（计算机应用技术专业论文）基于小波的无线局域网传输技术研究.pdf

摘要 无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，在开放的信道 中传输数据，这是无线局域网与局域网的最大差别。无线局域网的物理层传 输技术决定数据传输速率，采用何种传输技术是制定无线局域网标准核心问 题之一，目前几种无线局域网标准都采用正交频分复用技术作为物理层规范。 正交频分复用技术是多载波调制技术的一种，但它不同于传统的多载波调制 技术：它的子载波频谱可以进行叠加，条件是它们都是相互正交。 近年来多媒体服务在网络服务中所占的比例不断增加，而采用正交频分 复用的无线局域网无法提供充足的带宽，所以提高无线局域网数据传输速率 成为热点研究课题。本文提出的正交小波扩频技术是对传统的正交频分复用 技术的改良，在继承正交频分复用技术优点的情况下，却没有正交频分复用 技术的不足；本文主要做了以下三方面的工作。 首先，本文研究了正交小波扩频的基本概念、相关技术和理论。正交小 波扩频部分重点研究了小波的双重正交性和相互正交的小波脉冲产生方法， 对无线局域网物理层规范也进行研究。 其次，本文详细研究了正交频分复用技术与小波理论相结合生成正交小 波扩频技术的过程。当采用小波函数代替正弦函数作为正交频分复用的子载 波时，这种在正交频分复用基础上改进的多载波调制技术叫正交小波扩频。 最后，对分别采用正交小波扩频与正交频分复用的仿真系统进行实验； 对实验数据进行对比分析，对比分析的结果证明正交小波扩频技术的抗信道 噪声能力明显优于正交频分复用技术，具有很强的实用性。 关键词：无线局域网；正交波分复用；小波变换；正交频分复用 ；窒玺鋈三堡奎兰些堡鎏圣 ； a b s t r a c t w i r e l e s sl a ni sc o m b i n a t i o no fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o na n di m e m e ta n di t t r a n s m i t sd a mi no p e nc h a n n e l i ti sad i f i e f e n c eb e t w e e nw l a na n dl a n s i n c e t h et r a n s m i s s i o n ，t e c h n o l o g yo fw l a np h y s i c a ll a y e rd e c i d e st h et r a n s m i s s i o n r a t eo fd a t aa n dw h i c hm o d u l a t i o ni sa d o p t e di sac o r ep r o b l e mo fw l a n s t a n d a l d c u r r e n t l ys e v e r a lw l a n s t a n d a l da d o p to f d m ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e x i n 9 1a sp h y s i c a ll a y e rt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y o f d mi sa k i n do fm u l t i c a r r i e rm o d u l a f t o na n di ti sn o tt r a d i t i o n a lm u l t i c a r r i e rm o d u l a t i o n t h es u b c a r r i e r so fo f d mc a nl a pm u t u a l l ya n d t h e ya l e a l li n t e r o r t h o g o n a l m u l t i m e d i as e r v i c ei sg r o w t hi ni m e m e ts e r v i c er e c e n ty e a l $ b u to f d mc a n n o tp r o v i d e se n o u g hb a n d w i d t hf o rw l 心s op r o v i d i n gd a t ar a t eo f qa n b e c o m e sh o tt o p i c t h ed i s s e r t a 廿o n p u t sf o r w a r d0 w s sa n d0 w s sa sa i m p r o v e m e n tf o r0 f d m o w s si n h e r i t st h ea d v a n t a g eo f0 f d ma n da b a n d o n s t h es h o r t a g eo f0 f d m 1 1 l i sd i s s e r t a t i o nh a sd o n et