802.11 调制解调技术
802.11 调制解调技术
802.11技术基础
802.11调制技术 802.11展频技术
802.11技术基础
802.11常用的标准有802.11 a, b, g, n
802.11a: 载波5GHz, 物理层 OFDM. 802.11b: 载波2.4GHz, 物理层 采用补码键控CCK/DSSS.
调频扩频技术在802.11中基本不再使用.
802.11展频技术
直接序列传输
直接序列传输是一种不同的展频技术，可以通过较宽的频段传送信 号。直接序列技术的基本运作方式，是通过精确的控制将RF 能量分散至 某个宽频频段。当无线电载波的变动被分散至较宽的频段时，接收器可 以通过相关处理（corelation process）找出变动何在。下图以比较抽 象的观点说明了直接序列的基本运作方式。
双比特码元 a 0 0 1 1 b 0 1 1 0
o
载波相位 （ j k ）
A 方式
01
0 o 90 o 180 o 270
B 方式 o 45 o 135 o 225 o 315
01 00 11
45
00802.11调制技术
QPSK调制星座图
01
00
11
10
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OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）正交频分
复用
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，因此每个子信道上可以看成 平坦性衰落，从而可以消除码间串扰，而且由于每个子信道的带宽仅仅 是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
继续靠近，间隔频率互相正交，因此频谱虽然有重叠，但是 仍然是没有互相干扰的。
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对限制在[0,2π]内的sin(t)信号，相当于无限长的sin(t)信号乘以一个 [0,2π]的矩形脉冲，其频谱为两者频谱的卷积。sin(t)的频谱为冲激， 门信号的频谱为sinc信号（即sin(x)/x信号）。冲激信号卷积sinc信号 ，相当于对sinc信号的搬移。所以分析到这里，可以得出OFDM的时 域波形其对应的频谱如下：
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OFDM，多载波调制的一种，主要思想为：将经过BPASK, QPSK,16QAM或者64QAM调制的高速串行数据转换成并行的多路较低 速的子数据流。然后调制到相互正交的子载波上，并行发射出去，这些 子载波相互正交，频带可以有所重叠，不同于传统的频分复用技术。
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限定在[0,2π]内的b· sin(2t)信号的频谱，即以sin(2t)为载波的调制信号的频谱
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将sin(t)和sin(2t)所传信号的频谱叠加在一起，如下：
a· sin(t)+b· sin(2t)信号的频谱
可以看出, 在sin(t)频谱峰值处, sin(2t)的频谱功率为零,反之亦然. 所以两个信号的频谱是正交的. 依此类推, 所有sin(Xt)函数的频谱相互之间都是正交的. (X为整数)
导频和训练符号
导频和训练符号的作用都是为了得到准确符号同步和频偏纠正.
导频
导频是在一个固定的频率上一直发已知的信号，在频谱上看 多了一条线,是频域上的处理. 20MHz 带宽调制导频为BPSK的调制方式. 40MHz 带宽调制导频为QPSK的调制方式.
训练符号
训练序列就是在发送的数据帧前面含有一部分已知道的码元 , 用于接受端的同步和信道估计,它是在时域上的处理.
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BPSK调试波形
0变1不变
1变0不变
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BPSK调制星座图
QPSK调制原理
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四进制码元又称为双比特码元。它的前一信息用 a 代表 ，后一信息比特称用b代表，双比特码元中两个信息比特ab 提出按照格雷码（即反射码）排列的。它与载波相位的关系 如下表示。矢量图如下。
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因此在信道中传送的信号为a×sin(t)+b×sin(2t)。其中sin(t)和sin(2t) 为载波，a、b为所要发射的信号，在接收端，分别对接收到的信号作 关于sin(t)和sin(2t)的积分检测，就可以得到a和b了。
发送在无线空间的叠加信号 a×sin(t)+b×sin(2t)
限定在[0,2π]内的a· sin(t)信号的频谱，即以sin(t)为载波的调制信号的频谱
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sin(2t)的频谱分析基本相同。需要注意的是，由于正交区间为[0,2π]，因此 sin(2t)在相同的时间内发送了两个完整波形。相同的门函数保证了两个函数 的频谱形状相同，只是频谱被搬移的位置变了：
以16QAM为例，这里Amc和Ams为±1,±3.
