HIPERLAN2通信中数据接收部分的分析与设计
HIPERLAN2通信中数据接收部分的分析与设计[20191215155201]
摘 要
无线局域网就是无线通信技术与网络技术相结合的一种产物，凭借自身优势，使得其在很多场合得到广泛应用。而本文所研究的HIPERLAN/2网络，实际上也是一种无线网络。其原理简单来说就是通过移动终端和接入点之间的连接或者断开来实现通信，它具有传输速率高、安全可靠、节省功率等特点。
HIPERLAN/2物理层实现原理，其中包括卷积编码、维特比译码、交织解交织原理、16QAM调制解调原理、OFDM原理等。卷积编码消除随机性错误，而交织编码消除突发性错误。正交振幅调制解调，通过用两个相互独立的数字基带信号对相互正交且频率相同的两路载波信号进行双边带调制。正交频分复用通过把信道划分成若干正交子信道，在接收端采用相关技术，正交信号便能够分开，这样便减少了子信道间的相互干扰。
Hiperlan/2物理层总体框图的框架主要包括由发送部分、信道模型、接收模块、解码模块以及相关指示器组成。通过Simulink仿真进行模块调试、总体调试所得到的仿真结果分析可以看出，基本满足了任务书要求，整个系统具有较好的传输质量。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:无线网络；HIPERLAN/2；原理；调试；仿真
目录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 HIPERLAN/2网络技术 1
1.3 本文主要内容及章节安排 1
第二章 无线网络技术 2
2.1 无线网络技术简介 2
2.1.1 无线局域网的优点 2
2.1.2 无线局域网的分类 2
2.1.3 无线局域网的不足之处 3
2.2 HIPERLAN/2工作原理： 4
2.3 HIPERLAN/2网络的特点： 4
2.4 本章小结 5
第三章HIPERLAN/2物理层实现原理 7
3.1 卷积编码与Viterbi译码 7
3.1.1 卷积码编码原理 7
3.1.2 Viterbi译码 7
3.2交织解交织的原理 9
3.3 QAM调制解调的基本原理 11
3.3.1 QAM调制的基本原理 11
3.3.2 QAM调制的基本原理 14
3.4加性高斯白噪声信道 15
3.5 正交频分复用技术 15
3.5.1 OFEM简介 15
3.5.2 OFDM基本原理 16
3.5.3 基本模型 17
3.5.4 OFDM技术优缺点 18
3.6 本章小结 20
第四章 Hiperlan/2物理层接收部分设计 21
4.1 Simulink简介 21
4.2 Hiperlan/2物理层总体框图搭建 22
4.3 发送部分的封装 23
4.4 信道模型的设计 24
4.5 OFDM接收机部分的设计 27
4.6 解码部分的设计 28
4.6.1 QAM解调 28
4.6.2 分组解交织器 30
4.6.3 矩阵解交织器 31
4.6.4 维特比译码器 33
4.7 本章小结 34
第五章 仿真实现与结果分析 36
5.1 模块调试 36
5.1.1 信道模型模块 36
5.1.2 接收模块 36
5.1.3 解码模块 36
5.2 总体调试 36
5.3 仿真结果与分析 36
第六章 总结与展望 40
6.1 总结 40
6.2 展望 40
参考文献 41
致谢 43
附录一 英文文献 45
附录二 中文翻译 55
第一章 绪论
1.1 选题背景
从无线移动通信的技术发展历史来看，我们正处于第三代数字移动通信系统时代。这一时代的特点概述如下：通信频带不断加宽，数据业务所占的比重明显增加，全面向移动多媒体通信迈进。现在，无线移动通信发展体现在五大技术的发展中，这些技术的发展与应用使得无线移动通信总体走势是接入多元、网络一体与综合布局，而五大技术之一便是WLAN标准的使用。
