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基于IEEE802.11n的OFDM-MIMO物理层仿真

作　者: 翁母勇
导　师: 黄全亮
学　校: 华中科技大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: OFDM MIMO IEEE802.11n WLAN和无线通信系统
分类号: TN919.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


近年来,无线局域网(WLAN)技术经历了快速的发展。WLAN在5GHz和2.4GHz频段分别执行802.11a和802.11b标准,与最初的54Mbps的数据传输速率相比,执行标准后,数据传输速率可达108Mbps。在无线局域网应用方面,如HDTV(高清晰度电视)的视频流,需要的数据比特率比802.11g所支持的还要高。随着无线局域网产业的逐渐成熟,对吞吐量和性能的更高需求,也将促使链路预算和空间分集的改进技术运用到802.11g产品中。因此,针对802.11n标准,为了开发新的修正案,也就是为人所知的802.11n标准,在2003年成立了一个高吞吐量任务组。这个特殊的组命名为802.11n任务组(TGN)。成立802.11n标准是为了提高无线局域网的吞吐量,在802.11n标准修订案的初步发展时期,人们期待可能潜在的更高的吞吐量(例如:更快的下载速度)和更大的覆盖范围(距离)。在802.11n最近的草案(草案11.0)中,物理层的数据传输速率可达600Mbps。通过使用多个发射天线和多个接收天线,可以得到这么高的数据传输速率,称之为多输入多输出(MIMO)和正交频分复用(OFDM)的联合技术。为了得到比单天线系统大得多的吞吐量(单天线系统2倍或4倍的吞吐量),以及根据环境得到更大的信号接受范围,802.11n标准使用了空分复用(SDM)、发射波束形成、空时编码(STBC)和MIMO技术。在针对802.11n物理层近一年的研究时间里,我学到了许多应用在802.11n中的新技术。在早期的802.11g标准中,最主要的技术是OFDM技术,OFDM的优点是易于实现,而且有效地使用频率资源,很好地解决了选择性衰落效应问题。在802.11n草案中,最大的优势是将OFDM和MIMO技术联合起来,得到了很高的频谱利用率,并且增大了吞吐量。在发射端,OFDM-MIMO系统同时通过多个天线传输独立的OFDM调制数据。在接收端,经过OFDM解调后,MIMO对每个子信道的数据进行解码,并且在所有的子信道上,通过相应的传输天线来提取数据。这些技术可以分为两部分。针对吞吐量的技术有:星座映射(M_QAM)、码率、空间流和信道带宽。针对可实行性和性能方面的技术有:前向纠错(FEC),OFDM,空时分组码和波束形成。结合802.11n物理层的理论,本文使用MATLAB里的Simulink做了一系列的仿真。通过仿真的结果可以得到接收信号的波形和信号空间位置,并且仿真了基于信道性能的数据传输速率,还仿真了在不同系统下,误比特率(BER)、误包率(PER)和吞吐量的差别。此外,针对仿真结果的分析和对比,本文给出了关于WLAN系统的一些结论。

全文目录


ACKNOWLEDGEMENTS  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
List of figures  10-12
List of tables  12-13
Acronyms  13-16
Preface  16-17
Chapter 1 Introduce history of IEEE 802.11n  17-22
  1 Introduction  17-22
    1.1 History of IEEE 802.11 Standards to Date  17-20
    1.2 Modifications to 802.11 Standard with 11n Amendment  20-22
Chapter 2 MIMO techniques  22-47
  2 MIMO techniques  22-47
    2.1 TGn Channel Models  22-34
      2.1.1 Cluster Modeling  23-25
      2.1.2 MIMO Channel Model  25-26
      2.1.3 Channel Tap Matrices  26-29
      2.1.4 Antenna Correlation Modeling  29-32
      2.1.5 Modeling Doppler Components  32-34
    2.2 MIMO Signal Processing Techniques  34-47
      2.2.1 Spatial-Division Multiplexing (SDM)  34-36
      2.2.2 MIMO Detection  36-37
      2.2.3 Space-Time Block Coding  37-41
      2.2.4 Transmit Beamforming  41-43
      2.2.5 MIMO Channel Estimation  43-47
Chapter 3 Simulation IEEE 802.11n PHY Layer  47-78
  3 Simulation IEEE802.11n PHY Layer  47-78
    3.1 Introduction Simulink  47-49
      3.1.1 Tool for Model-Based Design  47-48
      3.1.2 Tool for Simulation  48
      3.1.3 Tool for Analysis  48
      3.1.4 Simulink Interacts with MATLAB（?） Environment  48-49
    3.2 Simulink PHY of 802.11n  49-66
      3.2.1 Data source  49
      3.2.2 Transmitter  49-57
      3.2.3 Channel  57-58
      3.2.4 Receiver  58-64
      3.2.5 Setting  64
      3.2.6 Display  64-66
    3.3 Running Simulation and results  66-78
      3.3.1 Introduce parameter inputs  66
      3.3.2 Scenario 1: Simulation waveforms in different Spatial Streams  66-72
      3.3.3 Scenario 2: Simulation Adaptive M-QAM modulation  72-75
      3.3.4 Scenario 3: Simulation Space Time Block Coding (STBC)  75-76
      3.3.5 Scenario 4: Simulation Beamforming  76-78
Chapter 4 Conclusion and Recommendation  78-81
  4.1 Summary  78-79
  4.2 Recommendation for future works  79-81
References  81-84
Appendix  84-86

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 数据通信 > 数据传输技术
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