（通信与信息系统专业论文）无线局域网ieee80211b基带技术研究.pdf

浙江人学硕：论文 摘要 摘要 人们对宽带无线通信的需求推动了无线局域网的发展。但以前各个厂商推出的无线局域 网产品都互不兼容，这使得市场发展缓慢而且产品成本昂贵，仅用在不适于走线或无法采用 有线组网的场合。随着工业标准的成熟，特别是在1 e e e 8 0 2 1 1 无线局域网标准制定之后， 无线局域网获得了快速的发展，越来越多的厂家投入到技术研究和市场推广工作中，无线局 域网在通信市场中所占的份额也在稳步提高。) 广 7 本文主要研究i e e e8 0 2 1 1 1 1 b 物理层的基带部分的有关技术，包括i e e e8 0 2 1 1 所面 临的信道的特点、信道的估计以及调制和有关接收技术等。主要内容如下： 第一章简单介绍无线局域网标准1 e e e 8 0 2 1 1 的历史和i e e e8 0 2 1 1 网络的结构。 第二章扼要介绍i e e e 8 0 2 1 l 1 1 b 基带的一些规范，并对发射机的结构作一概要说明。 第三章着重叙述i e e e 8 0 2 i i 所面临的室内无线信道的特点、模型，阐释我们提出的信 道估计的原理。 第四章是本文的一个重点。在这一章中对c c k 调制及码字的特点进行详细描述，随后 详细阐述我们所采用的几种c c k 接收机方案中的算法d 岛括加性噪声信道下的最大似然接 收机、基于信道匹配滤波器的r a k e 接收机、带l s i 删除的r a k e 接收机( 即r a k e i s i ) 、 带i s i 和i c i 删除的r a k e 接收机( 即r a k e 一1 s i i c l ) 以及判决反馈均衡器? 土夕一一 一 第五章是报告对接收机性能的仿真的情况。首先说明仿真的条件，然后列出各个仿真的 结果，并作出比较、分析。 第六章对研究工作做总结，分析不足及可能的改进方法。同时，还对无线局域网今后 的发展进行展望。 关键词 无线局域网。i e e e 8 0 2 1 1 1 1 b ? y 。 道匹配遗滴堪墅三二亘壁要匿z 浙汕：人学硕1 ：论文 摘要 a b s t r a c t t h ed e m a n df o rb r o a d b a n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nm o t i v a t e st h ed e v e l o p m e n to fw i r e l e s s l o c a l a r e a n e t w o r k ( l a n ) s e v e r a ly e a r sa g o ，h o w e v e r ，w i r e l e s sl a np r o d u c t sf r o mav a r i e t yo f v e n d o r sw e r ei n c o m p a t i b l e ，s ot h em a r k e td e v e l o p e ds l o w l ya n dt h ep r o d u c t sw e r ee x p e n s i v ea n d w e r eo n l yu s e di nt h es i t u a t i o n sw h e r ec a b l i n gw a si m p r a c t i c a lo ri m p o s s i b l e w i t ht h em a t u r i n g o fi n d u s t r ys t a n d a r d s ，e s p e c i a l l ya f t e r1 e e e8 0 2 11p r o t o c o lb e i n gp r o p o s e d ，w l a na c h i e v e sa f a s td e v e l o p m e n t m o r ea n dm o r ec o m p a n i e sa r ei n v o l v e di nt h et e c h n o l o g yr e s e a r c ha n dm a r k e t p r o m o t i n gw o r ko f w l a n ，a n dw l a n sp l a ya m o r ei m p o r t a n tr o l ei nt h ec o m m u n i c a t i o nm a r k e t t h i st h e s i sf o c u s e so nt h eb a s e b a n dt e c h n o l o g yo fi e e e8 0 2 1 1 1 1 bp h y s i c a ll a y e r , w h i c h i n c l u d e st h ec h a r a c t e r i s t i c so f i n d o o rm u l t i p a t hc h a n n e l e e e8 0 2i ic o n f r o