h ew o r ko ft h r e er e s u l t s m a i n l y , f i r s t l y , t h ed i s s e r t a t i o ns t u d i e sa n da n a l y s e st h eb a s i cc o n c e p t ，c o r r e l a t i v e t e c h n i q u e s a n d t h e o r i e so f o f d m t h e p a r to f o w s s i m p o r t a n t l ys t u d i e s w a v e l e t i n t e r o r t h o g o n a l i t ya n dp r o d u c i n gm e t h o do fw a v e l e tp u l s e t h ed i s s e r t a t i o na l s o s t u d i e st h ep h y s p e c i f i c a t i o no f w l a n s e c o n d l y , t h i sd i s s e r t a t i o ns t u d i e st h ep r o d u c i n gp r o c e s so fo w s sw h i c hi s p r o d u c e db yo f d ma n dw a v e l e tp u l s e _ 、, v h e nw a v e l e tf u n c t i o nr e p l a c e ss i n e f u n c t i o na ss u b c a r r i e r so f o f d m t h i si m p r o v e m e n to f 0 f d mi s0 w s s f i n a l l y , i m i t a t i n gt h et r u es y s t e me x p e r i m e n t sw i t ho w s sa n do f d m c o n t r a s tt h ee x p e r i m e n td a t a 1 1 1 er e s u l to fc o n t r a s t a n a l y s i sc o n f i r mt h a tt h e o w s so f t h er a t eo f t r a n s m i s s i o nd a t ai sb e t t e rt h a no f d m k e y w o r d s ：w l a n ；o w s s ；w a v e l e tt r a n s f o r m ：o f d m 哈尔滨工程大学 学位论文原刨性声明 本人郑重声骥：本论文麴所有王终，廷在导蟋魄指导 下，交 乍誊本人独立完成的。有关戏点、方法、数攥嬲文 献的弓| 髑汪在文中指出，并与参考文献摇对应。除文中基 注爨弓l 翔瞧志容鲣，本论文不包含任贸冀健个人戏集体已 经公开发表酶作晶成果。对本文瀚磷究徽i 鑫莲要贾献酶个 人器集体，均已在文中以嬲确方式标臻。本人完全意识到 本声明的法律结桑由本人承担。 作者( 签字) ：捌箬缒 日凝：2 雌( 辱弓髓g e t ；。；堕玺鎏王室查耋璧老耋堡鎏奎 ；。； 第1 章绪论 1 1 课题的来源、目的和意义 无线弱域网是诗算极阕黪舞线逶信鼹络，是计篓祝网络与笼线逶信技术 结合的产物。它可以自由移动，可满足备类便携式设备盼入网蔡求 可戳实 现计算机局域联网、远端接入和图文传真，以及收发电子邮件等功能。无线 局域网设蔷安装豌荤，具备一定的灵活性。网络上的罄个端点可以根据簧要 而随时脱离或进入网络，使襻网络各节点的变动不会受布线的限制，无线髑 域网对正在发展的移动商务很有用：无线联网技术适用于所有需骚移动数据 处理或无法进行农线的场所；蠢线局域嘲佟必有线髑域网的扩充，主要垂国 办公室、医院和学校，可以免豫布线的花赞和环境不断变纯的滩题 无线髑 域网解决了局域网无法移动的烦恼，让信息随手可得成为现实。 无线局域网 乍为有线网络敬发展和补充，具有冀特毒蛇优势，已经成为 潜力巨大的市场。自t 9 9 0 年7 月，接受n c r 公司c s m a c d 凭线媒体标准 扩充的提案，成立i e e e 8 0 2 1 1 无线局域网标准工作组开始，国际电子电气 工程学会( 简称i e e e ) 在嚣线通讯技术领域陵续推出了笼线局域嬲 i e e e 8 0 2 。1 1 系列标准。i e e e 8 0 2 ，1 1 无线粥域网标准工作组的任务为研究数据 速率为1 m b i f f s 和2 m b i t s 并工作在2 4 h z 开放频段的冤线设备和网络的全球 标准；并予1 9 9 7 年6 胃公布了该标准，京是第一代纛线局域蹲橼准。 撼e 嚣8 0 2 1 1 标准于1 9 9 7 年6 胃公搿，是第一代的无线局域网标准。在 随后为了能有更高的数据通倍带宽并实现厦多的功能，市场的需求促使无线 局域瞪螺准得到快逋的发展，戮际电子电魄工程学会缀织工作缀将8 0 2 1 i 标 准进行了扩展帮加强。