《毕业设计论文WiFi宽带无线接入技术应用研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文WiFi宽带无线接入技术应用研究.doc（58页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、Wi-Fi宽带无线接入技术应用研究摘 要近年来，无线局域网技术的应用日趋广泛，尤其是在国内外可以说是风头正健。而在众多的无线局域网中，最受人瞩目的就是Wi-Fi技术，Wi-Fi技术的诞生，摆脱了线缆组网的束缚，使用户随时随地访问互联网。而且，Wi-Fi前瞻性高，使得众多硬件生产厂商都对其提供支持，Wi-Fi领域的研发和市场将继续不断扩大。本课题是对Wi-Fi宽带无线接入技术的应用与研究，通过介绍Wi-Fi这一无线局域网技术的基本概念与特征、性能指标、关键技术以及系统原理，了解了一种基于Wi-Fi手机系统的设计。利用802.11b的语音通信作为手机终端，重点在于其通信部分的组成，通信模块利用PC
2、MCIA总线的802.11b网络接口实现无线网络通信。由MCU驱动无线网卡，并实现TCP/IP协议栈，通过TCP建立端与端的连接。最后对硬件与软件系统设计进行了描述。课题的完成，还让我了解到了Wi-Fi技术的价值。手机Wi-Fi系统的设计，知道了它不但有较高的数据传输速率，资费也很低，它必将成为手机市场的一个新卖点。但是，系统还有一些不足之处，首先，由于802.11b无线设备功耗较大，这将影响系统在便携式设备中的应用；另外，在系统中也未能考虑回声消除、压缩等问题，希望能在以后的研究中能够进一步探索VoWLAN 的相关技术及其应用。关键词：Wi-Fi；IEEE802.11；DSSS；FHSS；O
3、FDMApplication Research of the Wi-Fi BroadbandWireless Access TechnologyAbstractIn recent years,wireless local area network technologies become more wide spread.It can be said to be robust too much at home and abroad especially.In a large number of wireless local area network, the most attention is
4、the Wi-Fi technology.Wi-Fi technology was born,Which get rid of the shackles of cable network,allowing users to access the internet anytime,anywhere.Moreover,Wi-Fi is forward-looking high, it making their support of many hardware manufacturers .Wi-Fi area of research and development and the market w
5、ill continue expanding.This topic is application research of Wi-Fi broadband wireless technology,through the introduction of the Wi-Fi wireless LAN technology, the basic concepts and characteristics,performance indicators, key technologies and system theory,an approach based on understanding of Wi-F
6、i phone system.The use of 802.11b as the cell phone voice communications terminal,with emphasis on the composition of part of its communications,the use of PCMCIA bus communication module of the 802.11b wireless network interface of network communication.MCU-driven by the wireless card,and the TCP /
