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1、毕业论文：基于IEEE802.11的WLAN系统在system view的仿真设计(上行部分)毕业论文：基于IEEE802.11的WLAN系统在system view的仿真设计(上行部分)毕业论文：基于IEEE802.11的WLAN系统在system view的仿真设计(上行部分):2013-9-17 18:36:32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
2、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
3、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 FHSSABSTRACTThe 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 n
4、etwork (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 experimental results w
5、ere 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
6、. In order to the actual transmitting and receiving equipment and channel, and simulation on the amplifier, rf attenuators, mixers, etc, adopted the simulation of rf/simulation library icon. Rf/simulation library amplifiers, attenuator etc icon in prominence to rf circuit parameters on the simulatio
7、n, increased such as noise coefficient or noise characteristics, 1dB compression point, disturbance characteristics parameters, more applicable to real rf circuit simulation. Designed to reflect the system in the actual application, advantages and disadvantages, and by the other way with the differe
8、nce between modulation system. Key word: IEEE802.11 WLAN SYSTEM VIEW Spread spectrum DSSS目录摘要1ABSTRACT2绪论4第一章WLAN系统简介51.1无线局域网简述51.2 802.11概述5第二章 扩频通信的原理72.1 扩频通信概述72.2 扩频通信的成协议（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。
9、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
10、称扩频通信，是开始于20世纪四五十年代的一种新的通信体制。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，具有保密性，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
11、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
12、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2.42.4835GHz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
13、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
14、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保密通信。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（ ）的频带内随即跳变，实现带宽为 的窄带信号到带宽为
15、 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
16、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
17、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15dB35dB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、定义跳频扩频是最常用的扩
18、频方式之一，其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。从通信技术的实现方式来说，“跳频”是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式，也是一种码控载频跳变的通信系统。从时域上来看，跳频信号是一个多频率的频移键控信号；从频域上来看，跳频信号的频谱是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳变的。其中：跳频控制器为核心部件，包括跳频图案产生、同步、自适应控制等功能；频合器在跳频控制器的控制下合成所需频率；数据终端包含对数据进行差错控制。二、跳频扩频系统的优点与定频通信相比，跳频通信比较隐蔽也难以被截获。只要对方不清楚
19、载频跳变的规律，就很难截获我方的通信内容。同时，跳频通信也具有良好的抗干扰能力，即使有部分频点被干扰，仍能在其他未被干扰的频点上进行正常的通信。由于跳频通信系统是瞬时窄带系统，它易于与其他的窄带通信系统兼容，也就是说，跳频电台可以与常规的窄带电台互通，有利于设备的更新。三、跳频扩频系统的缺点和局限跳频系统本身也存在着一些缺点和局限，如信号隐蔽性差，抗多频干扰以及跟踪式干扰能力有限等，而扩频的另一种方式直接序列扩频却有较好的隐蔽性和抗多频干扰的能力。把这两种扩频技术结合起来，就构成了直接序列/跳频扩展频谱技术。它在直接序列扩展频谱系统的基础上增加载波频率跳变的功能，直扩系统所用的伪随机序列和跳频
20、系统用的伪随机跳频图案由同一个伪随机码发生器生成，所以它们在时间上是相互关联的，使用同一个时钟进行时序控制。意大利Telettra 公司的Hydra V 电台是采用了直接序列/跳频混合扩频技术的第一代战术电台。由于采用了直接序列扩频DBPSK 调制方式，比单独采用跳频技术多获得9dB 的处理增益，从而提高了电台的抗干扰性能。第三章 数字载波通信系统的调制方式3.1 数字调制方式在数字载波通信中，调制指由携带信息的电信号去控制高频振荡信号的某一参数,并使改参数按照调制信号规律变化的一种处理方式。在数字载波通信中,被调制的载波一般都是正弦波,其参数即幅度、频率和相位3个，因此，其调制方式不外乎是幅
