n协议详解.ppt

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1星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司主要内容调制技术分集技术MIMO-OFDM802.11a/b/g/n协议介绍讨论2星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司调制技术n调制技术的分类调制技术的分类按照调制信号的性质分为模拟调制和数字调制按照调制信号的性质分为模拟调制和数字调制两类两类n模拟调制模拟调制指调制信号和载波都是连续波的调制方式。

它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有调幅、调频和调相三种基本形式n数字调制数字调制一般指调制信号是离散的，而载波是连续波的一般指调制信号是离散的，而载波是连续波的调制方式。

调制方式。

3星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司各种数字调制方式各种数字调制方式nASK-又称幅移键控法。

这种调制方式是根据信号的不同，调节正弦波的幅度。

nPSK-在相移键控中，载波相位受数字基带信号的控制，如二进制基带信号为0时，载波相位为0，为1时载波相位为,载波4星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司各种数字调制方式各种数字调制方式n相位和基带信号有一一对应的关系。

相位和基带信号有一一对应的关系。

nFSK-FSK-称频移键控法称频移键控法,就是用数字信号就是用数字信号去调制载波的频率。

去调制载波的频率。

nQAM-QAM-又称正交幅度调制法。

根据又称正交幅度调制法。

根据数字信号的不同，不仅载波相位发数字信号的不同，不仅载波相位发生变化，而且幅度也变化生变化，而且幅度也变化5星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司ASK-数字幅度调制波形图6星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司频移键控原理图7星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司BPSK调制器的输出相位和时间关系8星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司QPSK-四相相移键控9星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司8PSK调制器输出相位与时间关系10星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司QAM-正交幅度调制n正交幅度调制（QAM）是数字调制的一种方式，数字信息包含在发送载波的幅度和相位内。

11星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司8QAM二进制输入8QAM输出QIC幅度相位1001011101110.765V+135度1.848V+135度0.765V+45度1.848V+45度12星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司8QAM星座图13星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司8QAM输出相位及幅度-时间关系14星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司各种调制方式带宽效率比较调制方案最小带宽（MHz）BPSKQPSK8PSK16QAM1053.332.515星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司各种数字调制方式的性能比较以下是达到以下是达到106误码率所需信噪比和每比特与能量噪声功率密度比误码率所需信噪比和每比特与能量噪声功率密度比调制调制技术技术C/N比（比（dB）Eb/N0比（比（dB）BPSKQPSK4QAM8QAM8PSK16PSK16QAM32QAM64QAM10.613.613.617.618.524.320.524.426.610.610.610.610.61418.314.517.418.816星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司n数据率调制方式编码率Ndbpsn6BPSK1/224n9BPSK3/436n124-QAM1/248n184-QAM3/472n2416-QAM1/296n3616-QAM3/4144n4864-QAM2/3192n5464-QAM3/421617星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司分集技术基本原理n分集的基本原理是通过多个信道（时间、频率或者空间）接收到承载相同信息的多个副本，由于多个信道的传输特性不同，信号多个副本的衰落就不会相同。

接收机使用多个副本包含的信息能比较正确的恢复出原发送信号。

如果不采用分集技术，在噪声受限的条件下，发射机必须要发送较高的功率，才能保证信道情况较差时链路正常连接。

n分集技术包括2个方面：

一是分散传输,使接收机能够获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号;二是集中处理,即把接收机收到的多个统计独立的衰落信号进行合并以降低衰落的影响。

因此，要获得分集效果最重要的条件是各个信号之间应该是“不相关”的。

18星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司分集方式天线分集（空间选择性）时间分集（时间频率选择性）19星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司天线分集n天线分集n空间分集：

接收机拥有很多类似的天线，每根天线为无线通信提高了一个分离的无线信道，其方向图和极化方式都是一样的n极化分集：

接收端天线极化方式不同n方向图分集：

方向图分集使用不同的方向图n发射分集：

使用多天线控制接收端所经历的衰落（闭环发送分集需要在接收端反馈信道状态）20星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司时间分集n时间分集n频率分集：

一般使用于OFDM或跳频扩频n码分集：

获得抗信道频率选择性的多个信号分支方法。

例如RAKEn时间隐分集：

克服时变信道衰落的一种方法。

如交织纠错编码、ARQ21星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司空间分集n空间分集分为空间分集发送和空间分集接收两个系统。

其中空间分集接收是在空间不同的垂直高度上设置几副天线，同时接收一个发射天线的微波信号，然后合成或选择其中一个强信号，这种方式称为空间分集接收。

接收端天线之间的距离应大于波长的一半，以保证接收天线输出信号的衰落特性是相互独立的，也就是说，当某一副接收天线的输出信号很低时，其他接收天线的输出则不一定在这同一时刻也出现幅度低的现象，经相应的合并电路从中选出信号幅度较大、信噪比最佳的一路，得到一个总的接收天线输出信号。

这样就降低了信道衰落的影响，改善了传输的可靠性。

22星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司时间分集n时间分集是将同一信号在不同时间区间多次重发，只要各次发送时间间隔足够大，则各次发送降格出现的衰落将是相互独立统计的。