7、IP protocol stack,through the establishment of client and client TCP connection.Finally,the design of hardware and software system are described. The completion of the subject,I understand that the Wi-Fi technology value as well.Though Wi-Fi phone system, I know it is not only higher data transmissi
8、on rates, low fees, it will become a new cell phone market selling as well . However, there are still some inadequacies in the system，fist of all, larger power of 802.11b wireless devices, this will affect the system in the portable device applications; In addition,the system also failed to consider
9、 the echo cancellation,compression and so on,I hope I can be able to study the further explore about the relevance of VoWLAN technology and its applications in the future.Keywords:Wi-Fi;IEEE802.11;DSSS; FHSS;OFDM目 录第1章 绪论11.1 Wi-Fi技术的背景及意义11.2 Wi-Fi技术的发展概况及存在的问题11.3 各章主要内容3第2章WI-FI技术的系统原理42.1 Wi-Fi技
10、术的概述42.1.1 Wi-Fi的基本概念42.1.2 Wi-Fi的特征42.2 Wi-Fi的性能指标42.3 Wi-Fi的关键技术52.3.1 物理层的关键技术52.3.2 Wi-Fi的MAC层关键技术92.3.3 Wi-Fi的安全问题112.3.4 Wi-Fi的移动性问题142.4 Wi-Fi技术的系统原理182.4.1 Wi-Fi技术的网络结构182.4.2 Wi-Fi技术的拓扑结构192.4.3 Wi-Fi技术的原理212.5 本章小结27第3章 手机WI-FI系统的设计与实现283.1 系统的工作原理283.2 系统的硬件设计303.3 系统的软件设计363.4 本章小结37结论与展
11、望38致 谢40参考文献41附录A 英文文献及其中文翻译42附录A-1 英文资料原文42附录A-2 中文翻译47附录B 主要参考文献的题录及摘要51插图清单图2-1 DSSS的展频过程5图2-2 DSSS抗干扰示意图6图2-3 敌方很难监听到地减低能量后的展频信号7图2-4（a）FDM信号频谱8图2-4（b）OFDM信号频谱8图2-5 MIMO OFDM系统原理框图10图2-6 隐藏终端问题示意图10图2-7 暴露终端问题示意图11图2-8 无线局域网的安全策略集13图2-9 无线局域网移动IP的网络结构15图2-10 双频多模无线局域网结构示意图17图2-11 双频多模WLAN的应用18图2
12、-12 无线局域网网络参考模型18图2-13 无中心网络的拓扑结构20图2-14 有中心网络的拓扑结构20图2-15 ESS网络结构21图2-16 直接序列扩频（DSSS）22图2-17 三次握手24图2-18 新旧报头信号对比26图3-1 系统工作原理图29图3-2 网络协议的分层29图3-3 系统硬件结构图31图3-4 TCPIP协议栈接收数据的处理流程32图3-5 无线网卡的典型结构32图3-6 基于IEEE802.11b的方案总体设计框图32图3-7 固件逻辑组成33图3-8 外部存储器管理34图3-9 典型发射频率谱35图3-10 误码率测试示意图36- 51 -表格清单表2-1 性
