802.11无线局域网(wlan).doc

802.11无线局域网（wlan）摘 要 在这个计算机高速发展的时代，伴随着网络的技术的不断发展与应用。传统的有线局域网虽然有着信号传输稳定，传输质量也比较高, 信号受房间格局、障碍物、气候、电磁干扰影响小等方面的优势。但随着人们对移动办公的要求越来越高，传统的有线局域网要受到布线的限制,高效快捷、组网灵活的无线局域网应运而生。 无线局域网是不使用任何导线或传输电缆连接的局域网，而使用无线电波作为数据传送的媒介，传送距离一般只有几十米。无线局域网的主干网路通常使用有线电缆，无线局域网用户通过一个或多个无线接取器接入无线局域网。 在有线世界里，以太网已经成为主流的LAN技术有线网络在某些场合要受到布线的限制：布线、改线工程量大；线路容易损坏；网中的各节点不可移动。特别是当要把相离较远的节点联结起来时，敷设专用通讯线路布线施工难度之大，费用、耗时之多，实是令人生畏。这些问题都对正在迅速扩大的联网需求形成了严重的瓶颈阻塞，限制了用户联网。 与有线局域网相比较，无线局域网具有开发运营成本低、时间短，投资回报快，易扩展，受自然环境、地形及灾害影响小，组网灵活快捷等优点。可实现“任何人在任何时间，任何地点以任何方式与任何人通信”，弥补了传统有线局域网的不足。关键词：局域网，无线局域网，IEEE802.11，射频技术，扩频技术，调制解调技术，信道差错控制技术，分集技术，天线技术IITitle 802.11 wireless LAN (WLAN) key technology and application AbstractIn this era of computer rapid development, along with the continuous development of network technology and application. The traditional wired LAN signal transmission stability and transmission quality is higher, signal by the room layout, obstacles, climate, and small electromagnetic interference effect advantage. But as people are increasingly demanding for mobile office, the traditional wired LAN to limited to the wiring, efficient fast, flexible networking, wireless local area network (LAN) arises at the historic moment. Wireless LAN is not using any wires or transmission cable connected to a local area network, using radio waves as a data transmission medium, transmission distance is generally only tens of meters. Wireless LAN backbone network typically use cable, wireless LAN users access the wireless LAN through one or more wireless access.In the wired world, Ethernet has become the mainstream LAN technology wired network wiring constraints in some cases be subject to: wiring, rebuilding project large; line is easy to damage; each node in the network can not be moved. Especially when the node links should phase from far the, laying dedicated communication line wiring construction difficult, expensive, time-consuming, in fact, as much as daunting. These issues are rapidly expanding networking needs serious bottleneck blocking, limiting the user networking.Compared with the wired LAN and wireless LAN has development operation cost is low, the time is short, quick return of investment, easy extension, affected by natural