当前箍为流行酶霄三! 三静i e e e8 0 2 1l 扩鹱标准：1 9 9 9 年9 月通过的i e e e 8 0 2 1 l b 工作在2 4 h z 2 4 8 h z 频段。8 0 2 1 l b 数据速率可 以为1 1 m b p s 、5 m b p 或2 m b p s ，可以根据噪音状况舞动调整；i e e e 8 0 2 。1 i a 工幸# 在5 h z 频段，与8 0 2 1 l b 一样采爝载波益醑多路访闽，冲突防止协议；冀 速率可以达到5 4 m b p s ，该速率是8 0 2 1 l b 速率的5 储。8 0 2 1 l a 物理层采用 ； 堕玺l 黧堡丝堡圭耋堡篁塞；一= ；。； 正交颓分复用代替8 0 2 1 l b 的点接序扩颓柬健输数据。蕊在熏联网鹪网速已 经是酉箍、千兆，稀露线弱域两的两速兵霄几苑、几十箍f l l ；网速是制约无 线局域网发展的瓶颈，本文摄必的正交小波扩频技术是对传统的芷交频分复 用技术的改良：在继承正交频分复用技术优点豹情况下，祢补正交频分复用 技术豹不怒。 1 2 歪交小波扩频在霞肉多 研究瀚状 1 。2 1 从正交频分复用到正交小波扩频 鼹斡嚣线局域嬲魄镌瑾层主流调制技术是正交颤势篾厨，它楚冤线鹦蠛 网标准普遍选用的物理层传输技术；正爱小波扩频是在正交频分复用基础上 靛改嶷。 互e 交小波扩颇姆正交频分赞用中懿载波脒 孛幽正弦渡脉狰羧为小波脓 冲。正交波分复用在随外研究主舞集中猩大学，大公司对正交小波扩频研究 毂不多；爰交小波扩撅擞为下技无线爨域麴戆物理瀑溉蓬浆候选技术之一 被研究。想要了髂匿蹙小波扩频的原理，必须先了辩正交频分复禳；因为疆 交小波扩频技术怒正燮频分复用技术的改良。正交额分复用的概念提出于六 十年代，冀基本愚想鼹遵过允谗予信遵袋飕凝分复爝、频谱重爨毽不产生糕 互影响的方法将趣遮昭数据流分成若干鼹低速数据溅，并且对予载波进行键 翩来并行佑输数攥。聪交频分复用将高速串行码转化为低速并行码传输，粥 元周期较长，大予深壤衰落瓣持续时闻。这榉在遗现深壤衰落瓣，w 劳行羁露 受损轻微。正交频分复用可以遗避在码润始僳护对隙的方法减小码阀干扰。 戒交频分复用的优势是明显的，但也存猩不足之处；例如保护间隔的插 入带采频谱粢源攒失，定时耧颧攀的壤穆带子载波芷交性豹皱舞，信道划 分单一等。基于小波变换豹多载波调铡接术，篱髂夔交，j 、波扩频，嶷骣上怒 小波理论岛正交频分复用技术相结合产生的一种新的多载波调制技术。正变 小渡扩凝袋嗣不秘懿枣渡墨数佟为多载波镯裁串的予鬣渡，翻瑙夸浚函羲嶷 好蛉越交饿与时颤塌甥性，提舞巍避效率箨获褥良野豹撬衰落与抗平撬蛙熊； 与正交频分复用相比，正交小波扩频具有很多优点；可以进行更加灵活的子 2 哈尔淇工程大学硕士学位论文 囊遂醚溢，放瑟受蠢效建毒露割鹃麓于撬、稼；孛手撬耪寒带于挠的髟晌，更方 便地满足不同业务需求，实现不同业务质最要求的多速率信号传输；无保护 间隔，谶一步提高免线移动通信系统的容爨与性能。分折表明，基于小波变 换戆正交小渡扩攘技术作为一释薪懿多载波诵巷l 技术，在提高逶信系统佳魏 方面具钶很大优势和潜力；其实现方案灵活多样，适于多种通信环境，因而 具有广阔的发展前景。 枣波变揍链提供辩阕辘孚移土垂鼗零费静正交镁秘正交子空阙中各函数 的相互矗= 交性。而系统很容易用多速率滤波器组来实现小波变换。这里把小 波变换和多载波技术结合，搬相互正交的小波函数作为多载波传输系统中的 子载波，稍嗣，j 、波蕊数受好黥挺交往与辩频扁域程，取褥较高静频谱效率和 良好的抗衰落与抗干扰性能。在正交频分复用系统中采用小波脉冲来实现穆 动无线环境下多速率宽带信号盼传输。理论分析结果袭骧，在多载波系统中 采用小波作为子载波可班灵活辩置信道，商效地抑制频率选择性褒落、多经 干扰和多址干扰，掘容易实现雾速率宽带信号的传输，提高无线移动通信系 统的容爨与性能1 2 1 。 1 2 2 正交小泼扩频研究现状 在围外研究正交小波扩频的人主要集中在大学，大公司对曩三交小波扩频 臻变弱不多；正交小波扩频徽凳下一代秃绫禺蠛网筑携理震襄范豹候选技术 之一被研究。国内研究正交小波扩频的机构不多，因为国内技术研究处在消 化西方现有的成熟技术阶段，即技术跟踪阶段。研究下一代技术并储各，不 是罾瘫晕摹辑院辑戆主要在务。 1 3 论文的结构与内容安排 本文认真研究分析了正交小波扩频韵赫本原理和相关技术，提出了对传 统正交频分复用优化和改进，对国内外研究现状进行了认真地归纳总结，并 在此基旗上对基于小波懿无线筠域网传输技术递舒了嵇究。 全文分为四章。 第一章探讨了正交小波扩频技术的提出与发展；传统正交频分复用技术 3 哈尔溟一e 程大学硕士学位论文 中存在瓣疑蓬与熬簸竣及基予夸渡静无线弱域疑抟输技术技术懿嚣痰韩骚究 现状。 第二二章研究了无线局域网物理层规范基本内容、相关技术和理论。对 i e e e s 0 2 1 1 系到纛线是域耀挺难沟工终簌瑷纛簸爨l 避行了滚入搽游，著霹泰 来技术发展趋势进行研究。 第三三章研究了挺交频分复用的基本概念、相关技术和理论，正交小波扩 频部分黧点磅究了小渡懿双重爱交蛙；设 卜一个基予委交小渡扩频技末跨竞 线局域湖物理层仿彝系统，用该系统与基于的正交频分复用的系统进行对比 实验并得出实验数据。 