13、能指标比较4表3-1 一组典型误码率测试结果35表3-2 PRISM MAC的常用寄存器及其说明37表3-3 常用命令及说明37第1章 绪论近年来，无线局域网以其易于维护、使用费用低廉，受到了中小型公司、教育、金融、旅游、医护、库管、会馆等领域的广泛欢迎。而作为其主流技术之一的Wi-Fi更以其独自的优点成为社会各界新的热点。1.1 Wi-Fi技术的背景及意义Wi-Fi技术从提出到现在已经在电信业和IT业引起了广泛的关注和应用。从英特尔花费近20亿美元开发、发布、推广自带无线网络模块的迅弛笔记本处理器就可以看出,Wi-Fi将在近几年内得到极大的发展,而且还预示着这是一个不可逆转的方向。不仅英特尔
14、看清了这个方向,而且如AMD、IBM、Nokia、DELL等这样的国际巨商也声称将积极相互联手,共同进入无线网络世界。IBM、DELL还准备把Wi-Fi作为他们笔记本的标准配置。当3G还不具备大规模上马、赢利的市场条件时,面对Wi-Fi这块风升水起的市场,运营商们所能选择的,或许也只有积极介入了。目前,许多的固定、移动电话运营商都已杀入这块市场。国际上已经有许多的移动运营商们争先恐后地向用户提供付费Wi-Fi服务。斯普林特(Sprint)已向从事Wi-Fi技术的公司BoingoWireless进行投资,并宣布将与Wyndham International酒店合作,部署Wi-Fi热点。凌志达通讯
15、有限公司(Nextel Communications Inc)正与摩托罗拉公司(Motorola Inc)合作开发Wi-Fi手机,并向一家为企业部署用于Wi-Fi和手机移动通信网络的公司Radio Frame Networks Inc提供支持。2003年3月17日,美国最大的移动运营商Verizon无线宣布将在机场、酒店等室内热点地区提供Wi-Fi无线接入服务。AT&T无线、T-Mobile美国公司也在积极进行这些热点地区的Wi-Fi接入铺设。Nextel公司则选择面向大企业客户,主要基于该公司手机用户基础上开展Wi-Fi业务。VoiceStream公司为人们提示了另一种思路。该公司从今年年初
16、开始将Wi-Fi与公司的移动电话网络捆绑,向用户提供一体化的“无缝服务”,用户可以实现从Wi-Fi到移动网络的自动转换。Wi-Fi技术在全球的商用范围很广,用户数量巨大,有较广泛的应用,除了运营商经营以外,包括政府、企业和个人在内,在公共场合、企业内部、家庭都有应用。截至2006 年底,全球Wi-Fi的芯片出货总量达到了5亿块, 在全球100多个国家有超过6万个热点。因此,Wi-Fi的用户基础良好, 仅次于3G技术。由于采用了开放式的推广方式, 没有形成成熟的运营模式,从运营收益来说非常有限。但是,凭借良好的市场应用基础和快速发展的用户规模,Wi-Fi技术的设备市场收益在快速地增长,收益规模十
17、分可观。综上所述,Wi-Fi作为传统以太网的无线延伸有可能实现人们一直追求的“无处不在的移动宽带时代”,随着厂家的大力推广、技术的不断改进,必将成为无线通信的另一种选择,也必然掀起无线通信领域的大变革。但要真正实现电信级Wi-Fi网络的部署和应用, 还任重而道远,对于国内的运营商而言,既存在着挑战又存在着机遇。国内运营商也应该把握该技术所带来的机会,从而在无线通信领域拓展出更广阔的利润空间。1.2 Wi-Fi技术的发展概况及存在的问题Wi-Fi产品的标准是遵循IEEE（The Institute Of Electrical Engineers，美国电工电子技术协会所制定的802.11系列标准，
18、所以一般所谓的802.11X系列标准都属于Wi-Fi。IEEE802.11是美国电机电子工程师协会（IEEE）为解决无线网络设备互连，于1997年6月制定发布的无线局域网标准。IEEE802.11是IEEE制定的第一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园中用户与用户终端的无线连接，业务主要局限于数据访问，速率最高只能达到2Mbps。由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，IEEE又相继推出了802.11b，802.11a和802.11g3个新标准，下面分别进行简要的介绍。1990年，IEEE802标准化委员会成立了IEEE802.11WLAN标准工作组，其主要任务是研究工