environment, terrain and disasters, network advantages of flexible and quick. Can realize anyone at any time, anywhere, with anyone in any way communication, make up for the deficiency of the traditional wired LAN. Keywords：LAN，WLAN，IEEE802.11，Radio frequency technology，Spread Spectrum，Modem technology，Channel error control technology，,Diversity technology，Antenna technology目 次 1 引言12 802.11WLAN简介12.1 802.11a32.2 802.11b42.3 802.11n62.4 802.11ac62.5 802.11ad73 802.11WLAN关键技术简介73.1 射频与扩频技术83.2 调制与复用技术103.3 差错控制技术153.4 分集与天线技术164 802.11WLAN的应用21结 论23致 谢24参 考 文 献251 引言 局域网简称LAN，是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、扫描仪共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网的类型很多，若按网络使用的传输介质分类，可分为有线网和无线网。 无线局域网即WLAN，是不使用任何导线或传输电缆连接的局域网，而使用无线电波作为数据传送的媒介，传送距离一般只有几十米。无线局域网的主干网路通常使用有线电缆，无线局域网用户通过一个或多个无线接取器接入无线局域网。 在有线网络的世界里，以太网已经成为主流的局域网技术在某些场合要受到环境的限制：布线、改线工程量大；线路容易损坏；网中各节点的不可移动性。特别是当要把距离较远的节点联结起来时，需要专用通讯线路布线施工难度大，费用、耗时多，实是令人生畏。这些问题都对正在迅速扩大的联网需求形成了严重的瓶颈阻塞，限制了用户联网。 与有线局域网相比较，无线局域网具有开发运营成本低、时间短，投资回报快，易扩展，受自然环境、地形及灾害影响小，组网灵活快捷等优点。可以很容易实现“任何人在任何时间，任何地点以任何方式与任何人通信”，弥补了传统有线局域网的不足与缺点。2 802.11WLAN简介 在这个计算机网路高速发展的时代，伴随着网络的技术的不断的发展与应用。传统的有线局域网虽然信号传输稳定，传输质量较高, 信号受房间格局、障碍物、气候、电磁干扰影响小等方面的优势。但是随着人们对移动办公的要求越来越高，传统的有线局域网受到布线的限制,因此高效快捷、组网灵活的无线局域网应运而生。 局域网（Local Area Network），简称LAN，指的是在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、扫描仪共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网的类型很多，如果按网络的传输介质分类，可分为有线网和无线网。 无线局域网（英文：Wireless LAN，缩写WLAN）是指不使用任何导线或传输电缆连接的局域网，而使用无线电波作为数据传送的媒介，传送距离一般较短。无线局域网的主干网络通常情况下使用有线电缆等传输介质，用户通过一个或多个无线接取器接入无线局域网。 在有线世界里，以太网已经成为主流的有线网络在某些场合要受到环境因素等方面的限制：布线、改线工程量大；线路容易损坏；网中各节点具有不可移动性。特别是当要把距离较远的节点联结起来时，需要铺设专用通讯线路，施工难度大，费用、耗时多，实是令人生畏。这些问题都对正在迅速扩大的联网需求形成了严重的瓶颈阻塞，限制了越来越多用户的联网。 与传统的各方面有线局域网相比较，无线局域网具有开发运营成本低、时间短，投资回报快，易扩展，受自然环境、地形及灾害影响小，组网灵活快捷等优点。使其可以实现“任何人在任何时间，任何地点以任何方式与任何人通信”，弥补了传统有线局域网的不足与缺点。 二次世界大战由于无线通讯因在军事上应用的成果而受到重视，无线技术一直发展，但缺乏广泛的通讯标准。1997年IEEE为无线局域网络制定第一个版本标准802.11，定义了介质访问接入控制层和物理层。物理层定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种无线调频方式和一种红外传输的方式，总数据传输速率设计为2Mbit/s。两个设备之间的通信可以自由直接的方式进行，也可以在基站 或者访问点的协调下进行。 1999年，IEEE组织加上了两个补充版本: 802.11a定义了一个在5GHz ISM频段上的数据传输速率可达54Mbit/s的物理层，802.11b定义了一个在2.4GHz的ISM频段上但数据传输速率高达11Mbit/s的物理层。 2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家通用，因此802.11b得到了最为广泛的应用。 