我国现在所使用的WLAN标准主要是IEEE802.11标准，其网络的优点是具有简单、设置合理，性能典型的网络条件。而现在随着人们对数据传输提出更高的要求，IEEE802.11标准面临着挑战。一个可能的竞争对手是，HiperLAN/2标准。它承诺比目前的IEEE802.11网络有更高的数据速率，在最佳情况下，达到了高达可达54Mbit/s。 因此，我们有必要对HiperLAN/2标准进行研究。
1.2 HIPERLAN/2网络技术
作为大学最后一次作业，此次将这个选题作为自己的毕业设计，一方面是为了通过与通信有关的课题去将自己四年所学各种理论知识与技能进行综合运用以提高自我专业水平，另一方面是为了对具有极大潜力的WLAN标准协议HiperLAN/2标准有所了解以便能够更好地借鉴国外优秀技术来发展我国无线网通信技术。
我相信只要我们不断学习，对其他技术进行取其精华去其糟粕，更好地弥补自身不足，我国通信行业技术定会迎来新的发展与进步。
1.3 本文主要内容及章节安排
第一章是绪论部分，主要谈及此次选题背景及意义。第二章主要对HiperLan/2标准协议进行介绍以及对当今网络技术发展情况进行概述。第三章主要谈及HiperLan/2物理层传输所设计的各种原理，包括信道编码解码以及交织解交织、基带调制解调、正交频分复用、维特比译码等。第四章主要对HiperLan物理层接收部分各个仿真模块进行介绍。第五章对仿真结果进行分析。第六章对此次毕业设计进行总结与展望。
第二章HIPERLAN/2介绍及网络技术发展
2.1 无线网络技术简介
无线局域网就是无线通信技术与网络技术相结合的一种产物。从专业角度来说，无线局域网就是通过无线信道来完成网络设备之间的通信，并能够实现通信的移动化和个性化以及宽带化。简单的讲，无线局域网就是不采用网线，提供以太网互联功能。
2.1.1 无线局域网的优点
（1）灵活性与移动性。有线网络中，因网络的位置而限制了网络设备的安放位置，但在无线局域网中，网络设备在无线信号覆盖区域内的所有位置都可以接入网络。无线局域网的移动性是其另外一个优点，连接到无线局域网的用户能够在移动的同时与网络保持连接。
（2）安装便捷。无线局域网能够去除或者最大程度的降低网络布线的工作量，一般情况下，只要安装一个或多个接入点设备，就能够建立覆盖整个区域的局域网络。
（3）易于进行网络规划与调整。有线网络中，办公地点或网络拓扑一旦改变，也就要重新建网。而重新布线是一个高昂、耗时、浪费与麻烦的过程，不过无线局域网能够避免或减少上述情况的发生。
（4）故障定位容易。一旦有线网络出现物理故障，特别是由于线路连接不良而导致的网络中断，通常很难查明，并且检修线路需要很大的付出与代价。而无线网络则很容易就能定位故障，只需更换故障设备就可以恢复网络连接了。
（5）易于扩展。无线局域网的配置方式有很多种，能够很快从几个用户的小型局域网进而扩展到上千个用户的大型网络，而且能够提供节点间"漫游"等功能，而这是有线网络无法完成的。
由于无线局域网具有以上很多优点，所以其发展非常迅速。近些年来，无线局域网已经在企业、购物中心、公共交通、工厂与学校等场合得到了广泛的应用。
2.1.2 无线局域网的分类
现阶段，无线局域网主要有两种传输媒体：红外线与无线电波。根据不同的调制方式，以无线电波为传输媒体的无线局域网又能够分为扩频局域网与窄带微波局域网两种。
（1）红外线局域网
相比较而言，采用红外线通信方式可以提供的数据速率很高，安全性可靠，而且设备相对而言简单又便宜。但因为红外线对障碍物的透射与绕射能力很差，极大地限制了其传输距离与覆盖范围，通常红外线局域网的覆盖范围只限制在一间房屋内。
（2）扩频局域网
如果用扩频技术，网络可以在工业、科学与医疗频段内运行。其理论依据是：使用宽带传输信息来换取信噪比的提高。扩频通信具有很多优点，比如;抗干扰能力与隐蔽性强、多址通信能力强、保密性好等特点。扩频技术主要有跳频技术与直接序列扩频两种方式。