19、作在分配给工业，科技和医疗使用的2.4GHz频段，传输速率为1Mbps和2Mbps的无线设备和网络发展的标准，并与1997年7月公布了该标准。IEEE802.11标准的制定推动了无线网络的发展，但由于传输速率只有12Mbps，该标准未能得到广泛的发展与应用。1999年，IEEE通过了新的IEEE802.11a和IEEE802.11b标准。IEEE802.11a定义了采用正交频分复用调制技术，在5G频段实现传输速率为54Mbps的无线传输。IEEE802.11b定义了使用直接序列扩频调制技术，在2.4GHz频带实现速率为11Mbps的无线传输。由于DSSS技术的实现比OFDM容易，IEEE802
20、.11b标准的发展比IEEE802.11a快得多，在1999年年末首先出现了支持IEEE802.11b标准的产品，随后得到广泛商用，并通过互通性测试。IEEE802.11b已成为当今WLAN的主流标准。随着用户需求的增加，又诞生了IEEE802.11a标准，该标准工作在5GHz频段，最大速率可达54Mbps。采用OFDM调制技术的IEEE802.11a标准与IEEE802.11b相比，具有两个明显的优点：提高了每个信道的最大传输速率（1154Mbps），增加了非重叠的信道数。因此，采用IEEE802.11a标准的WLAN可以同时支持多个相互不干扰的高速WLAN用户。不过这些优点是以兼容性和传输
21、距离为代价。IEEE802.11a和IEEE802.11b工作在不同的频段，俩个标准的产品不能兼容。由于传输距离的减小，要覆盖相同的范围，就需要更多的IEEE802.11a接入点。2002年年初，首次出现了支持IEEE802.11a标准的产品。2001年1月，IEEE802.11g标准以草案的形式面世，在2003年5月以成为正式标准。IEEE802.11g标准既能提供与IEEE802.11a相同的传输速率，又能与已有的IEEE802.11b设备后向兼容。IEEE802.11g也工作在ISM2.4GHz频段，在速率不大于11Mbps时，仍采用DSSS调制技术；当传输速率高于11Mbps时，则采用
22、传输效率更高的OFDM调制技术。与IEEE802.11a相比，IEEE802.11g的优点是以性能的降低为代价的。虽然OFDM调制技术能达到更高的速率，但2.4GHz频带的可用带宽是固定的，IEEE802.11g只能使用2.4Hz频段的3个信道，而IEEE802.11a在5GHz频带室内室外可用的信道各有8个。由于IEEE802.11a的可用信道数比IEEE802.11g多，在相同传输速率下，频道重叠少，干扰就小。所以，IEEE802.11a与IEEE802.11g相比，具有较强的抗干扰能力。Wi-Fi标准在设定时就有自身所带的一些优点和缺点,厂商在开发产品过程中,又扬长避短,在产品成本和作用
23、的协调方面做出了很大的努力和改进。Wi-Fi技术的主要问题是:第一,在Wi-Fi标准中,802.11b是目前最广泛使用的标准,目前的产品中,支持此标准的产品比支持802.11a和802.11g的产品便宜,但也是Wi-Fi标准中带宽最低、传输距离最短的一个标准。第二,802.11a比802.11b具有更大的吞吐量,可同时使用多个频道以加速传输速率,电波不易受干扰,传输速率也很快达54Mbps,但由于它的工作频率在5GHz,与802.11b和802.11g不兼容(此二者工作于2.4GHz),所以它是目前使用较少的一个Wi-Fi标准。第三,802.11g的传输速率(理论上达54Mbps)比802.1
24、1b(理论上为11Mbps)要高,并且可与之兼容,但是它却比802.11b更容易受外界干扰,如无绳电话、微波炉及其它在2.4GHz频段上的设备。一般的无线设备在传播信息时所使用的无线信号可被其他人侦听到,并且目前常用的802.11b和802.11g工作在免费的通用频段之内,所以Wi-Fi无线设备在设计的过程中必须要考虑到安全保密的内容。目前所生产的无线设备中大多数采用的是40/128位的WEP,部分产品支持VPN技术,在安全性方面已达到了一定的水平,但随着技术的发展,安全性方面还有待改进。1.3 各章主要内容本课题主要分为3大部分：第1部分主要介绍Wi-Fi技术的工作原理，包括基本概念，性能指
