802.11 調(diào)制解調(diào)技術(shù)

802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)2021/12/21802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11技術(shù)基礎(chǔ)802.11調(diào)制技術(shù)802.11展頻技術(shù)2021/12/22802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11技術(shù)基礎(chǔ)802.11常用的標(biāo)準(zhǔn)有802.11a,b,g,n802.11a:載波5GHz,物理層OFDM.802.11b:載波2.4GHz,物理層采用補碼鍵控CCK/DSSS.802.11g:載波2.4GHz,物理層CCK/DSSS,OFDM.兼容802.11b.802.11n:載波2.4GHz和5GHz,物理層OFDM+MIMO.2021/12/23802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11調(diào)制技術(shù)BPSK調(diào)制原理

差分相移鍵控（BPSK）是利用相鄰二個碼元的載波信號初始相位的相對變化來表示所傳輸?shù)拇a元。

例如，在二進制中傳輸“1”碼時，則與此碼元所對應(yīng)的載波信號初始相位相對于前一碼所對應(yīng)的載波信號初始相位有π弧度的變化;，傳輸“0”碼時，與此碼元所對應(yīng)的載波信號的初始相位相對于前一碼元所對應(yīng)的載波信號初始相位無變化（“1變0不變”）；當(dāng)然反過來也是可以的。2021/12/24802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11調(diào)制技術(shù)BPSK調(diào)試波形

2021/12/25802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11調(diào)制技術(shù)BPSK調(diào)制星座圖

2021/12/26802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11調(diào)制技術(shù)QPSK調(diào)制原理

四進制碼元又稱為雙比特碼元。它的前一信息用a代表，后一信息比特稱用b代表，雙比特碼元中兩個信息比特ab提出按照格雷碼（即反射碼）排列的。它與載波相位的關(guān)系如下表示。矢量圖如下。雙比特碼元載波相位（kj）abA方式B方式000o45o0190o135o11180o225o10270o315o0011參考相位0110參考相位000111102021/12/27802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11調(diào)制技術(shù)QPSK調(diào)制星座圖

010011102021/12/28802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11調(diào)制技術(shù)QAM調(diào)制原理

正交幅度調(diào)制(QAM,QuadratureAmplitudeModulation)是一種在兩個正交載波上進行幅度調(diào)制的調(diào)制方式。這兩個載波通常是相位差為90度(π/2)的正弦波,因此被稱作正交載波.2021/12/29802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11調(diào)制技術(shù)QAM調(diào)制實現(xiàn)函數(shù)

以16QAM為例，這里Amc和Ams為±1,±3.2021/12/210802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11調(diào)制技術(shù)QAM調(diào)制圖解

QAM調(diào)制器中I和Q信號來自一個信號源，幅度和頻率都相同，唯一不同的是Q信號的相位與I信號相差90°64QAM調(diào)制圖解2021/12/211802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11調(diào)制技術(shù)正常64QAM星座圖

2021/12/212802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11調(diào)制技術(shù)增益壓制時64QAM星座圖

2021/12/213802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11展頻技術(shù)802.11擴頻常用技術(shù)有:跳頻展頻(FHSS).直接序列展頻(DSSS).正交頻分復(fù)用(OFDM).通過技術(shù)手段,使信息在較寬的頻率帶寬中傳輸2021/12/214802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11展頻技術(shù)使用展頻技術(shù)的優(yōu)點 1.擴展傳輸頻率帶寬,減小設(shè)備電磁干擾(EMI). 2.降低電磁干擾對設(shè)備接受信號的影響.2021/12/215802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11展頻技術(shù)跳頻傳輸

跳頻，是以一種預(yù)設(shè)的準(zhǔn)隨機樣式(predeterminded,pseudorandompattern)快速變換傳輸頻率.

如圖所示。圖中的縱軸將可用頻率劃分為幾個頻槽(frequencyslot)。同樣地，時間軸也被劃分為一系列時槽(timeslot)2021/12/216802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11展頻技術(shù)跳頻傳輸

調(diào)頻可以避免設(shè)備干擾某個頻段(frequencyband簡稱band)的主要用戶.

跳頻用戶對主要用戶只會造成瞬間干擾，因為跳頻健將能量分散至較寬的頻段。同樣地，主要用戶只會影響展頻設(shè)備的某個頻槽，就像是瞬間的噪聲一般。2021/12/217802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11展頻技術(shù)跳頻傳輸

如果兩個跳頻系統(tǒng)需要共用相同頻段，可以指定不同的跳頻順序，如此便不會互相干擾。

調(diào)頻擴頻技術(shù)在802.11中基本不再使用.2021/12/218802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11展頻技術(shù)直接序列傳輸