802.11的标准和补充主要有： * IEEE 802.11 ，1997年，原始标准（2Mbit/s，工作在2.4GHz）。 * IEEE 802.11a，1999年，物理层补充（54Mbit/s，工作在5GHz）。 * IEEE 802.11b，1999年，物理层补充（11Mbit/s工作在2.4GHz）。 * IEEE 802.11c，符合802.1D的媒体接入控制层桥接（MAC Layer Bridging）。 * IEEE 802.11d，是根据各国无线电规定做的调整。 * IEEE 802.11e，针对服务等级（Quality of Service,QoS）的支持。 * IEEE 802.11f，基站的互连性，于2006年2月被IEEE批准撤销。 * IEEE 802.11g，2003年，物理层补充（54Mbit/s，工作在2.4GHz）。 * IEEE 802.11h，2004年，无线覆盖半径的调整，主要是室内和室外信道（5GHz频段）。 * IEEE 802.11i，2004年，对无线网络的安全方面的补充。 * IEEE 802.11j，2004年，主要是根据日本规定做的升级。 * IEEE 802.11l，预留及准备不使用。 * IEEE 802.11m，维护标准；互斥及极限。 * IEEE 802.11n，2009年9月通过的正式标准，WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps、108Mbps，提高到300Mbps甚至高达600Mbps。 * IEEE 802.11k，2008年，该协议规范规定了无线局域网络频谱测量规范。该规范的制订体现了无线局域网络对频谱资源智能化使用的需求。 * IEEE 802.11r，2008年，快速基础服务转移，主要是用来解决客户端在不同无线网络AP间切换时的延迟问题。 * IEEE 802.11s,2007年9月.拓扑发现、路径选择与转发、信道定位、安全、流量管理和网络管理。给现在的网络带来一些新的术语。 * IEEE 802.11w，2009年，针对802.11管理帧的保护。 * IEEE 802.11x，包括802.11a/b/g等三个标准。 * IEEE 802.11y，2008年，针对美国36503700 MHz 的规定。 * IEEE 802.11ac，802.11n之后的版本。工作在5G频段，理论上可以提供高达每秒1Gbit的数据传输能力。2.1 802.11a 802.11a的传输技术为多载波调制技术。802.11a标准是已在办公室、家庭、宾馆、机场等众多场合得到广泛应用。802.11a主要工作在5GHzU-NII频带，物理层速率可达54Mb/s，传输层可达25Mbps。可提供25Mbps的无线异步传输模式接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，以及时分多址/时分双工的空中接口；支持语音、数据、图像业务；一个扇区可以同时接入多个用户，每个用户可带多个用户终端。根据需要，数据率还可降为48，36，24，18，12，9或者6Mb/s。802.11a拥有12条不相互重叠的频道，8条用于室内，4条用于点对点传输。802.11a不能与802.11b进行互操作，除非使用了对两种标准都采用的设备。表1 802.11a数据率的主要类型数据率(Mbit/s)调制方式编码率Ndbps1472字节传输时间(µs)6BPSK1/22420129BPSK3/4361344124-QAM1/2481008184-QAM3/4726722416-QAM1/2965043616-QAM3/41443364864-QAM2/31922525464-QAM3/4216224 尽管2003世界无线电通信会议使得802.11a在全球的应用变得更容易，不同的国家还是有不同的规定支持。美国和日本已经出现了相关规定对802.11a进行了认可，但是在其他地区，如欧盟，管理机构却考虑使用欧洲的HIPERLAN标准，而且在2002年中期禁止在欧洲使用802.11a。 在美国，2003年中期联邦通信委员会的决定可能会为802.11a提供更多的频谱。在52个OFDM副载波中，48个用于传输数据，4个是引示副载波，每一个带宽为0.3125MHz（20MHz/64），可以是二相移相键控，四相移相键控，16-QAM或者64-QAM。总的带宽为20MHz，占用带宽为16.6MHz。符号时间为4毫秒，保护间隔0.8毫秒。实际产生和解码正交分量的过程都是在基带中由数字信号处理完成，然后由发射器将频率提升到5GHz。每一个副载波都需要用复数来表示。时域信号通过逆向快速傅里叶变换产生。接收器将信号降频至20MHz，重新采样并通过快速傅里叶变换来重新获得原始系数。但是 802.11a产品于2001年才开始销售，比802.11b的产品要晚许多，这主要原因是因为产品中5GHz的组件研制成功太慢。由于802.11b已经被广泛采用了，802.11a没有被广泛的采用。加上802.11a的一些弱点，和一些地方的规定限制，使得它的使用范围更窄了。2.2 802.11b IEEE 802.11b无线局域网的带宽最高可达11Mbps，比两年前刚批准的IEEE 802.11标准快5倍，扩大了无线局域网的应用领域。