n t s ，e s t i m a t i o no f t h i s t y p eo f c h a n n e l ，m o d u l a t i o na n dr e c e i v e rs t r u c t u r e t h em a i nc o n t e n t sa r e a sf o l l o w ： c h a p t e r i s a ni n t r o d u c t i o no fi e e e8 0 21l sh i s t o r ya n di e e e8 0 2 n e t w o r k s a r c h i t e c t u r e c h a p t e r2p r e s e n t ss o m es p e c i f i c a t i o no fi e e e 8 0 2 i1 1l bb a s e b a n d a n di n t r o d u c e st h ew h o l e s i m u l a t i o nl i n kw ed e s i g n e d ，a n dg i v es o l i l ee x p l a n a t i o nw h e nn e c e s s a r y c h a p t e r3e x p r e s s e sc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h em o d e lo f t h ei n d o o rw i r e l e s sc h a n n e li e e e 8 0 2 11 c o n f r o n t s ，e x p l a i n st h ep r i n c i p l e so f t h ec h a n n e le s t i m a t i o nm e t h o da d o p t e d c h a p t e r4i st h ei m p o r t a n tp a r to ft h i s t h e s i s i nt h i sc h a p t e r , c c kc o d e w o r dh a sb e e n d e s c r i b e d f o l l o w i n gt h i sa r et h ea l g o r i t h mo fc c kr e c e i v e rs c h e m e ，i n c l u d e i n gm a x i m u m l i k e l i h o o dr e c e i v e ru n d e ra w g nc h a n n e l 、r a k ea n dr a k e - 1 s 1r e c e i v e rb a s e do nt h ec h a n n e l m a t c h e df i l t e ra n dd e c i s i o nf e e d b a c ke q u a l i z e r c h a p t e r5i sar e p o r ta b o u tt h er e c e i v e r sp e r f o r m a n c es i m u l a t i o n s a tf i r s t ，t h ec o n d i t i o n so f s i m u l a t i o n sa r eg i v e n ，t h e nt h er e s u l t so fs i m u l a t i o n sa r el i s t e d ，f i n a l l y , t h ec o m p a r i s o na n d a n a l y s i sa r eg i v e n i nc h a p t e r6 ，t h er e s e a r c hw o r ki ss u m m a r i z e d ，t h ee x i s t i n gp r o b l e m sa r ep o i n t e da n dp o s s i b l e s o l u t i o n sa r eg i v e n i nt h em e a n w h i l e ，t h ed e v e l o p m e n to fw i r e l e s sl a ni nt h ef u t u r ei s p r o s p e c t e d 浙江人。：硕1 ：论文摘要 k e yw o r d s ： w i r e l e s s l o c a l a r e a - n e t w o r k ( w l a n ) i e e e s 0 2 1 1 1 1 bc c kc h a n n e l m a t c h e df i l t e r ( c m f ) r a k er a k e i s ir a k e isi icd e c i s i o nf e e d b a c k e q u a l i z e r 浙江人。