直接序列傳輸是一種不同的展頻技術(shù)，可以通過較寬的頻段傳送信號。直接序列技術(shù)的基本運作方式，是通過精確的控制將RF能量分散至某個寬頻頻段。當(dāng)無線電載波的變動被分散至較寬的頻段時，接收器可以通過相關(guān)處理（corelationprocess）找出變動何在。下圖以比較抽象的觀點說明了直接序列的基本運作方式。2021/12/219802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11展頻技術(shù)直接序列傳輸

比起跳頻信號，經(jīng)過直接序列調(diào)制的信號比較能夠抵抗干擾。相關(guān)程序（correlationProcess）讓直接序列系統(tǒng)得以更有效率地解決窄頻干擾的問題。每個位元（bit）使用11個綴片（chips），可以容許漏失或損毀幾個綴片而不損及數(shù)據(jù)2021/12/220802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11展頻技術(shù)OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）正交頻分復(fù)用

將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個子信道上進行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾(ISI)。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個子信道上可以看成平坦性衰落，從而可以消除碼間串?dāng)_，而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。2021/12/221802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11展頻技術(shù)

OFDM，多載波調(diào)制的一種，主要思想為：將經(jīng)過BPASK,QPSK,16QAM或者64QAM調(diào)制的高速串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行的多路較低速的子數(shù)據(jù)流。然后調(diào)制到相互正交的子載波上，并行發(fā)射出去，這些子載波相互正交，頻帶可以有所重疊，不同于傳統(tǒng)的頻分復(fù)用技術(shù)。2021/12/222802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)時域上的OFDM:Sin(t)與sin(2t)是正交的，在下圖中[0,2π]的區(qū)間內(nèi)，采用最易懂的幅度調(diào)制方式傳送信號：sin(t)傳送信號a，因此發(fā)送a×sin(t)，sin(2t)傳送信號b，因此發(fā)送b×sin(2t)發(fā)送a信號的sin(t)802.11展頻技術(shù)2021/12/223802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)發(fā)送b信號的sin(2t)802.11展頻技術(shù)2021/12/224802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)三角函數(shù)系中任何不同的兩個函數(shù)的乘積在區(qū)間[-π,π]上的積分等于0.如三角函數(shù)系{1,sinx,sin2x,sin3x,sin4x……},如1*SinX或者SinX*Sin2X在[-π,π]上的積分都為0.若載波1發(fā)送的數(shù)據(jù)為A，調(diào)制在SinX上，載波2發(fā)的數(shù)據(jù)為B，調(diào)制在Sin2X上，他們是同時發(fā)送的，基站收到的數(shù)據(jù)就是ASinX+BSin2X.那么我們?nèi)绾谓獬鲚d波1發(fā)了什么呢?基站會對收到的數(shù)據(jù)乘以他調(diào)制的載波頻率積分，(Asin(X)+BSin(2X))*SINX，則由于信號是線性的，根據(jù)1,結(jié)果中就含有B的分量約掉了，我們就能解出A。802.11展頻技術(shù)2021/12/225802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)因此在信道中傳送的信號為a×sin(t)+b×sin(2t)。其中sin(t)和sin(2t)為載波，a、b為所要發(fā)射的信號，在接收端，分別對接收到的信號作關(guān)于sin(t)和sin(2t)的積分檢測，就可以得到a和b了。發(fā)送在無線空間的疊加信號a×sin(t)+b×sin(2t)802.11展頻技術(shù)2021/12/226802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)接收信號乘sin(t)，積分解碼出a信號。802.11展頻技術(shù)2021/12/227802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)接收信號乘sin(2t)，積分解碼出b信號802.11展頻技術(shù)2021/12/228802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11展頻技術(shù)流程圖2021/12/229802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)頻域上的OFDM在時域中主要討論了O(正交)是如何發(fā)揮作用的，下面主要討論FDM常規(guī)FDM的系統(tǒng)圖：常規(guī)FDM，兩路信號頻譜之間有間隔，互相不干擾802.11展頻技術(shù)2021/12/230802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)為了更好的利用系統(tǒng)帶寬，子載波的間距可以盡量靠近些?？康煤芙腇DM，實際中考慮到硬件實現(xiàn)，解調(diào)第一路信號時，已經(jīng)很難完全去除第二路信號的影響了兩路信號互相之間可能已經(jīng)產(chǎn)生干擾了802.11展頻技術(shù)2021/12/231802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)當(dāng)兩個子載波繼續(xù)靠近，靠近近到完全等同于奈奎斯特帶寬時，頻帶的利用率就達到了理論上的最大值。繼續(xù)靠近，間隔頻率互相正交，因此頻譜雖然有重疊，但是仍然是沒有互相干擾的。802.11展頻技術(shù)2021/12/232802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)對限制在[0,2π]內(nèi)的sin(t)信號，相當(dāng)于無限長的sin(t)信號乘以一個[0,2π]的矩形脈沖，其頻譜為兩者頻譜的卷積。sin(t)的頻譜為沖激，門信號的頻譜為sinc信號（即sin(x)/x信號）。沖激信號卷積sinc信號，相當(dāng)于對sinc信號的搬移。所以分析到這里，可以得出OFDM的時域波形其對應(yīng)的頻譜如下：限定在[0,2π]內(nèi)的a·sin(t)信號的頻譜，即以sin(t)為載波的調(diào)制信號的頻譜802.11展頻技術(shù)2021/12/233802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)sin(2t)的頻譜分析基本相同。需要注意的是，由于正交區(qū)間為[0,2π]，因此sin(2t)在相同的時間內(nèi)發(fā)送了兩個完整波形。相同的門函數(shù)保證了兩個函數(shù)的頻譜形狀相同，只是頻譜被搬移的位置變了：限定在[0,2π]內(nèi)的b·sin(2t)信號的頻譜，即以sin(2t)為載波的調(diào)制信號的頻譜802.11展頻技術(shù)2021/12/234802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)將sin(t)和sin(2t)所傳信號的頻譜疊加在一起，如下：a·sin(t)+b·sin(2t)信號的頻譜可以看出,在sin(t)頻譜峰值處,sin(2t)的頻譜功率為零,反之亦然.所以兩個信號的頻譜是正交的.依此類推,所有sin(Xt)函數(shù)的頻譜相互之間都是正交的.(X為整數(shù))802.11展頻技術(shù)2021/12/235802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)多個子載波相加后的時域波形：802.11展頻技術(shù)