直接序列扩频，就是在发射端使用高速率的扩频序列对信号频谱进行扩展，而用相同的扩频码序列在接收端进行解扩，将展开的扩频信号还原为原始信号。但是，跳频技术与直序扩频技术有所不同，一个伪随机码的控制了跳频的载频，其频率根据随机规律不断地改变。接收端的频率也按照随机规律不断变化，并且保持与发射端的变化规律相同。跳频的高低直接反映了跳频系统性能的好坏，跳频越高，相对应的抗干扰性能越好，比如军用的跳频系统可达到每秒上万跳。
（3）窄带微波局域网
此无线局域网通过微波无线电频进行数据传输，其带宽恰好能够容纳信号。不过，此网络产品一般需要申请无线电频谱执照，而其它方式使用无需执照的ISM频带即可。
2.1.3 无线局域网的不足之处
一方面，无线局域网给网络用户带来方便与实用，另一方面，其也难免存在着一些不足。无线局域网的不足之处主要体现在以下几个方面：
（1）性能。无线局域网依靠无线电波进行传输。无线发射装置对这些电波进行发射，而电磁波的传输可能会受到建筑物、车辆、树木与其它障碍物的阻碍，因此，会影响网络的性能。
（2）速率。无线信道传输速率低于有线信道的传输速率。目前，对于无线局域网而言，其最大传输速率为54Mbit/s，仅仅只能在个人终端与小规模网络之中得到应用。
（3）安全性。从本质上来说，物理的连接通道对于无线电波来说是不需要建立的，无线信号是发散的。另外，从理论上说，对无线电波广播范围内的任何信号监听都是很容易的，可能造成通信信息泄漏。
目前，无线局域网技术的研究与应用，是无线通信领域甚至整个通信行业的研究热门。另外，从无线局域网的推广应用来看，网络管理、安全性、移动漫游等将成为未来的主要的研究方向。
2.2 HIPERLAN/2工作原理：
首先，移动终端对信号强度进行检测，并选择将与其建立联系的最适当的接入点。移动终端从选中的接入点中收到一个媒体接入控制号，紧接着交换链路功能并且选择合适的认证过程与加密算法以及汇聚层用于用户的通信。然后进行秘钥交换与认证，移动终端与接入点建立用户连接，此时，用户就可以进行通信了，移动终端将请求断开，这样就断开移动终端与接入点之间的所有连接。当移动终端移动到超出HIPERLAN/2的覆盖范围时，移动终端与接入点之间的连接也就断开。
2.3 HIPERLAN/2网络的特点：
摘 要
无线局域网就是无线通信技术与网络技术相结合的一种产物，凭借自身优势，使得其在很多场合得到广泛应用。而本文所研究的HIPERLAN/2网络，实际上也是一种无线网络。其原理简单来说就是通过移动终端和接入点之间的连接或者断开来实现通信，它具有传输速率高、安全可靠、节省功率等特点。
HIPERLAN/2物理层实现原理，其中包括卷积编码、维特比译码、交织解交织原理、16QAM调制解调原理、OFDM原理等。卷积编码消除随机性错误，而交织编码消除突发性错误。正交振幅调制解调，通过用两个相互独立的数字基带信号对相互正交且频率相同的两路载波信号进行双边带调制。正交频分复用通过把信道划分成若干正交子信道，在接收端采用相关技术，正交信号便能够分开，这样便减少了子信道间的相互干扰。
Hiperlan/2物理层总体框图的框架主要包括由发送部分、信道模型、接收模块、解码模块以及相关指示器组成。通过Simulink仿真进行模块调试、总体调试所得到的仿真结果分析可以看出，基本满足了任务书要求，整个系统具有较好的传输质量。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:无线网络；HIPERLAN/2；原理；调试；仿真
目录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 HIPERLAN/2网络技术 1
1.3 本文主要内容及章节安排 1
第二章 无线网络技术 2
2.1 无线网络技术简介 2
2.1.1 无线局域网的优点 2
2.1.2 无线局域网的分类 2
2.1.3 无线局域网的不足之处 3
2.2 HIPERLAN/2工作原理： 4
2.3 HIPERLAN/2网络的特点： 4
2.4 本章小结 5
第三章HIPERLAN/2物理层实现原理 7
3.1 卷积编码与Viterbi译码 7
3.1.1 卷积码编码原理 7
3.1.2 Viterbi译码 7
3.2交织解交织的原理 9