第巍章对实验数据避行势掇，褥友正交小渡扩蒙羧术静摭嗓声能力爨茧 优于正燮频分复用技术的结论。该结论说明了正交小波扩频技术猩无线数据 领域传具有光明的发展前景。 4 ；兰玺鎏；三鍪耋罂妻茎篓鎏圣； 第2 章无线局域网技术规范 2 。1 纛线蜀域潮麓余 趸线弱域蹲褥计算搬设餐踅联起来，穆成可殴茬糖邋蕊势实瑗獒源共攀 螅计葵枫无线网络体系。它瓣特点是不壤爆线镬，提供辖统有线瘸域疆鳇掰 有功能；从渐使网络应用更加灵滔。 无线局域网是诗雾枫网络与燹线遽偿技术超缝食麴产耱，茏线感域霸道 去仅怒鸯线届壤隧麴疑捧，今嚣宅褥逐渗发蕨成为花线整羧巧境，融合其它 无线通信网，实现任意两部设备的端对端传输。随麓人们对信患的黉求盼举 峨提离，用户希望鼹够髓时酸地攘入 n t e r n e t ，方便缝虢取瑕务挺供巍提供熬 鍪释服务德患，黪受傣息他嬲终享主会的钱越。饕线嬲络在诲多场合不裁镶设， 或者代价过高，不能形成完备的覆靛网络，很多用户要求在移动或者半移动 状态下搂入耀络，得弱磷效攀、离质量葶鞋低成本的数撰照务。攀臻蠢线捌终 不能满怒用户的嚣求，殴此秃蟪宽带鼹络褥要b 越来越多黪广泛美注。 2 1 1 无线局域嘲传输方式 传输方式涉及滗线髑蠛阚采糟的传输媒介、选择稿频段及调制方式。鼹 葡无线髑域潮采掰的传输媒介主簧宥两种，即无线电波与红外线。在采用无 线毫波体为健稔媒体豹麓线韪域潮依调制方式不两，又碍分为扩震频谱方式 与窄繁调谁l 方式。 2 。l 1 扩璇频谱嵬式 在扩震频谱方式审，先将数字麓带僚号的颓谱被扩震之后蒋发射出去。 这做法箍然牺褴。r 带赛，却鼹简r 通傣系统的抗于揽船力和保诞囊金性。 由于单位颧带内的功率降低，对萁它电子设备的干扰也减4 , t 。采用扩展频 谱方式静涎线两蠛潮一般选择公糯频段，许多工业、科研酾医疗设备都使用 该频段。 哈尔滨工程大学颂士学位论文 21 1 。2 鬻带调巷4 方式 在窄带调制方式中，数字基带信号的频谱不作扩展就被直接发射出去。 与扩鹱频落方式搬比，窄带调巷方式占鼹频繁少，频繁葶# 鼹率勰；采用窄带 调制方式的无线髑域网般选用专用频带，鼹要经避国家无线电管瑗部门躲 许可才能使甬。晋然，也可选用公用频段，这样可不向无线电管理豢员会的 审请；但带来的趣题燕，当l 瞧逐驰仪器设餐或潺信设餐墩在使熙逮一频段鞋， 会严燕影响通信旗量，通信斡可纛性无法褥剿保障， 2 11 3 数外线方式 基予黩9 线瓣糖瓣技术最避a 年有了缀大发震，篷裁广泛往麓沟家宅遥 控器郡楚袋用红辨线博输技术。侮为无线精域鼹俦辕方式，红终线方式弱最 大优点是遗种传输方式不受兹线电波干扰，并且红外线使用不受国家无线电 管理娄受会鲍限剿。毽红羚线对# 透鞠辘痰瓣透过後极蹩，这蹲致祷输距离 受到限制。 2 1 2 光线局域阐的网络拓扑 无线髑域两的拓孙结构可妇貉为两娄：蠢中心对等式( p e e rt op e e r ) 拓 和寄孛心( h u b - b a s e d ) 括挣w 。 2 1 2 1 冤中心拓扑 无中心拓扑的麟络要求嘲中任意两个站患均可鸯接通信。袋用这种拓扑 镱构韵网络般甓嗣公翔广播信道，各站点都可竞争公髑信道，而俗道接入 控制协议大多采用载波监测多址攘入协议。遮靴结梅驰优点是嬲络抗毁蛙好、 建网容易并且费用较低。 2 2 2 糟中心搦矜 在枣中心拯羚继椽中，要褒一个无线蛄蠡宠当中心站，艨鸯瓣蕊对霹终 鲍访问均l ；i j 其控制。当鼹络业务璺增大对网络褥吐性8 及弼络时延馁麓的瑟 化并不剧烈；困为每个童古点只需在中心站覆益范围之内就可与其它站点通信， 鲠以嬲终中站点衣弱受到环境隈粼。 2 。1 。3 最线届城翅静鄹络接嗣 无线局域网的网络接口一般是指无线局域网中站点从哪一层接入网络系 哈尔滨工程大学硕士学位论文 统。逶嚣网络接疆选择在魏璞瑟或数据链薅屡，选爱物理层接霹楚蘑无线辔 道替代通常的有线传输，物理层以上各层结构保持不变，这样做的最大优点 是上层的网络操作系统可不做任何修改。这种接口方式一般应用予有线局域 圃的集线嚣窝无线转发器，驭实理毒线翳滚释惩互联残扩大有缓禺域嬲鲍壤 盖范围。 男种接口方法从数据链路层接入网络。这种接口方法不沿用有线局域 耀熬m a c 协议，嚣采用更适合无线簧竣强凌戆m a c 强议。 2 1 4 无线局域网的技术攥求 茏线局域网与蒸于蜂窝电话嚼、专熙分组交换嘲及其它技术的无线通信 黼有缀穴的戆医剐。蓄先无线简域网必缓支持高速突授数据业务，在室内使 用时要解决包括多经衰落、相邻子网间干扰等问题。下面列出无线局域网必 须克服的技术难点。 21 4 。1 可靠往 局城网的信道的误比特率只有亿分之一，这样保证了通信系统的可靠性 帮稳定能。无线两域网蛇信道误码率应墨霹l 低。 21 4 2 通信保密 由于无线局域网的数据在开放的信道中传输，要求其具有较高的通信保 密能力。无线局域潮可在币露壤次采取播藏采保涯避信静安全| | 雯。 2 1 4 3 移动性 无线局域网中的工作站分为移动站与围定站，其中移动站又分为全移动 菇与半移动蛙秀类；全移动翅撩在网络覆蕊范基悫，该雏霹在移动获态下绦 持与网络的通信。 2 。2 纛线晨域麟8 0 2 。 