另外，也可根据实际情况采用5.5Mbps、2 Mbps和1 Mbps带宽，实际的工作速度在5Mb/s左右，与普通的10Base-T规格有线局域网几乎是处于同一水平。IEEE 802.11b使用的是开放的2.4GHz频段，不需要申请就可使用。既可作为对有线网络的补充，也可独立组网，从而使网络用户摆脱网线的束缚，实现真正意义上的移动应用。 IEEE 802.11b无线局域网与我们熟悉的IEEE 802.3以太网的原理很类似，都是采用载波侦听的方式来控制网络中信息的传送。不同之处是以太网采用的是载波侦听/冲突检测技术，网络上所有工作站都侦听网络中有无信息发送，当发现网络空闲时才能发出自己的信息，就如同抢答一样，只能有其中一台工作站抢到发言权，而其余工作站需要继续等待。如果一旦有两台以上的工作站同时发出信息，则网络中会发生冲突，冲突后这些冲突信息都会丢失，各工作站则将继续抢夺发言权。而802.11b无线局域网则引进了载波监听多路访问/冲突避免技术和RTS/CTS(请求发送/清除发送)技术，从而避免了网络中冲突的发生，可以大幅度提高网络效率。这里的载波监听多路访问/冲突避免技术与正常情况下的载波侦听/冲突检测技术原理有所不同，基本原理是：站点在发送报文后等待来至接入点基本模式或来至另外站点(对等模式)的确认帧(ACK)。如果在一定的时间内没有受到确认帧，则假定发生了冲突并重发该数据。如果站点注意到信道上有活动，就不发送数据。RTS/CTS的工作方式与调制解调器类似，在发送数据之前，站点将一个请求发送帧发送到目的站点，如果信道上没有活动，那么目的站点将一个清除发送帧发送回源站点。这个过程成为“预热”其他站点，从而防止不必要的冲突。RTS/CTS只用于特别大的报文和重发数据时可能出现严重带宽问题的场合。802.11b运作模式基本分为两种：点对点模式(ad-hoc mode)和基本模式（infrastructure mode）。点对点模式是指站点（如：无线网卡）和站点之间的通信方式。只要PC插上无线网卡即可与另一具有无线网卡的PC连接，点对点模式对于小型的无线网络来说，是一种方便的连接方式，但最多可连接256台个人计算机。而基本模式是指无线网络规模扩充或无线和有线网络并存时的通信方式，这是802.11b最常用的方式。此时，插上无线网卡的PC需要由接入点与另一台计算机连接。接入点负责频段管理及漫游等指挥工作，一个接入点最多可连接1024台计算机的无线网卡。当无线网络节点扩增时，网络存取速度会随着范围扩大和节点的增加而变慢，此时添加接入点可以有效控制和管理频宽与频段。无线网络需要与有线网络互连，或无线网络节点需要连接和存取有线网的资源和服务器时，接入点可以作为无线网和有线网之间的桥梁。 802.11b在早期的无线局域网技术已经在纵向市场应用方面取得明显的成功，例如生产、存货控制和零售点等方面，1999年已经取得了4亿美元的销售额。随着802.11b性能价格比实质性的提高，一个全新的横向市场应用将全面展开。企业将可以应用无线局域网作为他们有限局域网的延伸，将使他们全方位地与公司应用程序和网络外围设备取得连接，从而大大提高雇员在移动中的工作效率。无线局域网技术将首先应用于企业的会议厅和部门办公室，随着其使用的深入，最终将应用于公司的每一个角落。小企业和家庭用户也将使用无线局域网代替有线网络，从而获得无线局域网提供的在“无线”安装和维护方面带来的节约。2.3 802.11n 802.11n是WiFi联盟在802.11a/b/g后面的一个无线传输标准协议，是为了实现高带宽、高质量的WLAN服务，使无线局域网达到以太网的性能水平 ，至2009年才得到IEEE的正式批准。802.11n主要是结合物理层和MAC层的优化来充分提高WLAN技术的吞吐。 在传输速率方面，802.11n可以将WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps，提高到300Mbps甚至高达600Mbps。得益于将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。 在覆盖范围方面，802.11n采用智能天线技术，通过多组独立天线组成的天线阵列，可以动态调整波束，保证让WLAN用户接收到稳定的信号，并可以减少其它信号的干扰。因此其覆盖范围可以扩大到好几平方公里，使WLAN移动性极大提高。 在兼容性方面，802.11n采用了一种软件无线电技术，它是一个完全可编程的硬件平台，使得不同系统的基站和终端都可以通过这一平台的不同软件实现互通和兼容，这使得WLAN的兼容性得到极大改善。这意味着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。2.4 802.11ac 802.11ac是在802.11a标准之上建立起来的，包括将使用802.11a的5GHz频段。不过在通道的设置上，802.11ac将沿用802.11n的MIMO(多进多出)技术，为它的传输速率达到Gbps量级打下基础,第一阶段的目标达到的传输速率为1Gbps，目的是达到有线电缆的传输速率。 