QAM调制图解
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QAM调制器中I和Q信号来自一个信号源，幅度和频率都 相同，唯一不同的是Q信号的相位与I信号相差90°
64 QAM 调制图解
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正常64QAM星座图
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增益压制时64QAM星座图
802.11g: 载波2.4GHz, 物理层 CCK/DSSS, OFDM. 兼容802.11b.
802.11n: 载波2.4GHz 和 5GHz, 物理层 OFDM+MIMO.
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BPSK调制原理
差分相移键控（ BPSK）是利用相邻二个码元的载波信号 初始相位的相对变化来表示所传输的码元。 例如，在二进制中传输“ 1” 码时，则与此码元所对应的 载波信号初始相位相对于前一码所对应的载波信号初始相位 有 π 弧度的变化 ;，传输 “ 0” 码时，与此码元所对应的载波信 号的初始相位相对于前一码元所对应的载波信号初始相位无 变化（“1变0不变” ）；当然反过来也是可以的。
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三角函数系中任何不同的两个函数的乘积在区间[-π,π]上的积分等于 0. 如三角函数系{1,sinx,sin2x,sin3x,sin4x… …},如 1*SinX或者 SinX*Sin2X在[-π,π]上的积分都为0. 若载波1发送的数据为A， 调制在SinX上， 载波2发的数据为B，调制 在Sin2X上，他们是同时发送的，基站收到的数据就是 ASinX+ BSin2X. 那么我们如何解出载波1发了什么呢? 基站会对收到的数据乘以他调 制的载波频率积分，(Asin(X) + BSin(2X))*SINX ，则由于信号是线性 的，根据1,结果中就含有B 的分量约掉了，我们就能解出A。
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跳频传输
跳频，是以一种预设的准随机样式(predeterminded, pseudorandom pattern)快速变换传输频率.
如图所示。图中的纵轴将可用频率划分为几个频槽(frequency slot)。同样地，时间轴也被划分为一系列时槽(time slot)
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跳频传输
调频可以避免设备干扰某个频段(frequency band 简称 band)的 主要用户.
跳频用户对主要用户只会造成瞬间干扰，因为跳频健将能量分散至 较宽的频段。同样地，主要用户只会影响展频设备的某个频槽，就像是 瞬间的噪声一般。
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跳频传输
如果两个跳频系统需要共用相同频段，可以指定不同的跳频顺序， 如此便不会互相干扰。
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导频和训练符号
20MHz带宽数据帧中导频与数据的分布.
0~8 uS: 10个相同的短时训练符, 由12个子载波组成.
用于信号检测, 自动增益控制, 符号定时, 粗频率偏差 估算. 8~16 uS: 一个长时训练符号, 由两个3.2 uS 的OFDM 长度, 两 个0.8 uS的保护间隔组成. 用于精确的偏离偏差估算和信道估算.
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保护间隔与循环前缀
OFDM符号长度
OFDM符号长度由两部分组成: 保护间隔与FFT积分长度. FFT积分长度为一个带有编码信号符号的长度,一般为64或 128.
保护间隔的意义
避免多径传输导致的符号间干扰.
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保护间隔与循环前缀
插入循环前缀后, 当多径效应造成的延迟小于循环前缀长度时. 可看到各个子载波在FFT积分时间内都是整数个. FFT积分是连续的,不 会有子载波编码间的串扰.
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多个子载波相加后的时域波形：
移动叠加后的波形一个时间长度, 对不同子载波的相位改变是不同的.
假如A1’相位延迟为π/8,则A2’的相位延迟为π/4 …… AK’的相位延迟则为π/8*k. 所以Montecarlo的项目中,我们不能简单的移动叠加波形使得所以子载波产生一个相同的 相移动. 而是先使子载波做相同的相位平移,再合成叠加波形.
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保护间隔与循环前缀
多径效应对各个子载波产生相位影响. 当以低频子载波的180°相位出开始做该FFT积分时, 在FFT积分 区域内带有时延的高频子载波的个数为非整数个, 形成了该子载波 FFT积分的非连续性. 多径效应产生的高频子载波的时延信号对低频 子载波造成了干扰.
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802.11展频技术
接收信号乘sin(t)，积分解码出a信号。
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接收信号乘sin(2t)，积分解码出b信号
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流程图
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频域上的OFDM
在时域中主要讨论了O(正交)是如何发挥作用的，下面主要讨论FDM 常规FDM的系统图：