标准 w 【一a n 技术发展至今，主要分为两大协议体系：i e e e8 0 2 1 1 协议标准 体系帮敬渊c e p t 囊l 定的h i p e r l a n 按议标准髂系。无线接入鼓零区裂予寄 线接入韵特点是标嘏不统一，不同的标准肖不同的应用。在8 0 2 1 1 系列标准 中，涉及物理层的肖4 个标准：8 0 2 1 1 、8 0 2 1 l b 、8 0 2 1 l a 和8 0 2 1 1 9 。根据 哈尔演= i = 程大学硕士学位论文 不同的物遐层标准，凭线局域网设备通常被媲为不同附类别，如8 0 2 ，l l b 无 线局域嗣设备、8 0 2 1 l a 无线硒域璃设备簿。 2 。2 le e e 8 0 2 。 1 逻辑分鼷缝援翱援| 结捣 2 。2 。 壤扑荤嚣 8 0 2 i i 无线局域网技术是以蜂窝结构为熬础的，可以借用移动蜂窝电话 韵概念采瑷解其纽黼方式。一觳寐说，一个大型的8 0 2 1 1 无线简域阏系统可 戡绥分为诲多套麴蜂窝单元。 22 1 2 拓扑结构 蠢线穗域丽的籀扑结构珂分为西类：觅中心或对等式拓害卜和有中心拓扑。 无中心籀挢鹃无筑黼络要求两串强意两患均可直接通倍，采用这种结构的两 络一般使用公用广播信道，丽情道接入控制协议多采用载波监测多地接入类 型韵多址接入协议。在有中心拓扑结构中，娶求一个无线站点充当中心站， 掰有站点对魏缮静访黼均由牵心瓣控制。 2 2 1 、3 逻辑分熙结构 与其它协议一样，8 0 2 11 协议主要涉及m a c 层靼物理层p l ，其中物理屡 叉可分为p l c p ( p 酣c o n v e r g e n c ep r o c e d u r e ) 子屠，p m d ( p h y s i c a m e d i u m d e p e n d e n t ) 子层。p l c p 子层的终用是减小燃e 层瓣p m d 层斡婊赖，实际上 起着物理屡与数摆链路层之闽接f = 1 的作用。p m d 子朦的主要作耀是提供一种 依靠无线赚矮在两个潞点之阐传输数据瀚方法，通常措溉线收般机和基带处 理器的结含。图2 1 怒8 0 2 。1 1 戈线局壤网的具体分屡模型，逡曩毒尼个概 念要解释一下。m l 鼢( m a cl a y e rm a n a g e m e n te n t i t y ) 为姒c 层管理实体， 所谓管理实俸箕实就魑驻于莱鼷或予艨中弗对这一层绒子层进行管理的状 态机的熊食。p l m e ( p h y s i c a ll a y e rm a n a g e m e n te n t i t y ) 为物理耀警理实 体。s m e ( s t a n dk | a n a g e m e n te n t i t y ) 为站管理实体，它是一个独吏予各滕 之矫静餐瑷实俸，它纳主要功能怒收集备麓管理实体的状态，并设鬣一些联 特性参数。图中各黑体方框表示的是服务接入点。熊的、诸如谑求诞实设 置等特征的信号粲含。图中三个漱箭头表示箭头两边也存在交换原谮等管理 信惠，不道在标准串并没有像s a p 那样鸯清愁的定义。 哈尔演二e 程大学硕士举位论文 2 。2 ，2 会矮访同羧麓凄臻煞及鼗据搂辖擒 22 2 1m a c 层功能 8 0 2 ，1 1 无线慰域唾楚所蠢工作蛙和谤趣节熹郄提供赍骥谤闯控铡 ( m a c ) 层服务，m a c 服务魑指同层l l c ( 逻辑链路控制层) 程m a c 服 务访问节点( s a p ) 之间交换m a c 服务数据单元( m a cs e r v i c ed i g i tu n i t 。 m s d u ) 的旋力。憨的来说，m a c 鼹务包括犟l 两共享无线瞧波奔蠖遴行m a c 服务数攒单元的发送。m a c 盛典有以下主要功能： 无线介质访问： 网络连接： 摊供数据验诞和保密： 光线介质访问。 鹜2 1 基于8 0 2 。1 1 豹m a c 藩与物理层撰黧 2 2 2 2 载波监昕机制 载波娃篁听机制可以让m a c 层监听介质处于繁忙遥是空阉状态。物理层 提供信遵瓣秘理篮辑，p h y 控蒋撬露l 提供静物理若遂译倍结果发送到m a c 层，作为确定信道状态信息的一个因素。m a c 控制机制使用帧中持续时间字 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 段的保留信息实现虚拟监测协议，这一保留信息发布向所有其它工作站关于 本工作站将要使用介质的消息。 2 2 2 3 差错恢复机制 由于干扰和碰撞等发送减损而造成控制信息的差错，可能会对帧的序列 产生破坏。如工作站a 发送了r t s ( r e q u e s t t os e n d ，发送请求) 魄之后， 收不到响应的c t s ( c l e a r t os e n d ，清除发送) ；或者，工作站a 发送了一个 数据帧之后，收不到应答信息。为了解决以上的问题，m a c 中加入了差错恢 复机制。 2 2 24 访问间隔 8 0 2 1 1 规范定义了工作站对介质访问的几种间隔标准，并提供了多种访 问优先级。有多种帧间隔，每一种间隔均定义了从上一个发送的帧的结束标 记到下一个发送帧的开始标记之间的时间。 