3.3 QAM调制解调的基本原理 11
3.3.1 QAM调制的基本原理 11
3.3.2 QAM调制的基本原理 14
3.4加性高斯白噪声信道 15
3.5 正交频分复用技术 15
3.5.1 OFEM简介 15
3.5.2 OFDM基本原理 16
3.5.3 基本模型 17
3.5.4 OFDM技术优缺点 18
3.6 本章小结 20
第四章 Hiperlan/2物理层接收部分设计 21
4.1 Simulink简介 21
4.2 Hiperlan/2物理层总体框图搭建 22
4.3 发送部分的封装 23
4.4 信道模型的设计 24
4.5 OFDM接收机部分的设计 27
4.6 解码部分的设计 28
4.6.1 QAM解调 28
4.6.2 分组解交织器 30
4.6.3 矩阵解交织器 31
4.6.4 维特比译码器 33
4.7 本章小结 34
第五章 仿真实现与结果分析 36
5.1 模块调试 36
5.1.1 信道模型模块 36
5.1.2 接收模块 36
5.1.3 解码模块 36
5.2 总体调试 36
5.3 仿真结果与分析 36
第六章 总结与展望 40
6.1 总结 40
6.2 展望 40
参考文献 41
致谢 43
附录一 英文文献 45
附录二 中文翻译 55
第一章 绪论
1.1 选题背景
从无线移动通信的技术发展历史来看，我们正处于第三代数字移动通信系统时代。这一时代的特点概述如下：通信频带不断加宽，数据业务所占的比重明显增加，全面向移动多媒体通信迈进。现在，无线移动通信发展体现在五大技术的发展中，这些技术的发展与应用使得无线移动通信总体走势是接入多元、网络一体与综合布局，而五大技术之一便是WLAN标准的使用。
我国现在所使用的WLAN标准主要是IEEE802.11标准，其网络的优点是具有简单、设置合理，性能典型的网络条件。而现在随着人们对数据传输提出更高的要求，IEEE802.11标准面临着挑战。一个可能的竞争对手是，HiperLAN/2标准。它承诺比目前的IEEE802.11网络有更高的数据速率，在最佳情况下，达到了高达可达54Mbit/s。 因此，我们有必要对HiperLAN/2标准进行研究。
1.2 HIPERLAN/2网络技术
作为大学最后一次作业，此次将这个选题作为自己的毕业设计，一方面是为了通过与通信有关的课题去将自己四年所学各种理论知识与技能进行综合运用以提高自我专业水平，另一方面是为了对具有极大潜力的WLAN标准协议HiperLAN/2标准有所了解以便能够更好地借鉴国外优秀技术来发展我国无线网通信技术。
我相信只要我们不断学习，对其他技术进行取其精华去其糟粕，更好地弥补自身不足，我国通信行业技术定会迎来新的发展与进步。
1.3 本文主要内容及章节安排
第一章是绪论部分，主要谈及此次选题背景及意义。第二章主要对HiperLan/2标准协议进行介绍以及对当今网络技术发展情况进行概述。第三章主要谈及HiperLan/2物理层传输所设计的各种原理，包括信道编码解码以及交织解交织、基带调制解调、正交频分复用、维特比译码等。第四章主要对HiperLan物理层接收部分各个仿真模块进行介绍。第五章对仿真结果进行分析。第六章对此次毕业设计进行总结与展望。
第二章HIPERLAN/2介绍及网络技术发展
2.1 无线网络技术简介
无线局域网就是无线通信技术与网络技术相结合的一种产物。从专业角度来说，无线局域网就是通过无线信道来完成网络设备之间的通信，并能够实现通信的移动化和个性化以及宽带化。简单的讲，无线局域网就是不采用网线，提供以太网互联功能。
2.1.1 无线局域网的优点
（1）灵活性与移动性。有线网络中，因网络的位置而限制了网络设备的安放位置，但在无线局域网中，网络设备在无线信号覆盖区域内的所有位置都可以接入网络。无线局域网的移动性是其另外一个优点，连接到无线局域网的用户能够在移动的同时与网络保持连接。
（2）安装便捷。无线局域网能够去除或者最大程度的降低网络布线的工作量，一般情况下，只要安装一个或多个接入点设备，就能够建立覆盖整个区域的局域网络。