802.11ac每个通道的工作频宽将由802.11n的40MHz，提升到80MHz甚至是160MHz，再加上大约10%的实际频率调制效率提升，最终理论传输速度将由802.11n最高的600Mbps跃升至1Gbps。当然，实际传输率可能在300Mbps400Mbps之间，接近目前802.11n实际传输率的3倍(目前802.11n无线路由器的实际传输率为75Mbps150Mbps之间)，完全足以在一条信道上同时传输多路压缩视频流。 此外，802.11ac还将向后兼容802.11全系列现有和即将发布的所有标准和规范，包括即将发布的802.11s无线网状架构以及802.11u等。安全性方面，它将完全遵循802.11i安全标准的所有内容，使得无线连接能够在安全性方面达到企业级用户的需求。根据802.11ac的实现目标，未来802.11ac将可以帮助企业或家庭实现无缝漫游，并且在漫游过程中能支持无线产品相应的安全、管理以及诊断等应用。2.5 802.11ad 802.11ad主要用于实现家庭内部无线高清音视频信号的传输，为家庭多媒体应用带来更完备的高清视频解决方案。802.11ad抛弃了拥挤的2.4GHz和5GHz频段，而是使用高频载波的60GHz频谱。由于60GHz频谱在大多数国家有大段的频率可供使用，因此802.11ad可以在MIMO技术的支持下实现多信道的同时传输，而每个信道的传输带宽都将超过1Gbps。据了解802.11ad，载频60GHz，速度是7Gbps。 同时，802.11ad也面临技术上的限制。比如：60GHz载波的穿透力很差，而且在空气中信号衰减很厉害，其传输距离、信号覆盖范围都大受到影响，这使得它的有效连接只能局限在一个很小的范围内。在理想的状态下，802.11ad最适合被用来作为房间内各个设备之间高速无线传输的通道。在整合802.11s和802.11z的基础上，802.11ad完全可以用来实现设备之间的文件传输和数据同步，速度将比第二代蓝牙技术快1000倍以上。当然，802.11ad最主要的用途还是用来实现高清信号的传输。3 802.11WLAN关键技术简介 随着无线局域网技术的应用的日渐广泛，用户对数据传输速率以及质量的要求越来越高。在室内，这个较为复杂的电磁环境中，多经效应、频率选择性衰落和其他干扰源的存在使实现无线信道中数据的高速传输比有线信道中困难，因此WLAN常常需要采用合适的调制技术，来确保数据的传输。 IEEE802.11无线局域网络是一种能支持较高数据传输速率（1-54Mbit/s），采用微蜂窝，微微蜂窝结构的自主管理的计算机局域网络。其关键技术大致有三种：DSSS、CCK技术，和 PBCC，和OFDM。 无线联网技术是基于IEEE802.11标准（用于无线网络的国际标准），该标准主要对网络的物理层和访问层（MAC）进行规定，其中MAC层是重点。在MAC层以下，802.11规定了三种发送及接收技术：扩频(Spread Spectrum)技术、红外（Infared）技术、窄带（Narrow Band）技术。 3.1 射频与扩频技术 与现存的以太局域网（LAN）相比较而言，WLAN有一个很大的不同他们使用RF来发送和接收数据包。为了保证能够达到支持关键应用所要求的性能级别，WLAN系统还必须进一步发展以提供更多的确定性特征。由于无线本身所具有的特性，未授权的频率也会共享这个环境，因为没有一个实体来实现频谱控制。因此，WLAN必须能够探测并能够适应RF环境的变化，这样可以减轻接入点之间的相互干扰，也许这种干扰是临时的，也许是永久的干扰。随着WLAN负载的急剧增加,现存的网络产品通常无法判断临近的接入点的负载和用户量是否相近,也无法判断是否有必要和临近的接入点分担负载。第一代接入点产品的最大的一个缺陷是：它们无法探测和收集在其周围的射频（RF）环境中出现的信息。由于种种的原因，使得这种探测能力显得非常重要。通过这种方法的实现，使得接入点可以充当宽带无线系统的耳目利用它，同时系统也可以解释在它周围的RF环境中都发生的事情，并且可以指挥接入点做出必要的变化。 和现存以太网非常相似，802.11RF环境也是一个共享媒介。但是和以太网不同的是，802.11RF环境是一个受限网络，目前还不能基于单个用户来分割带宽，从而也不能实现有效的扩展。因此，它的扩展性还是有问题的。在整个无线网络的安全体系中,RF媒介扮演了一个截然不同的角色。虽然物理层并不负责设备和用户的认证,也不负责对空中传播的数据包进行加密,但是,对于那些未授权的接入点或者可疑的客户端设备行为,它可以提供重要的数据。RF媒介可以作为无线系统的一个管理平台。统计信息、规则以及策略可以在不同的设备和接入点之间互相传递，使得他们可以与已经建立的网络策略保持连通。扩频是一种信息处理传输的技术。扩频技术是利用同欲传输数据（信息）无关的码对被传输信号扩展频谱，使之占有远远超过被传送信息所必需的最小带宽。发射端展宽频带是用独立于所传数据的码来实现，接收端用同步的相同码解扩以恢复所传数据。扩频的基本方法有，直接序列（DS）、跳频（FH）、跳时（TH）和线性调频（Chirp）等4种，新一代手机标准CDMA就是直接序列扩频技术的一个应用。而跳频、跳时等技术则主要应用于军事领域，以避免己方通信信号被敌方截获或者干扰。扩频是在发端输入的信息先经信息调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱。展宽后的信号再调制到射频发送出去。 在接收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩。最后经信息解调、使原始信息恢复、输出。扩频技术是利用开放的ISM2.4GHz频段。也正是由于这个2.42.484GHz频段无需申请许可证(但发射功率受限制)，因而此频段很拥挤，微波噪声最大，采取何种发送及接收技术，都将直接影响到微波传输的速率和质量。扩频可以分为直接序列(DirectSequence,DS)扩频技术(简称直扩)和跳频(FrequencyHopping,FH)扩频技术。直序扩频技术直序扩频技术的原理是使用快速变化的二进制比特流调制射频载波信号，这种二进制比特流看上去是随机的，实际上是按照特定的算法由数字电路产生的，称为伪随机码。在伪随机码的调制下，载波的相位在0度180度之间跳跃变化，被调制后的载波又同有效信息进行混合，通过发射机发射。相应的接收机内能够产生相同的伪随机码，按照发射的逆过程解调，解析出有效信息信号。跳频扩频技术跳频扩频技术是通过伪随机码的调制，使载波工作的中心频率不断跳跃改变，而噪音和干扰信号的中心频率却不会改变。这样，只要收、发信机之间按照固定的数字算法产生相同的伪随机码，就可以达到同步，排除噪音和其他干扰信号。直扩采取主动占有方式，跳频是被动适应。直扩技术同时使用整个子频段，信号被扩展多次而无损耗；跳频技术是连续间断跳跃使用多个频点，当跳跃至某个频点时，判断该频点是否有噪声干扰，若无则传输信号，若有则依据算法跳至下一频点继续判断。 跳变时间(TimeHopping)工作方式，简称跳时(TH)方式与跳频相似，跳时(THTimeHopping)是使发射信号在时间轴上跳变。首先把时间轴分成许多时片。在一帧内哪个时片发射信号由扩频码序列去进行控制。可以把跳时理解为：用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。 由于采用了窄得很多的时片去发送信号，相对说来，信号的频谱也就展宽了。在发端，输入的数据先存储起来，由扩频码发生器的扩频码序列去控制通断开关，经二相或四相调制后再经射频调制后发射。在收端，由射频接收机输出的中频信号经本地产生的与发端相同的扩频码序列控制通断开关，再经二相或四相解调器，送到数据存储器和再定时后输出数据。只要收发两端在时间上严格同步进行，就能正确地恢复原始数据。扩频的主要特点为：抗干扰，抗多径衰落，低截获概率，码分多址能力，高距离分辨率和精确定时特性等。强扩频通信系统扩展的频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力就越强。简单地说，如果信号频谱展宽10 倍，那么干扰方面需要在更宽的频带上去进行干扰，分散了干扰功率，从而在总功率不变的条件下，其干扰强度只有原来的1/10。另一方面，由于接收端采用扩频码序列进行相关检测，空中即使有同类信号进行干扰，如果不能检测出有用信号的码序列，干扰也起不了太大作用，因此抗干扰性能强是扩频通信的最突出的优点。 由于扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充分利用各种不同码型扩频序列之间优良的自相关特性和互相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户不同码型的情况下，系统可以区分不同用户的信号，这样在同一频带上许多对用户可以同时通话而互不干扰。3.2 调制与复用技术 在通信系统中，调制与解调是实现信号传递必不可少的重要手段。所谓调制就是用一个信号去控制另一个信号的某个参量，产生已调制信号。解调则是调制的相反过程，而从已调制信号中恢复出原信号。信号从发送端到接受端，为了实现有效可靠和远距离传输信号，都要用到调制与解调技术。 调制的主要目的是把要传输的模拟信号或数字信号变换成适合信道传输的信号，意味着把基带信号（信源）转变为一个相对基带频率而言频率非常高的代通信号。调制可以通过使高频载波随信号幅度的变化而改变载波的幅度、相位或者频率来实现。调制过程用于通信系统的发端。解调主要在接收端需将已调信号还原成要传输的原始信号，也就是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接受者（信宿）处理和理解的过程。 调制方式按照调制信号的性质分为模拟调制和数字调制两类；按照载波的形式分为连续波调制和脉冲调制两类。模拟调制有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）。数字调制有振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）、移相键控（PSK）和差分移相键控 (DPSK）等。脉冲调制有脉幅调制（PAM）、脉宽调制（PDM）、脉频调制（PFM）、脉位调制（PPM）、脉码调制（PCM）和增量调制（M）。 一般指调制信号和载波都是连续波的调制方式。它有调幅、调频和调相三种基本形式。 调幅(AM）：用调制信号控制载波的振幅，使载波的振幅随着调制信号变化。已调波称为调幅波。调幅波的频率仍是载波频率，调幅波包络的形状反映调制信号的波形。