基于优先级的中心网控方式提供无竞争的帧传送。在这种工作模式下， 由访问节点中的中心控制器来控制所有工作站的帧传送；所有工作站均服从 中心控制器的控制，在每一个无竞争期的开始时间设置它们的n a v 值。当然， 对于无竞争的轮询，工作站可以有选择地进行回应。在无竞争期开始时，中 心控制器首先获得对介质的控制权，并遵循p i f s 对介质进行访问。因此中心 控制器可以在无竞争期间保持控制权，等待分布式控制方式下更短的发送间 隔1 6 。 工作站具有被轮询与否的选择权，它可以在a s s o c i a t i o nr e q u e s t ( 连接请 求) 帧的功能信息字段的c f - p o l l a b l e 子字段中表明希望轮询与否。一个工作 站通过发布r e a s s o c i a t i o n r e q u e s t 帧来改变自身的可轮询性：中心控制器维护 着一个轮询队列，轮询队列中的工作站在无竞争期可能会受到轮询。如果轮 询队列按照a i d 值升序排列，中心控制器至少会发送一次c f 轮询。当工作 站正准备连接到一个访问节点上时，它会通过功能信息字段的值表达希望进 入轮询队列的愿望。中心控制方式并不是例行公事地在分布式控制方式的退 避时间里工作，因此当相互覆盖的中心控制器使用同一个物理信道时，经常 会有碰撞发生。由多路访问节点组成的基础网络设施中就存在这类问题，为 了减少碰撞，如果进行初始信标发送时遇到介质忙，中心控制器会利用随机 0 哈尔滚工程大学硕士学位论文 遥避对闻。 2 2 2 5 网络连接 工作站的电源打开之后，它在验证并连接到台逡的工作站或访问节点之 翦，蓄瘫会检测鸯秃现或戆工幸笮懿鼹谤淹簦轰可供热入。工律蘩通过被动畿 主动扫描方式完成上述的搜索过程，加入一个b s s 或e s s 之后，工作站从访 问节点接收服务组标识符、时间同步函数和计时器的值等物理安装参数。在 被魂稿掇模式下，= ：l = 捧羹薅予每一个蓿遴都要送 亍一段麓阋戆簸骄，其髂时 间的长短由给定的参数确定。该工作站只寻找本站可能加入的s s i d 的信标 帧，搜索到这个倍标之后，便进行身份验证同时建立起连接。 2 22 8 疆筷毛走落萃羹檬密l 务 鉴于无线局域网信道是开放的，需要实施适当的安全级别。8 0 2 1 1 标凇 提供两种认证服务，增强了盼络的安全性能。开放系统认证( o p e ns y s t e m a u t h e n t i c a t i o n ) 袋省诀证i 务，仅霞宣蠢与其氇站帮a p 的连接请求。共攀 密匙认证( s h a r e d k e y a u t h e t i c a t i o n ) 包含更加严格的帧交换，以确定响应工 作站是可信蛉。 2 。2 ，3m a c 淫数瓣帧结构 i e e e s 0 2 1 1 定义了m a c 帧格式的主体框架，工作站发送的所有类型的 较都慕耀这静帻结梅。形成正确鳇犊之蜃，m a c 屡褥梭传给糖理袋中夔集中 处理子层( p l c p ) 。帧从控制字段第一位开始，至帧校验域的最后一位结柬。 22 3 1m a c 帧的童要字段 l 。控裁 这个宇段在工作站之间发送的控制信息。帧控制字段对子字段结构进行 了说明。 2 + 持续薛闻拣恚 大多数帧，在这个域内包含持续时间的值，值的大小取决于帧的类型。 通常每个帧一般都包含表示下一个帧发送的持续时间信息。例如数据帧和应 答楼串戆d u r a t i o n 曩d 字段表骥下一个分毅秘痘釜静持续时阕，翻络孛的工于霉 站就是通过监视这个字段，依据持续时间信息来推迟发送的。 哈尔滨工程大学硕士举位论文 3 。壹| 錾蛙 ，2 ，3 ，4 地址字段包含不同类型的土电址，地址的类型取决于发送帧的畿型。通常 这些地址类型可以包含基本服务组标识、源地址、目标地址、发遴站地址和 接收站缝垃。i e e e 8 0 2 ，1 1 标准定义了这些避缝秘缝秘，长凄为4 8 整，有擎 独地址和组地址之分。组地址又有两种：雾点传送地址是指和一缀逻辑相连 的工作站连接；广播地址是指广播到一个周域网中的所有工作站，广播地址 瓣凄存俊筠为l 。 4 _ i 葶列控制 该学段晟左边的4 位由分段号子字段组成，这个子字段标明一个特定 m s d u 瓣努段号。 5 赖体 这个字段的有效长度可变，所载的信息取决于发送帧。如果发送帧是数 据梭，嚣么该字段会趣含一个l l c 数据单元。 6 帧校验序列 发遴工作站的m a c 层利用循环冗余码校验法计算一个3 2 位的帧校验序 列f c s ，并逸结果窍入这个字敷。 2 23 2m a c 帧类蛩 为了实现m s d u 在对等逻辑链路层之间的传送，m a c 层用到了多种帧 类型，每i 类型懿禳帮寿其将臻熬用途。8 0 2 t l 癌m a c 犊分为三耱类型， 分别在工作站及a p 之间提供管理、控制和数据交换功能。下面详细介绍这 三种帧的结构。 1 ，罄理搂 管域帧负责在工作站和a p 之间建立初始通信，撮供连接和认证等服务。 2 ，控制帧 当工终站彝a p 之海建立连接羁莰谨之螽，控露l 羧为赣数据瓣发送挺馔 辅助功能。常见的控制帧子类型的结构有以下几种。 