25、标，关键技术以及其系统原理，能够对此技术有个整体的了解。第2部分主要介绍了一种基于Wi-Fi手机系统的设计，包括系统框图、硬件框图、工作原理以及各模块分析，可以清楚地了解Wi-Fi手机的工作运行原理，此手机以其较高的数据传输速率、便宜的资费，必将成为未来人们沟通工具的另一火热卖点。第3部分对Wi-FI技术进行总结以及其未来的发展进行展望。近几年来无线局域网技术的引用日趋广泛，尤其是近期在国内外可以说或是风头正健，国内各大运营商也在大力发展Wi-Fi技术，在全国各地大布热点，不光如此，生活中各个领域例如餐饮业、教育业、农业等等都拥有此技术带来成果，相信Wi-Fi技术会有一个美好的未来！对于中国W
26、I-FI市场并不乐观，因为中国所大力致力的3G的发展给此有所冲突，Wi-Fi技术的出台，带来资费的减低，显然这是运营商们所不希望看到的结果，但是Wi-Fi可以作为3G的补充，彼此扬长避短，找到一个合理的计费制度，拥有一个好的接入点，我相信Wi-Fi会在中国发展起来！第2章 Wi-Fi技术的系统原理Wi-Fi技术是目前最主流的无线网络标准，虽然标准在很久以前就已经制定了，但是由于技术不成熟所导致的传输速度慢（遗失数据严重），使得市场接受程度偏低。不过自从英特尔公司向市场推出名为迅驰（Centrino）的无线整合技术后，整个无线网络市场又被重新挖掘出来。Wi-Fi正逐渐走向成熟，下面就来介绍下这种
27、逐渐被社会认可的技术的系统原理。2.1 Wi-Fi技术的概述2.1.1 Wi-Fi的基本概念Wi-Fi全称为Wireless Fidelity,中文名为无线保真技术,又称802.11标准。和蓝牙技术一样,它也属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。它的最大优点就是传输速度较高。另外,它的有效距离可达百米,同时还可以和现在已有的各种802.11设备兼容。现在流行的笔记本电脑技术迅驰技术就是基于该标准的。2.1.2 Wi-Fi的特征一、安装便捷无线局域网免去了大量的布线工作,只需要安装一个或多个无线访问点(AP),就可以覆盖整个建筑内的局域网络,而且便于管理和维护。二、易扩展性无线局域网有多种配
28、置方式,每个AP可以支持 100多个用户的接入,只需要在现有的无线局域网基础之上增加AP,就可以把几个用户的小型网络扩展成为几百、几千个用户的大型网络。三、可靠性通过使用和以太网相类似的连接协议和数据包确认,来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。四、高移动性在无线局域网信号覆盖范围内,各个节点可以不受地理位置的限制进行任意移动。通常来说,AP支持的范围在室外是300米,在办公环境中达到10一100米。在无线信号覆盖的范围内,都可以接入网络,而且可以在不同运营商和不同国家的网络间进行漫游。2.2 Wi-Fi的性能指标表2-1 性能指标比较 标准IEEE802.11bIEEE802.11gIE
29、EE802.11a 工作频段GHz2.42.4，5 5数据速率1，2，5.5，111,2,5.5,11,6,12,24;9,18,36,48,546,12,24，9,18,36,48,54覆盖范围150-30050-15030现在无线网通信协议主要采用的标准是IEEE802.11b、IEEE802.11a和IEEE802.11g。表2-1是它们三者的比较在无线局域网市场中,802.11a产品在国外使用广泛,在国内802.11b是无线局域网的主流标准,802.11g由于速率高及与802.11a和802.1lb的兼容性受到了青睐。从发展来看,今后应采用双频三模(802.11abg)的产品。双频三模
30、无线产品不但可工作在与802.1la相同的5GHz频段,还可与工作在2.4GHz的802.11b和802.1g产品全面兼容,支持整个802.11a,b,g标准、完整互通性单一平台,实现无线标准的互联与兼容。2.3 Wi-Fi的关键技术正如传闻所言，Wi-Fi所遵循的802.11标准是以前军方所使用的无线电通信技术。而且，至今还是美军军方通信器材对抗电子干扰的重要通信技术。因为，Wi-Fi中所采用的SS（SpreadSpectrum，展频）技术具有非常优良的抗干扰能力，并且当需要反跟踪、反窃听是同时具有很出色的效果，所以不需要担心Wi-Fi技术不能提供稳定的网络服务。综合来看展频技术的话其有以下