调幅系统实现简单，但抗干扰性差，传输时信号容易失真。 调频(FM）：用调制信号控制载波的振荡频率，使载波的频率随着调制信号变化。已调波称为调频波。调频波的振幅保持不变，调频波的瞬时频率偏离载波频率的量与调制信号的瞬时值成比例。调频系统实现稍复杂，占用的频带远较调幅波为宽，因此必须工作在超短波波段。抗干扰性能好，传输时信号失真小，设备利用率也较高。 调相(PM）：用调制信号控制载波的相位，使载波的相位随着调制信号变化。已调波称为调相波。调相波的振幅保持不变，调相波的瞬时相角偏离载波相角的量与调制信号的瞬时值成比例。在调频时相角也有相应的变化，但这种相角变化并不与调制信号成比例。在调相时频率也有相应的变化，但这种频率变化并不与调制信号成比例。在模拟调制过程中已调波的频谱中除了载波分量外在载波频率两旁还各有一个频带，因调制而产生的各频率分量就落在这两个频带之内。这两个频带统称为边频带或边带。位于比载波频率高的一侧的边频带，称为上边带。位于比载波频率低的一侧的边频带，称为下边带。在单边带通信中可用滤波法、相移法或相移滤波法取得调幅波中一个边带，这种调制方法称为单边带调制(SSB）。单边带调制常用于有线载波电话和短波无线电多路通信。在同步通信中可用平衡调制器实现抑制载波的双边带调制（DSB-SC）。在数字通信中为了提高频带利用率而采用残留边带调制(VSB），即传输一个边带（在邻近载波的部分也受到一些衰减）和另一个边带的残留部分。在解调时可以互相补偿而得到完整的基带。 数字调制一般指调制信号是离散的，而载波是连续波的调制方式。它有四种基本形式：振幅键控、移频键控、移相键控和差分移相键控。 振幅键控 (ASK）：用数字调制信号控制载波的通断。如在二进制中，发0时不发送载波，发1时发送载波。有时也把代表多个符号的多电平振幅调制称为振幅键控。振幅键控实现简单，但抗干扰能力差。 移频键控(FSK）：用数字调制信号的正负控制载波的频率。当数字信号的振幅为正时载波频率为f1，当数字信号的振幅为负时载波频率为 f2。有时也把代表两个以上符号的多进制频率调制称为移频键控。移频键控能区分通路，但抗干扰能力不如移相键控和差分移相键控。 移相键控(PSK）：用数字调制信号的正负控制载波的相位。当数字信号的振幅为正时，载波起始相位取0；当数字信号的振幅为负时，载波起始相位取180。有时也把代表两个以上符号的多相制相位调制称为移相键控。移相键控抗干扰能力强，但在解调时需要有一个正确的参考相位，即需要相干解调。差分移相键控(DPSK）：利用调制信号前后码元之间载波相对相位的变化来传递信息。脉冲调制有两种含义：第一种是指用调制信号控制脉冲本身的参数（幅度、宽度、相位等），使这些参数随调制信号变化。此时，调制信号是连续波，载波是重复的脉冲序列。第二种是指用脉冲信号控制高频振荡的参数。此时，调制信号是脉冲序列，载波是高频振荡的连续波。通常所说的脉冲调制都是指上述第一种情况。脉冲调制可分为模拟式和数字式两类。模拟式脉冲调制是指用模拟信号对脉冲序列参数进行调制，有脉幅调制、脉宽调制、脉位调制和脉频调制等。数字式脉冲调制是指用数字信号对脉冲序列参数进行调制，有脉码调制和增量调制等。由于脉冲序列占空系数很小，即一个周期的绝大部分时间内信号为0值，因而可以插入多路其他已调脉冲序列，实现时分多路传输。已调脉冲序列还可以用各种方法去调制高频振荡载波。解调是调制的逆过程。调制方式不同，解调方法也不一样。解调的方式有正弦波幅度解调、正弦波角度解调和共振解调技术。正弦波幅度解调是从携带消息的调幅信号中恢复消息的过程。这种方式应用得最早，现代仍广泛地用于广播、通信和其他电子设备。早期的键控电报是一种典型的调幅信号。对这类信号的解调，通常可用拍频振荡器(BFO) 产生的正弦振荡信号在一非线性器件中与该信号相乘（差拍）来实现。差拍输出经过低通滤波即得到一断续的音频信号。这种解调方式有时称为外差接收。标准调幅信号的解调可以不用拍频振荡器。调幅信号中的载波实际上起了拍频振荡波的作用，利用非线性元件实现频率变换，经低通滤波即得到与调幅信号包络成对应关系的输出。这种方法属于非相干解调。单边带信号的解调需要一个频率和相位与被抑制载波完全一致的正弦振荡波。使这个由接收机复原的载波和单边带信号相乘，即可实现解调。这种方式称为同步检波，也称为相干解调。正弦波角度解调是从带有消息的调角波中恢复消息的过程。与频率调制相逆的称为频率解调，与相位调制相逆的称为相位解调。频率解调通常由鉴频器完成。相位解调需要有一个作为参考相位的相干信号，所以相位解调属于相干解调。相位解调电路通常称为鉴相器。脉冲调制信号的解调，脉冲幅度调制和脉冲宽度调制信号的解调都比较简单。这些信号的频谱中均含有较大的调制信号的频谱分量，对已调制信号直接进行低通滤波即可恢复其中所携带的消息。脉冲宽度调制信号中也含有较大的调制信号分量，可以用同样的方法实现解调。脉冲相位解调的方法是：先将脉冲调相波转变成脉冲调幅波或调宽波，然后再按脉冲幅度或脉冲宽度解调的方法恢复消息。共振解调技术，是振动检测技术的发展和延伸。它从振动检测技术技术分离并发展起来，在发展中融入声学、声发射、应变、应力检测而拓宽了其对于工业故障诊断的服务领域。 在数据通信中，复用技术的使用极大地提高了信道的传输效率，取得了广泛地应用。