移動疊加后的波形一個時間長度,對不同子載波的相位改變是不同的.

假如A1’相位延遲為π/8,則A2’的相位延遲為π/4……AK’的相位延遲則為π/8*k.

所以Montecarlo的項目中,我們不能簡單的移動疊加波形使得所以子載波產(chǎn)生一個相同的

相移動.而是先使子載波做相同的相位平移,再合成疊加波形.2021/12/236802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)OFDM符號長度

OFDM符號長度由兩部分組成:保護間隔與FFT積分長度. FFT積分長度為一個帶有編碼信號符號的長度,一般為64或 128.保護間隔的意義避免多徑傳輸導(dǎo)致的符號間干擾.802.11展頻技術(shù)保護間隔與循環(huán)前綴2021/12/237802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11展頻技術(shù)保護間隔與循環(huán)前綴

插入循環(huán)前綴后,當(dāng)多徑效應(yīng)造成的延遲小于循環(huán)前綴長度時.可看到各個子載波在FFT積分時間內(nèi)都是整數(shù)個.FFT積分是連續(xù)的,不會有子載波編碼間的串?dāng)_.2021/12/238802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11展頻技術(shù)保護間隔與循環(huán)前綴

多徑效應(yīng)對各個子載波產(chǎn)生相位影響.

當(dāng)以低頻子載波的180°相位出開始做該FFT積分時,在FFT積分區(qū)域內(nèi)帶有時延的高頻子載波的個數(shù)為非整數(shù)個,形成了該子載波FFT積分的非連續(xù)性.多徑效應(yīng)產(chǎn)生的高頻子載波的時延信號對低頻子載波造成了干擾.2021/12/239802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11展頻技術(shù)導(dǎo)頻和訓(xùn)練符號

導(dǎo)頻和訓(xùn)練符號的作用都是為了得到準(zhǔn)確符號同步和頻偏糾正.導(dǎo)頻

導(dǎo)頻是在一個固定的頻率上一直發(fā)已知的信號，在頻譜上看

多了一條線,是頻域上的處理. 20MHz帶寬調(diào)制導(dǎo)頻為BPSK的調(diào)制方式. 40MHz帶寬調(diào)制導(dǎo)頻為QPSK的調(diào)制方式.訓(xùn)練符號

訓(xùn)練序列就是在發(fā)送的數(shù)據(jù)幀前面含有一部分已知道的碼元 ,用于接受端的同步和信道估計,它是在時域上的處理.2021/12/240802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11展頻技術(shù)導(dǎo)頻和訓(xùn)練符號 20MHz帶寬數(shù)據(jù)幀中導(dǎo)頻與數(shù)據(jù)的分布. 0~8uS:10個相同的短時訓(xùn)練符,由12個子載波組成.

用于信號檢測,自動增益控制,符號定時,粗頻率偏差

估算. 8~16uS:一個長時訓(xùn)練符號,由兩個3.2uS的OFDM長度,兩

個0.8uS的保護間隔組成.

用于精確的偏離偏差估算和信道估算.

2021/12/241802.11調(diào)制解調(diào)技術(shù)802.11展頻技術(shù)導(dǎo)頻和訓(xùn)練符號 20MHz帶寬數(shù)據(jù)幀中導(dǎo)頻與數(shù)據(jù)的分布. 16~20uS:SIGNAL域,用于傳遞后續(xù)DATA的調(diào)制和編碼率.已

經(jīng)物理層的其他信息. 20uS~end:DA