顺l 论文 第1 章 ! f 沦 第1 章绪论 一般来说，无线局域网( w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ) 是指采_ l j 无线传输；! ! i ! 体的计算机 局域网。目前采用的无线传输媒体有无线电与红外线。 无线局域网不需敷设电缆或光缆就可以灵活地组成可移动的局域网，井允许移动用户和 i i 郇十用户访问已有的骨干通信网。无线局域网目前主要应刚于：不能或雉以使j h 传统走线的 场所，如历史古迹、超静室；采用无线成本较采用有线低的区域，如相距较远的两幢建筑、 有强电设备的地方、公共通信网不发达的地区；临时性的通信网络，如展览会场、展销会场、 救灾现场；工作人员流动性人的场合，如军事战场、公安、消防、仓库、超市、锓饮等”。 随着符种笔记木刑、膝r ，弘、学上，议l u 腑、个人数字助手( p d a ) 以及便 j l ；式终端的将 及，无线局域网将显得越来越重要，它在局域网。f 死1 ，的比例也会越来越高。无线j 域网住 过去的五年里其产值以每年4 0 至6 0 f ( , j 惊人速度在增k 。 今后无线局域网将会继续向支持更高的传输速率、在更大范围内的散步或漫游( 散步是 指移动主机在同一l p 子网内移动，而漫游是指移动主机在不同l p 子网之问移动。) 、更快的 移动速度这儿个方向发展吼 目前已山现了儿种有代表性的无线岗域网的标准，如i e e e8 0 2 1 1 、h i p e r l a n 等。其 中，1 e e e 8 0 21 1w l a n 标准受剑了广泛的关注，i n t e r s i l 、t i 等公司目前已推i i l 了相席的：卷 片及产品。 本章主要介 “1 e e e 8 0 2 1 1 的历史和网络的构成，最后介纠论文的结构。 1 1 无线局域网i e e e 8 0 2 1 1 简介 1 1 1i e e e8 0 2 1 1 的历史 1 9 9 0 年7 月，i e e e 委员会接受了n c r 公司“c s m a c d 无线媒体标准扩充”的提案， 成立了i e e e 8 0 2 1 1 工作委员会。1 9 9 3 年1 1 月形成了基础协议，1 9 9 7 年完成了该协议，并 于1 9 9 8 年被i e e e 批准作为草案，1 9 9 9 年公布了第一个正式的版本。标准列介质访问控制 层( m e d i u ma c c e s sc o n t r o ll a y e r ，m a c ) 和物理层( p h y s i c a ll a y e r ，p h y ) 作了规定。有两 种基于无线电的p h y 使用2 4 g h z 频带，第三个使用红外线。三种p h y 都支持、1 m b s 的数 筇1 章绪沦 据速率，以及可选的2 m b s 速率。1 e e e8 0 2 11 的业务主要限于数据存取，速率最高只能达 到2 m b s 。由于它在速率和传输距离上都不能满足人们的需要，因此，i e e e 小组在1 9 9 9 年 9 月1 6 日又批准8 0 2 1 1 b 和8 0 2 1 l a 两个新标准，前者已经成为目前的主流标准，而后者也 被很多厂商看好。 i e e e8 0 2 11 b 协议h 训1 e rs p e e dp h y s i c a ll a y e re x t e n s i o ni nt h e2 4 g h zb a n d ，它是 对8 0 2 11 协议1 9 9 9 版的修改与补充，在物理层部分在原来的1 m b s 、2 m b s 传输速率之外， 增加了5 5 m b s 、1 1 m b s 的高速率d s s s ( d i r e c ts e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m ，直接序列扩频) 的方案。在第二章里，我们会对l e e 8 0 2 1i i e e e 8 0 2 1l b 作进一步的介绍。 i e e e8 0 2 、1 l a 协议一一h i g h e rs p e e dp h y s i c a l l a y e ri n t h e5g h zb a n d ，它一i 作在 5 g h z u n i i 频带，物理层速率数据速率从6 m b s 直到5 4 m b s ，传输层可达2 5 m b s 。采用正 交频分复用( o f d m ) 的独特的扩频技术：可提供2 5 m b s 的无线a t m 接口和l o m b s 的以 太网无线帧结构接口，以及t d d t d m a 的空中接口；支持语音、数据、图像业务j 一个扇 区可接入多个户，每个户可带多个h j 户终端。在i e e e 8 0 2 1 1 系列标准里，较高数据速 率的m a c 层与l m b s 和2 m b s 速率的m a c 层是相同的。 1 1 2i e e e 8 0 2 1 1 无线局域网的构成 i e e e8 0 2 1 l 把孤立使用的无线局域网称作白组无线局域网( a d h o cn e t w o r k ) ，而把互 连使用的无线局域网称为多区无线局域网( i n f r a s t r u c t u r en e t w o r k ) 。