31、方面的优势：。反窃听。抗干扰。有限度的保密而常用的展频技术又如下4种;DD-SS（Direct Sequence Spread Spectrum，直序展频）FH-SS（Frequence Hoppin Spread Spectrum，调频展频）TH-SS（Time Hopping Spread Spectrum，跳时展频）C-SS（Chirp Spread Spectrum，连续波调频）在上面常用的技术中，前两种展频技术很常见，也就是DS-SS和FH-SS。后两种则是根据前面的技术加以变化，也就是TH-SS和C-SS通常不会单独使用，而且整合到其他的展频技术上，组成信号更隐密、功率更低、传输更
32、为精确的混合展频技术。2.3.1 物理层的关键技术1直序扩频技术原始信号展开后的信号频率频率频率还原后的信号能量能量能量图2-1 DSSS的展频过程直序扩频技术，是指把原来功率较高，而且带宽较窄的原始功率频谱分散在很宽广的带宽上，使得在整个发射信号利用很少的能量即可传送出去。在传输过程中把单一个0或1的二进制数据使用多个chips（片段）进行传输，然后再接收方进行统计chips的数量来增加抵抗噪声干扰。例如要传送一个1的二进制数据到远程，那么DS-SS会把这个1扩展成三个1，也就是111进行传送。那么即使是在传送中因为干扰，使得原来的三个1成为011、101、110、111信号，但还是能统计1
33、出现的次数来确认该数据为1.通过这种发送多个相同的chips的方式，就比较容易减少噪声对数据的干扰，提高接收方所得到数据的正确性。 1 011 101 110 1111111接收方可以正确还原的形式原始数据展频后的数据传送数据还原后的数据图2-2 DSSS抗干扰示意图在一个二进制数据进行展频后，所变化出来的chips越多，接收方就越能统计比较多的chips来提高抗干扰能力。例如把1展频为1111（4个1）后，比展频为111（3个1）在对抗干扰能力时更为强悍。但是，会因为chips增多而使得同时使用该宽带的用户数量减少。相反的，若减少一个二进制数据所展频出来的chips，那么就能容纳更多的用户同
34、时传送数据。通常，Wi-Fi所在的2.4G频段内的产品都是用少于20的Spreading Ration（传送配额，IEEE802.11标准内Spreading Ration只为11），但是，在实验中最佳的抗干扰数值应该是在100左右。另外，由于所发送的展频信号会大幅降低传送时的能量，所以在军事用途上会利用该技术把信号隐藏在BackGroundNoise(背景噪音)中，渐少敌人监听到我方通信的信号以及频道。所谓的背景噪声，其实就是在收音或者是通信设备中常常听到的“沙沙声”，这些噪声在频率、周期、能量等方面都有一定数值，也就是常数，例如电台、电子组件的热噪音（Thermal Noise）等。敌方监
35、听到的频道正好是我方所使用的频道时，由于我方使用了展频技术把所发送信号的能量减低到比背景噪声的能量还要低，所以敌方所能监听到的信号也只有“沙沙”的背景噪声而已，这就是展频技术所隐藏信号的反监听功能了。反监听信号背景噪声能量频率图2-3 敌方很难监听到地减低能量后的展频信号2跳频技术跳频技术（Frequency-Hopping Spread Spectrum，FH-SS）技术，是指把整个带宽分割成不少于75个频道，每个不同的频道都可以单独的传送数据。当传送数据时，根据收发双方预定的协议，在一个频道传送一定时间后，就同步“跳”到另一个频道上继续通信。FHSS系统通常在若干不同频段之间跳转来避免相同
36、频段内其他传输信号的干扰。在每次跳频时，FHSS信号表现为一个窄带信号。若在传输过程中，不断的把频道跳转到协议好的频道上，在军事用途上就可以用来作为电子反跟踪的主要技术。即使敌方能从某个频道上监听到信号，但因为我方会不断跳转其他频道上通信，所以敌方就很难追踪到我方下一个要跳转的频道，达到反跟踪的目的。如果把前面介绍的DS-SS以及FS-SS整合起来一起使用的话，将会成为hybrid FHDS-SS。这样，整个展频技术就能把原来信号展频为能量很低、不断跳频的信号。使得信号抗干扰能力更强、敌方更难发现，即使地方在某个频道上监听到信号，但不断地跳转频道，使敌方不能获得完整的信号内容，完成利用展频技术