多路复用技术就是在发送端将多路信号进行组合(如广电前端使用的混合器)，然后在一条专用的物理信道上实现传输，接收端再将复合信号分离出来。多路复用技术主要分为两大类：频分多路复用(简称频分复用)和时分多路复用(简称时分复用)，波分复用和统计复用本质上也属于这两种复用技术。另外还有一些其他的复用技术，如码分复用、极化波复用和空分复用等。 频分复用(FDM，Frequency Division Multiplexing)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道)，每一个子信道传输1路信号。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各路信号互不干扰(条件之一)。频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不考虑传输时延，因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。频分复用技术除传统意义上的频分复用(FDM)外，还有一种是正交频分复用(OFDM)。 OFDM技术其实是MCM(Multi-CarrierModulation，多载波调制)的一种。其主要思想是：将信道分成许多正交子信道，在每个子信道上进行窄带调制和传输，这样减少了子信道之间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。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频率选择性衰落是平坦的，大大消除了符号间干扰。 在各个子信道中的这种正交调制和解调可以采用快速傅里叶逆变换（IFFT）和快速傅里叶变换（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。快速傅里叶变换(FFI)的引入，大大降低了OFDM的实现复杂性，提升了系统的性能，OFDM发送接收机系统结。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高速数据传输，而OFDM容易通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率。 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，最大程度地提高物理层的可靠性。如再结合白适应调制、自适应编码以及动态子载波分配、动态比特分配算法等技术，可以使其性能进一步优化。OFDM系统比FDM系统要求的带宽要小得多。由于OFDM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中的数据，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。另外，同单载波系统相比，OFDM还存在一些缺点，易受频率偏差的影响，存在较高的峰值平均功率比(PAR)。 时分复用(TDM，Time Division Multiplexing)就是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙)，并将这些时隙分配给每一个信号源使用，每一路信号在自己的时隙内独占信道进行数据传输。 时分复用技术的特点是时隙事先规划分配好且固定不变，所以有时也叫同步时分复用。其优点是时隙分配固定，便于调节控制，适于数字信息的传输；缺点是当某信号源没有数据传输时，它所对应的信道会出现空闲，而其他繁忙的信道无法占用这个空闲的信道，因此会降低线路的利用率。码分复用(CDM，Code Division Multiplexing)是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式，主要和各种多址技术结合产生了各种接入技术，包括无线和有线接入。例如在多址蜂窝系统中是以信道来区分通信对象的，一个信道只容纳1个用户进行通话，许多同时通话的用户，互相以信道来区分，这就是多址。移动通信系统是一个多信道同时工作的系统，具有广播和大面积覆盖的特点。在移动通信环境的电波覆盖区内，建立用户之间的无线信道连接，是无线多址接入方式，属于多址接入技术。3.3 差错控制技术 当数据从信源出发，经过通信信道时，由于通信信道的物理特性总是有一定的噪声存在，因此在到达信宿时，接收的信号是由信号与噪声的叠加而成的。在接收端，接收电路在取样时判断信号电平。如果噪声对信号叠加的结果在电平判断时出现错误，就会引起通信数据的错误。差错控制是在数字通信中利用编码方法对传输中产生的差错进行控制，以提高数字消息传输的准确性。通信过程中的差错大致可分为两类：热噪声与冲击噪声两类。而热噪声由传输介质导体的电子热运动产生。热噪声的特点是：时刻存在，幅度较小，强度与频率无关，但频谱很宽，是一类随机噪声。冲击噪声由外界电磁干扰引起，与热噪声相比，冲击噪声幅度较大，是引起传输差错的主要原因。冲击噪声持续时间与数据传输中每比特的发送时间相比，可能较长，因而冲击噪声引起相邻的多个数据位出错，所引起的传输差错为突发错。由于信道中存在干扰，信道的输出将发生差错。数字在传输中发生差错的概率（误码率）是传输准确性