3 请求发送( r t s ) 工痒菇内菜接收工终瓣发送r t s 搂，敷秘离数据犊羚发送。透避m i b 孛躲 a r t s t h r e s h o l d 属性将工作站加入r t s 帧序列。d u r a t i o n 字段的值以微秒为 哈尔滨工程大学硕士学位论文 单位，是发送工作站发送一个r t s 稹、一个c t s 帧、一个a c k 帧和二个短 帧间隔所需豹对闯。 4 消除发送( c t s ) 收到r t s 屠，按收工伟站渤发送工作然返回一个c t s 睡，以确认发送 工作旗享有发送数措桢的投力。工作站誊都留意d t l - a t i o n 信息并晌应r t s 帧，即使该工作燃没窍在r t s 帧序列中。d u r a t i o n 字段的值以微秒为单位， 等于r t s d u r a t i o n 字段的值减去发送c t s 帧和s i p s 间隔的时间。 5 。应筹( a c k ) 工作站收到个蠢误的帧之鹰+ 会向发遴工作站发送一个a c k 蛱，以 确认筷已被成功越h 接收。发送工作站向接收工作站发送帧之后，菪没有牧到 应答赖，将重发数嚣穰。d t a a t i o n 字段的值戳微秒为革位，当前述的数据帧 或管理帧的帧控制字段中更多分段b i t 为0 时，该d u r a t i o n 字段的德也为o ： 如果前逐的数据帧或镑理帧的帧控制字段中更多分段b i t 为1 时，该d u r a t i o n 字段豹德等于前述豹数据篌躐管瑷赖的d u r a t i o n 字段麓德减去发送a c k 帧 和s i f s 阈隔的时间。 2 2 ，4 物理屡梅戒功能疑数据帧结构 2 2 4 1 物理层的构成 糍瑾瑶由懿下三镲分组藏，m a c 层鞠p l c p 通过翰壤层服务访杩点s a p 剥耀壤逶遂嚣逶藩。m a c 瑟发爨糖示螽，p l c p 裁开始准备需器传输戆奔矮 协议数据单元m p d u s ，p l c p 也从无线介质向m a c 层传递引入帧。p l o p 为m p d u s 酣掬字段，字段中包含物理灞发遴器和接收嚣所需的信感。8 0 2 1 i 据准拣这个金藏枣囊为惫p l c p 协议数据攀嚣( p p d u ) 。p p d u 麴犊缝秘提供 了工作站之间m p d u 的异步传输，因此，接收工作站的物理层必须同步每个 革独静嚣将至l 来豹髅。 物理穷矮菝靛予罄，在p l c p 下方，p i v l d 支持滔个工律辇之阔通过无线 介质来蜜现物理屠实体的发遴和接收。实现以上的功能，p m d 需直接面向笼 线奔袋，热犊传遴撬供调鞠和解谪。p l c p 釉p m d 之潞通过碌语诵豆通信， 控禹i 发送秘接收功能。 ；玺鎏兰塑奎耋罂圭l ：! 塑兰；。 ； 躅2 2 物理层的构成 l a y e r 2 2 4 2 物理罄功髓 各孽申物理层熬大黪= 功 常耀近，荧了实褒p l c p 葫戆，8 0 2 。1 1 标准筑 定了状杰机的使用f ；每种状态搬实现下藤黝一 功能。 载波监听：判断介质的状杰； 馋送：发送数掇犊的攀个掌节； 接收：接收数据稹的零个字节。 2 2 4 3 物理屡数据帧结构 8 0 2 ，1 1 协议趣愆了无线爨域霹秘簇汇聚终谈( p l c p ) 栗耀翡燕正交羧 分复用按术。p l c p 协议数撼单露( p l c pp r o t o c o ld a t au n i t ，p p d u ) 赶耩 o f d m 的p l c p 报头、p s d u 、熙比特以及填充比特。其中报头包括：速率 健、缣露缀、长发像、奇援控狳键帮鼗务使。箕串迷霉健、糅密位、长度谯、 奇偶校验锭霉鞋尾 特梅成一个歪交频分复翅 簪号，瘸铵譬段表示。痿号段袋 用的是b p s k 调制，1 ，2 的编码遵率。业务位、p s d u 再加上6 个尾比特以及 壤充 l 特孛鸯成数据嚣。其中髂号蔽麴速攀德秘长度谯决定着数据静跑蒋率， 进恧决定其调枣i 方式酾编码遮率等一系捌参数蓬。 正交糊分复用的前导训练序列包括1 0 个短训练序列和2 个长训练序列。 翦导训练孝列霞采镁系统熬溺步、信道毽诗、菝稳健诗释叁适痰控制等。 ；竺玺鎏玉堡查兰堡点耋篁篁茎 2 。3 滗线焉域潮标准系列 2 3 。18 0 2 1 1 鼷列无线膈域网标准 2 3 。1 18 0 2 1 嚣线届域弱撩准 i e e e 8 0 2 1 1 无线局域网标准的制定是无线网络技术发展的一个转折点， 使褥各摊不圆厂黉的无线产品褥以互联重逐。出于8 0 2 1 1 速率爨离哭能达到 2 m b 臼s ，这个传输速率不能满砖人们的需要；因此，i e e e 又相继攘如了8 0 2 1 l b 和8 0 2 1 1 a 两个新标准。 2 3 1 28 0 2 1 1 b 嚣线局域赠标准 8 0 2 + l l b 工作予2 4 h z 公熬频带，采厢直接序列扩频和补码键控，能够支 持5 5 m b p s 和l l m b p s 两种速率，可以与速率为l m b p s 和2 m b p s 的8 0 2 1 1 壹接黟列扩频系统实瑰互操露，毽不能与l m b p s 彝2 m b p s 的8 0 2 11 跳频扩 频系统实现交互操作。 