自组无线局域网可以是 多区无线局域网的组成部分。 在i e e e 8 0 21 1 标准中，把连接在网中的设备称为站( s t m i o n ，s t a ) 。一般地，一个站 是指包含了一个能与无线媒体相连的遵循i e e e8 0 2 11m a c 和物理层协议的没备。一个站 可以是台式计算机、笔记本电脑，也可以是其它智能设备，例如个人数字助理( p d a ) 、智 能控制装置等| 3 】。 从站的移动性来分类，局域网中的站可分为三类：同定站、? f 移动站、移动站。同定站 一般是指固定使用的台式计算机，有线局域网中的站均为i 司定站；半移动站( p o r t a b l es t a t i o n ) 是指经常改变使用场所的站，但它在移动状态下并不要求保持与网络的通信：移动站( m o b i l e s t a t i o n ) 如同移动电话一样，它在移动过程中也可保持与网络的通信，这种站是有线局域网 中所没有的，移动站可列举掌上型电脑、午载计算机等，目前无线局域网中移动站的典型移 动速度限定在步行速度( 2 m s 以内) 及中低速( 1 0 m s 以内) 之间。 浙江人学硕：上论文 第1 章绪论 一个典型的i e e e8 0 2 1 1 的系统结构如图1 - 1 所示。图中，b s s ( b a s i cs e r v i c es e t ) 是 i e e e8 0 2 1 1 局域网最基本的组成部分。d s ( d i s t r i b u t a t i o ns y s t e m ) 是用于把b s s 互相连接 起来的设备，它可以是己存在的有线局域网，也可以不是。a p ( a c c e s sp o i n t ) 是一个特殊 的站，它除了完成一般站的功能外，还提供接入d s 的途径。b s s 和d s 之间的数据交换都 要通过一个a p 来完成。在图1 1 中有两个b s s ，而每个b s s 中又分别有4 个站和3 个站 图1 - 1一个典型的i e e e 8 0 21 1e s s 的结构图 d s 和b s s 允许8 0 2 1 l 构成一个具有任意大小和复杂性的无线网络。i e e e 把这种类型 的网络叫做e s s ( e x t e n d e ds e r v i c es e t ) l 习络。它是与i b s s ( i n d e p e n d e n t b s s ) 相对而言的。所 谓i b s s ，是不与其它b s s 相连接的独立的b s s ，它所形成的网络就是自组无线局域网 ( a d - h o cn e t w o r k ) 。特别值得一提的是，e s s 网络对l l c ( l o g i cl i n kc o n t r 0 1 ) 层来说就 如同一个i b s s 网络，e s s 中的站可互相通信，并且移动站可从一个b s s 移动到同一e s s 中的另一个b s s 。 图1 - 2 是一个i b s s 的实例，图中有3 个笔记本电脑，电脑中均装有i e e e 8 0 2 1 1 网卡， 它们是3 个站( s t a ) ，相互之间都可以直接进行对等( p e e v t o p e e r ) 通信，无需中心节点。 这三个站一起构成了一个自组网络( a d h o c n e t w o r k ) 。这种网络内通信只需使用i e e e8 0 2 1 1 m a c 层，物理层的协议。 浙江人学硕1 ：论文 第1 尊绪论 图1 - 2一个8 0 2 1 1 的i b s s 的例子 p o r t a l 是来自于非8 0 2 1 l 局域网的m s d u ( m a cs e r v i c ed a t a u n i t ) 接入8 0 2 1 1d s 处 的逻辑点。p o r t a l 提供了一种把i e e e8 0 2 1 l 和已存在的有线l a n 互相连接的方法。当d s 是用一个i e e e8 0 2l a n 的部件实现的时候，就有可能在一个设备上既提供a p 的功能又提 供p o r t a l 的功能。 在 e e e s 0 2 1 1 中定义了两种服务s s ( s t a t i o ns e r v i c e ) 和d s s ( d i s t r i b u t i o ns y s t e m s e r v i c e ) 。这两种服务都是i e e e 8 0 2 1 1m a c 层所使用的。 由站提供的服务称作s s 。在每一个i e e e s 0 2 1 1 的站( 包括a p ) 里都存在s s 。s s 包括 如下的服务：鉴权( a u t h e n t i c a t i o n ) ，解鉴权( d e a u t h e n t i c a t i o n ) ，保密( p r i v a c y ) ，m s d u 发送 ( d e l i v e r y ) 。 