21、度调制、频率调制和相位调制3种基本方式。但数字载波通信有自己的特点，即其调制信号是不连续的数字信号；因此，常把这3种调制方式分别称为幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。根据调制信号的不同，还可以把数字信号载波传输分为二进制数字调制和多进制数字调制两大类。本文的系统传输的是二进制数字信号，因此主要讨论二进制数字调制。（1）二进制幅移键控二进制幅移键控常简写为2ASK（2 Amplitude Shift Keying）。顾名思义，在幅移键控中，携带调制信号欣喜的是载波信号的幅度，即载波幅度随调制信号的不同而取不同的值。 图3-1 2ASK信号波形二进制幅移键控信号的时域表达
22、式为 （2）二进制频移键控二进制频移键控通常简写为2FSK（2 Frequency Shift Keying）。在二进制频移键控中，载波信号的频率携带调制信号的信息，它随着调制信号为1或0而不同。1对应于某一载波频率，0对应于另一个不同的载波频率。已调信号的是与表达式可写为 图3-2 2FSK信号波形（3）二进制相移键控二进制相移键控通常写为2PSK（2 Phase Shift Keying），又称为BPSK（Binary Phase Shift Keying）。在BPSK中，携带调制信号信息的是载波信号的相位。例如，最常用的是用载波相位为0或180来分别表示调制信号的1或0。二进制相移键控已
23、调信号的时域表达式为 图3-3 2PSK信号波形 由于BPSK相对于ASK与FSK，具有传输能量不中断、速率更高、抗干扰能力更强的优点。本文系统所仿真的WLAN系统采用BPSK调制扩频码。下面将介绍BPSK系统构成。 3.2 二进制相移键控（BPSK）二进制相移键控中，载波的相位随调制信号1或0改变，通常用相位0和 来分别表示1和0.时域表达式为 表达式中二进制信息“1”和“0”对应的相位也可以相反。BPSK的调制可以采用乘法相乘器或相位选择器来实现，如图3-4所示。BPSK解调必须采用相干解调，如何得到同频同相的载波是个关键问题。由于BPSK信号是抑制双边带信号，不存在载波分量，因而无法从已
24、调信号中直接用滤波法提取本地载波，通常采用的载波恢复电路有两种：平方环电路和科斯塔斯环（Costas Loop），分别如图3-5（a）和图3-5（b）所示。在图3-5（a）的平方环载波恢复线路中，平方运算后面的电路组成一个锁相环路。BPSK信号经平方运算后器频谱中包含两倍于载频的频谱分量。用锁相环电路提取这一分量，经二分频即可得到所需的载频分量。 图3-5（b）中的科斯塔斯环又称为同相正交环。压控振荡器（VCO）输出的本地载波信号中，一路直接供给乘法器，另一路经90相移后的正交本地载波信号供给另一个乘法器。两个乘法器的输出信号中均包含有调制信号分量，因此，两者相乘后再滤波就可以滤除调制信号分量
25、，得到相位误差信号。信号经环路滤波器得到仅与压控振荡器输出和理想载波之间相位差有关的控制电压，从而可以准确的对压控振荡器进行调整。图3-6给出一个比较完整的BPSK相干解调器的电路框图。 第四章 WLAN系统在SystemView上的仿真4.1 系统简介图中所示是一个完整的跳频扩频通信系统信道部分的实验电路，其中包括一个发射机和一个接收机，系统工作在350MHZ的UHF频段，对该电路进行稍加改进即可使其工作在IEEE802.11协议规定的2.4G频段。如图所示，在发射机和接收机中除中频使用了声表面波（SAW）带通滤波器外，其余的滤波器均为RC或LC滤波器，同时在本振、混频器和射频输入、输出放大
26、器等部位使用了多片RF集成电路组件。该系统是一个用于无线局域网WLAN通信的跳频扩频系统，电路中部分参数参考了IEEE802.11标准，对于实际发射、接收设备以及信道进行仿真，在对射频的放大器、衰减器、混频器等方针是，利用了射频/模拟库的图标。射频/模拟库的放大器、衰减器等图标与算字库或其他基本库种类是的图标相比，在参数设置上突出对射频电路的仿真，增加了如噪声特性、1dB压缩点、干扰特性等参数，更加适合于对真实射频电路的仿真。系统的组成原理框图和仿真电路图分别为如图5-1和图5-2所示。在仿真中，保持原系统的结构，保留了信源码和扩频伪随机码的码速率。为了提高仿真速度和效率，降低系统仿真时间，在
27、不影响系统原理说明的情况下，将仿真系统的载波频率从原来的2.4GHz降低为350MHz；本振频率从原来的2.162GHz降低为250MHz；中频频率也从280MHz降为100MHz。跳频信道数从79变为2，不同信道间的间隔为1MHz。该WLAN扩频通信系统可以工作在0108dB信道损耗的环境中。系统信息数据的码速率为1Mb/s，利用扩频码控制跳频扩频中的频率合成器，在本仿真中将跳频频率简单设置为两个，以表现跳频扩频的原理，实际应用中利用跳频M序列控制锁相环频率合成器的分频器N，以达到输出不同跳频频率的目的，在仿真中，通过设置PN序列的SEED来使扩频部分和解扩部分的频率合成器控制输入PN码相同
28、，以实现解扩。 图5-2 系统仿真电路图如图5-1所示，扩频伪随机序列控制产生的跳频频率图案与码速率为1Mb/s的待传送信息数据完成扩频调制后，再经过一个低通滤波器以限制基带信号的带宽。为了发送解扩所需的参考信号，该伪随机序列也经过同样的低通滤波器。用100MHz中频信号对含信息的扩频信号进行PSK调制。调制后，已调波信号经过中心频率为100MHz的声波表面波带通滤波器，以抑制带外干扰。然后，将已调信息信号变频到350MHz。原系统本振频率为2.132GHz，为了提高仿真效率，分别降低为320MHz的发送滤波器，叠加后由天线发送。信号经过信道衰减到达接收端。在接收端，天线收到的信号首先经过中心
29、频率为355MHz的带通滤波器滤出有用信号，抑制带外干扰，然后于220MHz的本地信号混频成中频信号，用中心频率分别为130MHz的带通滤波器，提取中频信息信号（中心频率为130MHz）。信号经限幅放大，再送到频率合成器，完成解扩。乘法器的输出信号先经过中心频率为30MHz的带通滤波器，滤出有用信号，最后，用一个Costas环完成PSK信号的解调，提取信息数据。如图52所示，系统仿真电路主要由4个子系统及其它相关图标组成。4个子系统分别为1个发射机（图标8）和3级接收机（图标681、737、705）。子系统图标9是调制与发射子系统，其输出信号为发射机发送的射频信号，包括包含信息数据的扩频信号和
30、接收端解扩用的参考信号。图标0为衰减器，它代表了信号在传输过程中的信道衰减。通过调整该衰减器的参数，可以调整整个系统的信道衰减，即整个系统的信道衰减在0108dB之间可调。在该例子中，衰减器的值设为100dB。图标678为热噪声源，代表信道噪声，产生相当于电阻为50 、温度为300K的热噪声。为了对比解调输出，将信息数据输出，先经抽样器图标3将数据采样频率降低以便提高仿真速度和效率。为了与调制解调输出信息信号相比较，信息数据还经过一固定时间的延迟和幅度放大，延迟时间与系统中调制解调模块引入的延时相等，以便在观察时与系统输出同步。子系统图标681，737和705分别为接收端的3级接收机。其中第1级接收机子系统图标681为射频到中频的变频器。变频到中频后，进入第2级接收机子系统图标737.直接与频率合成器得到的跳频频