心的无线通信技术将成为未来无线通信发展的主流方向。而目前基于该技术的无线通信技术主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4种技术 无线通信与个人通信在短短的几十年间经历了从模拟通信到数字通信、从FDMA到CDMA的巨大发展，目前又有新技术出现，比以CDMA为核心的第三代移动通信技术更加完善，我们称之为“第四代移动通信技术”

20世纪90年代, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)开始被欧洲和澳大利亚广泛用于广播信道的宽带数据通信,作为一种高效传输技术备受关注，并已成为第4代移动通信的核心技术点，现以成功运用于非对称数字用户环路ADSL，数字音频广播DAB，高清晰度电视HDTV，高速WLAN和数字视频广播DVB等系统中。多用于军用无线战术网通信、卫星通信链路以及无人高速、大容量的通信链路中。 1.2 无线通信研究方向

现代社会对通信的依赖和要求越来越高，于是设计和开发效率更高的通信系统就成了通信工程界不断追求的目标。通信系统的效率，说到底就是频谱利用率和功率利用率。特别是在无线通信的情况下，对这两个指标的要求往往更高，尤其是频谱利用率。由于空间可用频谱资源是有限的，而无线应用却越来越多，使得无线频谱的使用受到各国政府的严格管理并统一规划。于是，各种各样的具有较高频谱效率的通信技术不断被开发出来。OFDM是目前已知的频谱利用率最高的一种通信系统，它将数字调制、数字信号处理、多载波传输等技术有机结合在一起，使得它在系统的频谱利用率、功率利用率、系统复杂性方面综合起来有很强的竞争力，是支持未来移动通信特别是移动多媒体通信的主要技术之一。

OFDM系统比传统的FDM系统要求的带宽要少得多。由于使用无干扰正交载波技术，单个载波间无需保护频带。这样使得可用频谱的使用效率更高。另外，OFDM技术可动态分配在子信道上的数据。为获得最大的数据吞吐量，多载波调制器可以智能地分配更多的数据到噪声小的子信道上OFDM信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传

输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰ICI。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。它具有良好的抗IsI和高频谱利用率特性，但是对频率偏差和峰均比(PAPR)非常敏感。因此，基于不同的信道模型，对OFDM系统的同步实现、降低PAPR 一直是研究的核心课题。

由于OFDM的具有的优势，它成为现在的无线局域网的主流技术，而802.11a作为第一个采用该技术的802.11标准，研究它的链路系统的搭建对于研究之后的802.11g和802.11n有着深远的意义。本论文主要是对IEEE802.lla协议的研究，用仿真工具Matlab对此协议进行物理层仿真平台的搭建，并对仿真结果进行分析。

第二章 IEEE802.11a物理层标准介绍

无线网络是无线通信中的一个重要的应用，根据网络围的大小又可以划分为局域网、城域网和广域网。IEEE为无线网络专门制定了相关的标准，802.11和802.16就属于这方面的标准。其中802.11针对围更小的无线局域网。

无线局域网（WLAN）对在一个小的围（比如办公室）联入Internet给予了极大的方便，只要你处于支持WLAN的区域，再外加一个无线网卡，就可以轻松地接入网络。特别是对笔记本电脑来说，这种方便更为明显，可以省去再连接网线的困扰，而且移动性能被大大加强了。可以说，正是笔记本电脑上网的问题促进了WLAN的发展，并使得WLAN变成了一个热门的技术。

802.11标准包括802.11a、802.11b、802.11g等等一系列标准，各自采用不同的物理层技术，其中802.11a即采用了OFDM技术。

802.11标准的制定开始于1997年，被设计成为一个支持1M至2Mbps速率的系统。但是这个速率还是不能满足人们的要求。1999年802.11a标准通过，它应用于5GHz的频段，并且最高支持54Mbps的速率。其它这个速率也还不是很高，但是它毕竟把WLAN速率的最高界限提高到了54Mbps。 2.1 OFDM基本原理

OFDM是一种多载波传输技术，N个子载波把整个信道分割成N个子信道，N个子信道并行传输信息。OFDM系统有许多非常引人注目的优点。第一，OFDM具有非常高的频谱利用率。普通的FDM系统为了分离开各子信道的信号，需要在相邻的信道间设置一定的保护间隔（频带），以便接收端能用带通滤波器分离出相应子信道的信号，造成了频谱资源的浪费。OFDM系统各子信道间不但没有保护频带，而且相邻信道间信号的频谱的主瓣还相互重叠，但各子信道信号的频谱在频域上是相互正交的，各子载波在时域上是正交的，OFDM系统的各子信道信号的分离（解调）是靠这种正交性来完成的。另外，OFDM的个子信道上还可以采用多进制调制（如频谱效率很高的QAM），进一步提高了OFDM系统的频谱效率。第二，实现比较简单。当子信道上采用QAM或MPSK调制方式时，调制过程可以用IFFT完成，解调过程可以用FFT完成，既不用多组振荡源，又不用带通滤波器组分离信号。第三，抗多径干扰能力强，抗衰落能力强。由于一般的OFDM系统均采用循环前缀（Cyclic Prefix，CP）方式，使得它在一定条件下可以完全消除信号的多径传播造成的码间干扰，完全消除多径传播对载波间正交性的破坏，因此OFDM系统具有很好的抗多径干扰能力。