由d s 提供的服务称作d s s ( d i s t r i b u t i o ns y s t e ms e r v i c e ) 。d s 可通过也能提供d s s 的 s t a 来接入，提供接入d s 方法的s t a 是一个a p 。d s s 包括以下服务：连接( a s s o c i a t i o n ) ， 断开连接( d i s a s s o c i a t i o n ) 、分布( d i s t r i b u t i o n ) 、集成( i n t e g r a t i o n ) 、重连接( r e a s s o c i a t i o n ) 。 在i b s s 里，只存在s s 服务。而在e s s 里，两种服务都可能存在。图1 3 形象地表示 了在一个1 e e e 8 0 2 1 1 的系统中的服务的情况。d s s 在图1 3 中用在a p 内的箭头来表示。 浙江人学硕：b 论文 第1 章绪论 图1 - 3 i e e e 8 0 21 1 系统中的服务 1 1 3 协议的分层模型 i e e e s 0 2 1 1 标准对数据链路层的介质访问控制( m a c ) 子层和物理层( p h y ) 进行了 规定。而这两个部分对应于i s o i e c 的o s i ( o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n ) 基本参考模型的 最下面的两层，即物理层( p h y s i c a ll a y e r ) 和数据链路层( d a t al i n kl a ) f e r ) 。i e e e 8 0 2 1 1 标 准中的层以及子层与o s i 模型的对应关系如图1 4 所示p j 。从图中看出，在i e e e 8 0 2 1 1 中， 还将物理层分为p l c p 和p m d 两个子层，下一章将会对这两个子层作进一步介绍。图中的 l l c 指的是逻辑链路控制( l o g i c a ll i n kc o n t r 0 1 ) 子层，它采用的是8 0 2 2 协议，这和1 e e e s 0 2 家族的其它协议( 如i e e e 8 0 2 3 等) 是一样的。 浙江人学硕j ：论文 第l i 荸绪沦 田 i一 蕾墨固 m a c l a v e ，i m a c s u b l a y e r m a c卜m a n a 圉m e n t 8 日_ m a n a g e m e n t s t a t i o n - j 。4 。 phyl p l c ps u b l a y e r 一+ a 圉r m a n a g e m e n t 6 日日 p i i y p m d s u b l a y e r + l 刳1 4i e e e 8 0 2 1 1 与o s i 模州的对庶 m a c ( m e d i u m a c c e s sc o n t r 0 1 ) 层在主计算机的总线和物理层之间提供了接口，它还管 理存放i e e e8 0 2 1 i 工作所需的代码的外部存储区。m a c 制造商通常提供实现8 0 2 1 l 协议 的必需的固件以及在主流操作系统( 如w i n d o w s 、u n i x 等) 下的驱动程序。m a c 层的数据 是打包成帧的，m a c 层每一帧( 又叫m a cp r o t o c o l d a t a u n i t ，m p d u ) 的1 支度是2 0 4 8 个字 节，在m p d u 前附上帧头( h e a d e r ) 和前导( p r e a m b l e ) 之后传给物理层。 m a c 层定义了两种网络管理方式。一种叫d c f ( 分布式协调功能) ，它采用c s m a c a ( 载 波侦听冲突检测) 这种竞争的方式来进行无线介质的共享。另一种是p c f ( 点协调功能) ， 它是一个无竞争的访问协议，在这种工作模式下，置于a p 中的中心控制器控制本b s s 内 各站的帧的传送，各站均服从中心控制器的控制。 图1 - 5 是一个将数据链路层描述得更为详细的i e e e 8 0 2 1l 协议的分层的结构模型。 浙江人学硕十论文 第1 章绪论 图1 - 5i e e e 8 0 2 11 协议的分层的结构模型 在i e e e 8 0 2 1 1 和1 e e e 8 0 2 1 1 b 中定义了三种不同类型的物理层实现，即红外线、跳频 扩谱( f h s s ) 和直接序列扩谱( d s s s ) 。红外线保密性好，但红外线对非透明物体的透过 性极差，这导致传输距离受限。f h s s 系统采用8 3 5 m h z 带宽中相隔1 m h z 的7 9 个频点( 北 美、欧洲大部分国家) ，跳频模式( p a t l e r n ) 分为三组，每组有2 6 个跳频模式。跳频次数由 各国主管部门决定。数据率1 m b s 时采用2 g f s k ，2 m b s 时采_ e ；j4 g f s k 。由于g f s k 具有 恒包络特性，可使用非线性功率放大器，故容易实现，成本较低。