37、隐密通信的任务。FHSS系统所面临的一个主要挑战便是数据传输速率。就目前情形而言，FHSS系统使用1MHz窄带载波进行传输，数据率可以达到2Mbits，不过对于FHSS系统来说，要超越10Mbits的传输速率并不容易，从而限制了它在网络中的使用。3PBCC调制技术PBCC调制技术是由IT公司提出的，以作为IEEE802.11g的可选项被采纳。PBCC也是单载波调制，但是它与CCK不同，它试用了更多复杂的星座图。PBCC采用8PSK，而CCK使用BPSKQPSK；另外，PBCC使用了卷积码，而CCK使用区块码。因此，他们的解调过程是十分不同的。PBCC可以完成更高速率的传输，其传输速率为11Mb
38、ps，22Mbpshe，33Mbps.4OFDM技术OFDM技术是一种无线环境下的高速多载波传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是平坦的，而OFDM技术的主要思想是：在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，各子载波并行传输，从而能有效的抑制无线信道的时间弥散所带来的符号间干扰（ISI）.这样就减少了借手机内均衡的复杂度，有时甚至可以不采用均衡器，仅通过插入循环前缀的方式消除ISI的不利影响。频率功率图2-4（a） FDM信号频谱频率功率图2-4（b） OFDM信号频谱由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，所以它们的频谱是相互重叠的，这样不但减少了子载
39、波之间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率（如图2-4所示）.在各个子信道中的这种正交调制和解调可以使用IFFT和FFT方法来实现，随着大规模集成电路技术与DSP技术的发展，IFFT和FFT都是非常容易实现的。FFT的引入，大大降低了OFDM的实现复杂性，提升了系统的性能。无线数据业务一般都存在非对称性，即下行链路中传输的数据量要远远大于上行链路中的数据传输量。因此，无论从用户高速数据传输业务的需求，还是从无线通信自身来考虑，都希望物理层支持非对称数据传输，而OFDM容易通过使用不同数量的自信到来实现上行和下行链路中不同的传输速率。由于无线信道存在频率选择性，所有的子信道不会同时处于比较深的衰落
40、情况中，因此，可以通过动态比特分配以及动态子信道的方法，充分利用信噪比高的子信道，从而提高系统性能。由于窄带干扰只能影响一小部分子载波，所以，OFDM系统在某种程度上可以抵抗这种干扰。另外，同单载波系统相比，OFDM还存在一些缺点，例如，易受频率偏差的影响，存在较高的PAR。OFDM技术有非常广阔的发展前景，已成为第四代移动通信的核心技术。IEEE802.11a，g标准为了支持高速数据传出都采用了OFDM调制技术。目前,OFDM结合时空编码、分集、干扰（包括符号间干扰ISI）和邻道干扰（ICI）抑制以及智能天线技术，最大限度的提高了物理层的可靠性；如再结合自适应调制、自适应编码以及动态子载波分
41、配和动态比特分配算法等技术，可以使其性能进一步优化。5MIMO OFDMMIMO技术能在不增加带宽的情况下，成倍的提高通信系统的容量和频谱利用率。它可以定义为发送端与接收端之间存在多个独立信道，也就是说天线单元之间存在充分的间隔，因此，消除了天线之间的相关性，提高了信号的链路性能，增加了数据吞吐量。现代信息论表明：对于发射天线数为N，接收天线数为M的多入多出（MIMO）系统，假定信道为独立的锐利衰落信道，并假设N和M很大，则信道容量C近似为公式 C=min（M，N）Blog2（2） （2-1）式中，B为信号宽度，为接收端接受信噪比，min（M，N）为M，N中较小者。上式表明，MIMO技术能在不