（3）易于进行网络规划与调整。有线网络中，办公地点或网络拓扑一旦改变，也就要重新建网。而重新布线是一个高昂、耗时、浪费与麻烦的过程，不过无线局域网能够避免或减少上述情况的发生。
（4）故障定位容易。一旦有线网络出现物理故障，特别是由于线路连接不良而导致的网络中断，通常很难查明，并且检修线路需要很大的付出与代价。而无线网络则很容易就能定位故障，只需更换故障设备就可以恢复网络连接了。
（5）易于扩展。无线局域网的配置方式有很多种，能够很快从几个用户的小型局域网进而扩展到上千个用户的大型网络，而且能够提供节点间"漫游"等功能，而这是有线网络无法完成的。
由于无线局域网具有以上很多优点，所以其发展非常迅速。近些年来，无线局域网已经在企业、购物中心、公共交通、工厂与学校等场合得到了广泛的应用。
2.1.2 无线局域网的分类
现阶段，无线局域网主要有两种传输媒体：红外线与无线电波。根据不同的调制方式，以无线电波为传输媒体的无线局域网又能够分为扩频局域网与窄带微波局域网两种。
（1）红外线局域网
相比较而言，采用红外线通信方式可以提供的数据速率很高，安全性可靠，而且设备相对而言简单又便宜。但因为红外线对障碍物的透射与绕射能力很差，极大地限制了其传输距离与覆盖范围，通常红外线局域网的覆盖范围只限制在一间房屋内。
（2）扩频局域网
如果用扩频技术，网络可以在工业、科学与医疗频段内运行。其理论依据是：使用宽带传输信息来换取信噪比的提高。扩频通信具有很多优点，比如;抗干扰能力与隐蔽性强、多址通信能力强、保密性好等特点。扩频技术主要有跳频技术与直接序列扩频两种方式。
直接序列扩频，就是在发射端使用高速率的扩频序列对信号频谱进行扩展，而用相同的扩频码序列在接收端进行解扩，将展开的扩频信号还原为原始信号。但是，跳频技术与直序扩频技术有所不同，一个伪随机码的控制了跳频的载频，其频率根据随机规律不断地改变。接收端的频率也按照随机规律不断变化，并且保持与发射端的变化规律相同。跳频的高低直接反映了跳频系统性能的好坏，跳频越高，相对应的抗干扰性能越好，比如军用的跳频系统可达到每秒上万跳。
（3）窄带微波局域网
此无线局域网通过微波无线电频进行数据传输，其带宽恰好能够容纳信号。不过，此网络产品一般需要申请无线电频谱执照，而其它方式使用无需执照的ISM频带即可。
2.1.3 无线局域网的不足之处
一方面，无线局域网给网络用户带来方便与实用，另一方面，其也难免存在着一些不足。无线局域网的不足之处主要体现在以下几个方面：
（1）性能。无线局域网依靠无线电波进行传输。无线发射装置对这些电波进行发射，而电磁波的传输可能会受到建筑物、车辆、树木与其它障碍物的阻碍，因此，会影响网络的性能。
（2）速率。无线信道传输速率低于有线信道的传输速率。目前，对于无线局域网而言，其最大传输速率为54Mbit/s，仅仅只能在个人终端与小规模网络之中得到应用。
（3）安全性。从本质上来说，物理的连接通道对于无线电波来说是不需要建立的，无线信号是发散的。另外，从理论上说，对无线电波广播范围内的任何信号监听都是很容易的，可能造成通信信息泄漏。
目前，无线局域网技术的研究与应用，是无线通信领域甚至整个通信行业的研究热门。另外，从无线局域网的推广应用来看，网络管理、安全性、移动漫游等将成为未来的主要的研究方向。
2.2 HIPERLAN/2工作原理：
首先，移动终端对信号强度进行检测，并选择将与其建立联系的最适当的接入点。移动终端从选中的接入点中收到一个媒体接入控制号，紧接着交换链路功能并且选择合适的认证过程与加密算法以及汇聚层用于用户的通信。然后进行秘钥交换与认证，移动终端与接入点建立用户连接，此时，用户就可以进行通信了，移动终端将请求断开，这样就断开移动终端与接入点之间的所有连接。当移动终端移动到超出HIPERLAN/2的覆盖范围时，移动终端与接入点之间的连接也就断开。
2.3 HIPERLAN/2网络的特点：
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