d s s s 系毓在l m b s 和2 m b s 时采用长度为11 的b a r k e r 码扩频，1 m b s 时采用d b p s k 调制，2 m b s 时采用d q p s k 调制 4 1 。d s s s 系统，除了1 m b s 和2 m b s 的速率之外，还可提供5 5 m b s 和1i m b s 。码片( c h i p ) 的速率都是1i mc h i p s ，因此四种速率的信道带宽都是一样的。而且，四种速率所使用的 p r e a m b l e 和h e a d e r 都是样的。 研究表明d s s s 系统比f h s s 系统具有更好的误码性能、传输距离，但因q p s k 不具 有恒包络特性，需要用线性功率放大器，故适用于高性能系统。在i e e e8 0 2 1 1 b 中，数据 速率为5 5 m b s 和11 m b s ，它也工作在2 4 g h z 频段，它采用c c k 调制，c c k 调制方法见第 四章。 i e e e 8 0 2 1 l a 是在基于包的通信里第一次使用o f d m 技术的标准。i e e e8 0 2 i l a 的主要 参数4 】见表1 1 。其中决定其它参数的关键参数是保护间隔( g u a r di n t e r v a l ) ，8 0 0 n s 。 第l 尊绪i 表1 18 0 2 1 1 a 物理层的主要参数 d a t ar a t e 6 ，9 ，1 2 ，18 ，2 4 ，3 6 ，4 8 ，5 4 m b s m o d u l a t i o n b p s k ，q p s k ，1 6 一q a m ，6 4 一q a m c o d i n gr a t e1 2 ，2 3 ，3 4 n u m b e ro fs u b c a r r i e r s5 2 n u m b e ro f p i l o t s 4 o f d ms y m b o ld u r a t i o n4 u s g u a r di n t e r v a l8 0 0 n s s u b c a r r i e rs p a c i n g31 2 5 k h z 一3 d bb a n d w i d t h16 5 6 m h z c h a n n e ls p a c i n g2 0 m h z 1 2 本文的主要成果和内容安排 本文是在导师的指导下，独立进行无线局域网i e e e8 0 2 1 l b 协议的分析与研究的结果。 本文的主要贡献有： 1 比较深入地分析了室内无线信道的特点，并讲述了如何计算机仿真中建立其模型问 题。 。 2 提出了一种新的估计信道的方法，即采用b a r k e r 码来估计信道。这种方法首先利用 b a r k e r 码的自相关特性来估计信道，然后对信道估计值进行进步的校准以使信道估计的结 果更精确。 3 研究了i e e e8 0 2 1 1 b 采用的c c k ( c o m p l e m n t a r yc o d ek e y i n g ，互补码键控) 码字 的特点，并阐述了用来对c c k 码字进行相关解码的快速沃尔什变换( f a s t 、w a l s ht r a n s f o r m ) 算法。 4 深入研究了基于信道匹配滤波器的r a k e 接收技术的原理。这是一个巧妙的方案， 首次将对付符号问干扰( i s | ) 的两种技术均衡和r a k e 结合在一起。 5 研究了m m s e - - d f e ( 最小均方误差判决反馈均衡器) 的算法，并将它_ ；l j 于c c k 码字的接收机中。、 第1 章绪沦 6 提出了r a k e 、r a k e i s i ( 带i s i 删除的r a k e ) 、d f e ( 判决反馈均衡器) 三种接 收机方案，并在仿真软件c o s s a p 的平台上，建立了完整的仿真链路，对这三种接收方案 进行了仿真并比较了它们在高斯噪卢、多径衰落信道信道卜的性能。 本文的内容安排如下： 第一章简单介绍无线局域网标准i e e e 8 0 2 1 1 的历史和i e e e8 0 2 1 1 网络的结构。 第二章扼要介绍i e e e 8 0 21 1 1 1 b 基带的一些规范，并对发射机的结构作一概要说明。 第三章着重描述室内无线信道的特点、模型，并阐释我们提山的信道估计的原理。 第四章是本文的重点之一。在这一章中对c c k 调制及码字的特点进行详细描述，随后 详细阐明了我们所采用的三种c c k 接收机方案中的算法，这包括基于信道匹配滤波器的 r a k e 接收机、带i s i 删除的r a k e 接收机( 即r a k e i s i ) 以及判决反馈均衡器、。 第五章首先介绍采用的仿真链路和仿真条件，然后给出仿真的结果，并作出比较、分析。 第六章对研究工作做一总结，分析不足及可能的改进方法，从个人的观点谈谈今后可做 的进一步的研究。同时，还对无线局域网今后的发展进行展望。 浙江人。