42、增加带宽的情况下，成倍的提高通信系统的容量和频谱利用率。研究表明，在锐利衰落信道环境下，OFDM系统非常适合使用MIMO技术来提高容量。采用多输入多输出（MIMO）系统是提高频谱利用率的有效方法。我们知道，多径衰落是影响通信质量的主要因素，但MIMO系统却能有效的利用多径的影响来提高系统容量。系统容量是干扰受限的，不能通过增加发射功率来提高系统容量。而采用MIMO结构不需要增加发射功率就能获得很高的系统容量。因此，将MIMO技术与OFDM技术相结合是下一代无线局域网发展的趋势。 在OFDM系统中，采用多发射天线实际上就是根据需要在各个子信道山应用多发射天线技术，每个子信道都对应一个一个多天线子
43、系统，一个多天线的OFDM系统。目前，正在开发的设备有两组IEEE802.11a接收器、发送天线和接收天线各两个（22）和负载运算处理过程的MIMO系统组成，能够实现最大108Mbps的传输速度，支持AP和客户端之间的传输速度为108Mbps；当客户端不支持该技术时（IEEE802.11a客户端的情况），通信速率为54Mbps。2.3.2 Wi-Fi的MAC层关键技术1.CSMACA协议（1）CSMACA协议的问题从理论上来讲，MAC层的CSMACA协议完全能够满足局域网级的多用户信道竞争问题，但是，对于无限环境而言，它不像有线广播媒体那样好控制，来自其他LAN中的用户传输会干扰CSMACA的
44、操作，而且，在无线环境中，因为发射设备的功率通常要比接收设备的功率强得多，检测冲突是困难的，因此，不可能终止互相冲突的传输，在这种环境下，设计一个能够帮助避免冲突的系统更为有意义；无线局域网存在隐藏站点的问题；大多数无线电都是半双工的，他们不能在同一频率上发送并同时监听突发噪声，因此，IEEE802.11采用了CSMACA技术，CA表示冲突避免，这种协议实际上是在发送数据帧前需对信道进行预约。（2）隐藏终端问题在无线媒体访问中，如果简单使用CSMA协议，侦听是否有其他发送者，如果没有，自己就可以发送，很容易在接收方造成干扰，由于可能的竞争者相距太远，导致基站不能检测到的问题有时被称作隐藏终端问
45、题。具体情况如2-3-2图所示。图中有4个无线站点，其中，A和B的无线电波范围相互重合并且可能相互干扰，C可能干扰B和D，但是不会干扰A。信源空时编码空时编码信宿天线阵S（k）Ci(k)Ri(k)图2-5 MIMO OFDM系统原理框图现在假定A向B发送，C在侦听，因为A在C的范围之外，所以C听不到A，它会错误的认为它也可以发送。如果C确实也在此时开始发送，它就会干扰B，从而破坏了从A传来的帧。关键的问题是，在开始传送之前基站真正想知道的是在接收方周围是否还有其它传送活动。而CSMA却只告诉在要发送的站点自己周围是否有传送活动在进行。在有线方式下，所有的信号会传播到所有的站点，因此，在同一时刻
46、只能产生一个发送。但在基于小范围无线电的系统中，如果多个发送者的目标均不相同并且传送范围互不影响，那么就可同时进行。解决隐藏终端问题的方法就是前提得到的CSMACA协议，其基本思想就是：发送方激发接收方，使其发送一短帧，因此，在接收方的周围的站点就会监测到这个短帧，从而使得他们在接收方有数据帧到来时期不会发送自己的帧。ABCDA发射C发射的覆盖范围图2-6 隐藏终端问题示意图2.BTMA协议（1）暴露终端问题CSMA协议在控制无线信道媒体访问时存在一定缺陷，如图所示。在A到B的4个无线站点中，A和B的无线电波覆盖范围互相重合并且可能相互干扰。C可能干扰B和D但不会干扰A。现在假定B向A发送，C
47、在侦听，它会听到正在进行的发送并且错误地认为不能向D发送，但实际上，C的发送只会在B和C之间的区域产生错误的接收，D时可以得到正确的接收的。这就是暴露终端问题，其关键在于，在传送之前，基站真正想知道的是在接收方周围是否还有其它的传送活动，而CSMA却只告诉在要发送的站点自己的周围是否有传送活动在进行。ABCDB发射图2-7 暴露终端问题示意图（2）BTMA协议BTMA（忙音多路访问）协议就是为解决暴露终端的问题而设计的。BTMA把可用的频带划分成数据(报文)通道和忙音通道。当一个设备在接收信息时，它吧特别的数据即一个“音”放到忙音通道上，其它要给该接收站发送数据的设备在它的忙音通道上听到忙音，知道不要发送数据。使用BTMA，在上面的例子中，在B向A发送的同时，C就可以向D发送(假定C已感知B和D不在同一个无线范围内)，因为C没有在D的忙音通道上接收到其它站的发送而引起的忙音。另外，使用BTMA，如果C在向B发送，A也可以知道而不向B发送，因为A可以知道而不向B发送，因为A可以在B的忙音通道上接收到由于C的发送而引起的忙