时间分集正是利用这些衰落在统计上互不相关的特点，即时间上衰落统计特性上的差异来实现抗时间选择性衰落的功能。

23星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司24星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司25星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司OFDMn正交频分复用主要思想是：

将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。

正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰ISI。

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可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。

26星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司OFDMn当调制信号通过无线信道到达接收端时，由于信道多径效应带来的码间串扰的作用，子载波之间不再保持良好的正交状态，因而发送前需要在码元间插入保护间隔。

如果保护间隔大于最大时延扩展，则所有时延小于保护间隔的多径信号将不会延伸到下一个码元期间，从而有效地消除了码间串扰。

当采用单载波调制时，为减小ISI的影响，需要采用多级均衡器，这会遇到收敛和复杂性高等问题。

27星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司OFDMn在发射端，首先对比特流进行QAM或QPSK调制，然后依次经过串并变换和IFFT变换，再将并行数据转化为串行数据，加上保护间隔（又称“循环前缀”），形成OFDM码元。

在组帧时，须加入同步序列和信道估计序列，以便接收端进行突发检测、同步和信道估计，最后输出正交的基带信号。

28星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司OFDM参数在OFDM系统中我们需要确定以下参数：

循环前缀（CP）长度Tg、子载波间隔Tb和子载波数量N。

n在系统设计中即要选择一个足够的CP以防止多径衰落而引起ISI和ICI，同时要选择适当的OFDM符号长度，防止高速移动引起多普勒频移，并使信道冲激响应（CIR）至少在一个OFDM符号期间是不变的。

n循环前缀（CP）的长度决定了OFDM系统的抗多径能力和覆盖能力。

较长的CP有利于克服多径干扰，支持大范围覆盖，但系统开销也会相应增加，从而降低数据传输能力。

在实际设计中，CP长度一般取为时延扩展均方根值的24倍。

29星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司n由于OFDM系统对多谱勒频移fd和相位噪声非常敏感，所以子载波间隔（有效符号周期）选择时既不能太大也不能太小。

在进行实际系统设计时，有效符号周期一般选取为CP长度的5倍。

n子载波数量可直接利用-3dB带宽除以子载波间隔得到，或者利用系统的比特速率除以每个子载波中的比特速率（由调制类型、编码速率和符号速率决定）。

30星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司多载波发送31星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司多载波接收32星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司OFDM的特点n

（1）频谱利用率很高，频谱效率比串行系统高近一倍。

这一点在频谱资源有限的无线环境中很重要。

OFDM信号的相邻子载波相互重叠，从理论上讲其频谱利用率可以接近Nyquist极限。

n

（2）抗多径干扰与频率选择性衰落能力强，由于OFDM系统把数据分散到许多个子载波上，大大降低了各子载波的符号速率，从而减弱多径传播的影响，若再通过采用加循环前缀作为保护间隔的方法，甚至可以完全消除符号间干扰。

n（3）采用动态子载波分配技术能使系统达到最大比特率。

通过选取各子信道，每个符号的比特数以及分配给各子信道的功率使总比特率最大。

即要求各子信道信息分配应遵循信息论中的“注水定理”，亦即优质信道多传送，较差信道少传送，劣质信道不传送的原则33星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司MIMO技术背景n在实际的通信环境中，信号往往是通过周围物体的多次反射和散射才到达接收天线的，这被称为径，信号的多径传送会产生多径干扰，从而引起信号的衰落，因而一直被认为是不利信号准确传输的有害因素。

克服的方法是采用分集的方法它含有“分散”和“集合”二重含义，一方面它将载有相同信息的几路信号通过相对独立的途径（利用多发射天线）分散传输，另一方面设法将分散传输到接收点的几路信号最有效地收集起来（利用多接收天线），因为安排恰当的多副天线提供的多个空间信道，不会全部同时受到衰落，因此有降低信号电平的衰落幅度的作用，具有优化接收的含义。

34星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司MIMO技术背景35星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司MIMO系统图MIMO系统在发射端和接收端均采用多个天线和多个通道，如图3-37所示。

36星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司MIMO容量传输信息流S（k）经过空时编码形成M个信息子流，这M个子流由M个天线发送出去，经空间信道后由N个接收天线接收，多天线接收机能够利用先进的空时编码处理技术分开并解码这些数据子流，从而实现最佳处理。

MIMO是在收发两端使用多个天线，每个收发天线之间对应一个MIMO子信道，在收发天线之间形成信道矩阵H，在某一时刻t，信道矩阵如（式3-34）所示其中H的元素是任意一对收发天线之间的增益37星网锐捷通讯股份有限公司星网锐捷通讯股份有限公司MIMO容量nM个子流同时发送到信道，各发射信号占用同一个频带，因而并未增加带宽。

若各发射天线间的通道响应独立，则MIMO系统可以创造多个并行空间信道。

通过这些并行的信道独立传输信息，必然可以提高数据传输速率。

对于信道矩阵参数确定的MIMO信道，假定发射端总的发射功率为P，与发送天线的数量M无关；接收端的噪声用N*1矩阵n表示，其元素是独立的零均值高斯复数变量，各个接收天线的噪声功率均为；为