了硕1 ：论文第2 章捧带娥范和发射机结构 第2 章基带规范和发射机的结构 i e e e 8 0 2 1 1 a ，b 是中高速率( 8 0 2 1 1 i l b 工作在2 4 g h z 的i s m 频段下，速率可以是 1 m b s 、2m b s 、5 5m b s 或11m b s ：8 0 2 1l a 速率为6 - 一5 4 m b s ，5 g h z ) 、室内环境( 5 0 3 0 0 m ) 下的一个最合适的无线通信方案。本章研究i e e e s 0 2 1l b 的d s s s ( 直接序列扩频) 的基带 规范和11 m b sd s s s 系统的基带技术。 2 1d s s s 物理层包括的两个协议功能 d s s s 物理层可以包括以下两个协议功能： ( 1 ) 物理层融合功能( p h yc o n v e r g e n c ef u n c t i o n ) ，这个功能是由p l c p ( p h yc o n v e r g e n c e p r o c e d u r e ) 子层来完成的，见图1 - 4 。通过这个功能可把与具体的物理实现有关的p m d ( p h y s i c a lm e d i u md e p e n t ) 子层的功能转换成标准的物理层服务( p h ys e r v i c e ) ，然后提供 给m a c 层。这个功能使m a c 层可以不_ l f j 关心p m d 子层的具体实现细竹。 在两个物理层之间交换的数据单元是包含p s d u ( p l c ps e r v i c ed a t au n i t s ) 的p p d u ( p h y p r o t o c o ld a t au n i t s ) ，见图2 i 。而在两个m a c 层之间交换的数据单元是m p d u ( m a c s u b l a y e rp r o t o c o ld a t au n i t s ) ，每个m p d u 对应于个在p p d u 内的p s d u 。 ( 2 ) p m d 系统，它的功能是定义了在两个或更多的站之间通过无线媒体发送和接收数据 的特点、具体方法。 2 2p p d u 的帧格式 在p l c p 子层，在发送时，会在m p d u ( 亦即p s d u ) 的前面加上p l c pp r e a m b l e 和h e a d e r 以形成p p d u ( p h yp r o t o c o ld a t au n i t s ) 而在接收时，将去掉m p d u 前的p l c pp r e a m b l e 和h e a d e r ，然后再进行m p d u 的解调。p p d u ( l o n gp l c p ) 的帧格式如图2 - 1 。 i 0 - 浙江人学硕士论文 第2 章撼带规范承i 发削机结构 图2 1l o n gp l c pp p d u 的i 帧格式 图2 1 中，s y n c 块由1 2 8 个被扰频的“l ”组成，接收机利用它获得同步。 s f d 用来指示与p h y 相关的参数的开始。其值为f 3 a 0 ( m s bt ol s b ) ，l s b 最先 发送。 s i g n a l 告诉p h y 用于发送( 或接收) m p d u ( 即p s d u ) 的调制速率。数据速率为 s i g n a l 1 0 0 k b s 。 s e r v i c e 中只用了三个比特。b i t 2 指示发送频率和系统的时钟是否来自于同一个振荡 器；b i t 3 用于指示调制方式是c c k ( o ) 还是p b c c ( 1 ) ：b i t 和l e n g t h 区一起表示长 度。 l e n g t h 指示发送m p d u 需要的毫秒数。 c r c 用于对s i g n a l 、s e r v i c e 、l e n g t h 区进行校验。 l o n gp l c p 的p r e a m b l e 和h e a d e r 都是用b a r k e r 码扩展的1 m b sd b p s k 调制发送的。 m p d u 的发送速率由参数矢量t x v e c t o r 中的d a t a r a t e 参数决定，t x v e c t o r 是 p h y - t x s t a r t , r e q u e s t 原语发出的。 在i e e e 8 0 2 1 l b 中，另外还规定了一种p r e a m b l e ( 前导) 较短的帧的格式作为可选方案。 这种短的p p d u ，在发送相同长度的有用信息的情况下，开销( o v e r h e a d ) 较小，因而可获 得较大的网络数据吞吐量。在协议中把这种p p d u 叫做s h o r tp l c pp p d u ，其格式如图2 - 2 所示。 浙江人学硕l = 论文 第2 章辘带姚范象l 发射机绱构 s e r a m b l e dz e r o s 图2 - 2s h o r tp l c pp p d u 的帧的格式 s h o r tp l c pp p d u 的前导的s y n c 区只有5 6 个b i t 。而不是1 2 8 b i t 。