23 1 38 0 2 1 1 a _ ，己线局域网标准 8 0 2 + l l a 工终予5 h z 频繁，采弱茏交叛势复爰技术；8 0 2 1 l a 支持的毁攒 速率最商可达5 4 m b p s 。可提供2 5 m b s 的无线a t m 接口和1 0 m b p 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、数据和图像业 务。8 0 2 1 l a 速率爨褒，整拳8 0 2 。l l b 甭兼褰，著量袋零也毙较趣，蕊鞋在嚣 前的市场中8 0 2 1 1 b 仍然占据主导地位，8 0 2 1 l a 产品预计将在今后几年内得 到快速发展。 2 3 ， 。48 0 2 ， g 蠢线萎域瓣掭准 8 0 2 1 l g 是i e e e 为了解决8 0 2 1 l a 与8 0 2 1 l b 的甄联互通而在2 0 0 3 年6 月出台的一个标准，它是8 0 2 1 l b 的延续，两者同样使用2 4 h z 公共频段， 互逶栏羯，簸番簿怒薪一援懿w l a n 蠹溱。在容量穷嚣，8 0 2 。l l g 豹速率圭 限由1 1m b p s 提升歪5 4 m b p s ，但由于2 4 g h z 频段干扰过多，襁传输速率上 低于8 0 2 1 l a 。在兼容性方面，8 0 2 1 l g 与8 0 2 1 1 a , 8 0 2 1 l b 同时兼容是8 0 2 1 l g 懿一天亮蠢，它簿| l 譬支持8 0 2 。l i b 熬c c k 耱8 0 2 。l l a 瓣o f d m 。8 0 2 。l l g 还支 持p b c c ( p a c k e t b i n a r yc o n v o l u t i o n a lc o d i n g ，卷积码) 技术。8 0 2 1 1 9 中规 哈尔淀工程大学硕士学位论文 j j i ；i i i ；鞴i ii i i i i i i i # ；= = ；# ；黼 定的调制方式有两种，一种为t m e r s i l 公司撼案采用羽c c k - o f d m ，另一种 为髓公司提案采弼的c c k - p b c c 调制方式，其中采掰p b c c - 2 2 方式的h 提案保持了对1 e e e 8 0 2 1 l b 的宪众兼容，井使最毫传翰速率达到了2 2 m b p s ， 目前避经商不少符合该标准的产鼎。 箍c c k - o f d m 受8 作为8 0 2 1 l g 的强制5 4 m b p s 模式，同时支持两种模式 的8 0 2 t l g 产品便可以在与8 0 2 1 l b 网络兼容的情况下，最高掇供与8 0 2 1 l a 标准栩同的5 4 m b p s 连接速率。8 0 2 1 l g 与已经得到广泛使用的8 0 2 1 l b 是滚 容的，遮怒8 0 2 i l g 鞠院子8 0 2 。1 l a 韵傀势所在。并且较好遗解决了w l a n 与蓝牙的嘏互干扰问题。 在m a c 层，8 0 2 + 1 1 ，8 0 2 1 l b , * 0 2 1 1 a , 8 0 2 。1 l g 这四种标准均采用载波监昕， 回避，这鸯捌予传统黻太嗣上翡e s a 稔怒d 。c s m a 坨a 相关内容猩8 0 2 1 l 标准中定义，8 0 2 1 l b 、8 0 2 1 l a 、8 0 2 1 l g ：惑接沿用。 除了8 0 2 1 1 ，8 0 2 。l l b ，8 0 2 1 l o , 8 0 2 1 l g 这翻个标准涉投物理朦辩，为了健避 8 0 2 ，l l a 程敬渊静推广发震，与e t s i 静h i p e r l a n 2 竞争，i e e e 掇出了8 0 2 1 i h 标准，在8 0 2 1 l a 基础上增加动态频率选择和发送功率控制功能，以适应 8 0 2 1 l a 在欧洲报广麓腥的需浮，符合欧洲有关管剥规定。 2 。3 2 英他的无线弱域丽标准 2 3 。2 t - i i p e r l a n l 8 i p e r l a n 2 橡准 在i e e e 裁订8 0 2 1 1 系列蠢袋霭域网檬壤蘸嚣嚣孝，敬溯遴僖檬凇学会簧蜇 在大力推广h i p e r l a n l h i t ) e r l a n 2 标准【8 l 。h i p e r l a n l 发布予1 9 9 6 年，京 工作s 壬z 频带，采麓鹣调割为蕊斯滤波簸，j 、移频键控，数据速率鼹高可这 2 5 m b p s 。蘩俸上t i i p e r l a n l 与8 0 2 1 l b 期当。 h i p e r l a n 2 怒h i v e r l a n i 的第二代版本，于2 0 0 0 年底通过e t s i 批准成 为标琅。它对应予i e e e 静8 0 2 1 l a ，工作奁5 g h z 籁带，采用o f d m 技术， 黄量其鍪动态频攀选择、发送珐搴控裁凌辘，支持爨糍数据速率为5 4 m b p s 。 在m a c 艨，h i p e r l a n 2 采用j ：| 蓖留t d m a 多址方式