另外，它的h e a d e r 的4 8 个b i t 采用2 m b s 有b a r k e r 码扩展的d q p s k 调制，这一点也与l o n gp l c pp p d u 不 同。 2 3 工作频率范围和工作频道数 i e e e 8 0 2 】l 川b 工作在2 4 g h z 的1 s m 频段上。i s m 是i n d u s t r i a l 、s c i e n t i n c 、m e d i c a l 的第一个字母的缩写许多一1 业、科研年| | 医疗设备被设计成使用该频段。在茭国，只要发射 功率及带外辐射满足美国联邦通信委员会( f c c ) 的要求，则无须向f c c 提出专i 、j 的申请 就可以使_ 耳j 这个频段。在欧洲和日本也有相似的规定。 f c c ( u s a ) 、i c ( c a n a d a ) 、e t s l ( e u r o p e ) 规定d s s sp h y 应，l 作在2 4 g h z 至2 4 8 3 5 g h z 的频率范围内。而m k k ( j a p a n ) 规定为2 4 7 】g h z 至2 4 9 7 g h z ，法国规定为2 4 4 6 5 g h z 至 24 7 5 g h z ，西班牙允许为2 4 4 5 g h z 至2 4 7 5 g h z 。信道的中，1 1 , 频率和信道编号( c h n l i d ) 如表2 - 1 所示。在表中，在“r e g u l a t o r yd o m a i n s ”区下标有x 的，表示是被支持的。 在一个多小区网络拓扑中如果小区频率间的间隔不小于3 0 m h z 的话使州不同频道 的相重或相邻的小区能够无干扰地同时工作。 浙江人浮硕十论文 笫2 章糍带规范和发! ：| 机2 斛q 表2 1d s s sp h y 频道规划 r e g u l a t o r y d o m a i n s x l 矿x 2 0 x 朝x 3 l x 3 2 。x t 4 0 + c h n l _ i df r e q w n c y f c ci cl 邢l s pi n 胁t l c em k k l2 4 1 2 m h zxxx 22 4 1 7 m h 2xxx 32 4 2 2 m h xxx 42 4 2 了m h zxxx 52 3 2 m h z xx x 62 4 3 7 m h zxxx 7 2 4 4 2 m h 2 x xx 8 2 4 4 7 m i k x x x 92 5 2 m h zxxx 1 02 帖7 m h zxxxxx l i2 4 6 2 m h zxxxxx 1 22 4 6 7 m xx 1 3 2 4 7 2 m h zxx j 4 2 4 8 4 m n zx 不管数据的速率是1 、2 、5 5 还是1l m b s ，信道带宽始终是2 0 m h z 左右，因此在2 4 g h z 的i s m 频段内摄多可容纳3 个不重叠的信道。图2 - 3 是3 个不重叠的傅道的一个选择方案。 c h a i i n e lic h n n e l 6 图2 - 3 北美的个频率不重叠的信道选择方案 浙江人学硕f ：论文 第2 章赫惟规范年发射机结构 2 。4 对p m d 发送、接收的有关规定 2 4 1 对p m d 发送的有关规定 美国、欧洲和日本对i s m 频段最大允许发送功率的规定如表2 2 所示。如发送的功率 有可能大于1 0 0 r o w ，则应该提供功率控制。当功率大于1 0 0 m w 时，则将它切换至1 0 0 m w 或更小。 在美国，产生的辐射还应遵守1 e e e 的未受控制频带内的辐射标准( i e e es t d c 9 5 1 1 9 9 1 ) 。 表2 2 对i s m 频段的最大发射功率的规定 m a x i m u mo u t p u t g e o g r a p h i cl o c a t i o nc o m p l i a n c ed o e u m e n l p o w e l 1 0 0 0 m 、u s af c c1 5 2 4 7 1 0 0n l 、，( e i r p ) e u r o p e i 玎s3 0 0 3 2 8 1 0l n 、，m t l z j a p a n m e to r d i n a n c ef o rr e g u l a t i a gr a d i oe q u i p t l l e l l t a f t i c l e4 9 。2 ， i e e e 8 0 2 1 1 对发送信号的频谱也有规定，对于f 。- 2 2 m h z ， 五一l i m h z , f 。+ 1 1 m h z _ 厂 f c + 2 2 m h z ，发送信号的频谱应小于一3 0 d b r ( 与s i n x x 峰值相对应的d b 值) ；对于， f e + 2 2 m h z ，发送信号的频谱应小于- 5 0 d b r ，其中五是频道中心频率。发送频谱的 限制如图2 - 4 所示。 t o - 2 2 m h zf c - ”m h zf cf c + m h zf