随着互联网和移动互联网的快速发展,无线局域网面向室内外密集场景,将呈现通信速率快、覆盖无处不在、接入用户数量大、用户体验需求高的特点。传统的WLAN基于CSMA/CA的随机多址接入协议,会导致较为严重的冲突与退避,引发现有WLAN面临低信道利用率、低吞吐量、用户体验差等主要问题。基于此,IEEE成立了802.11ax工作组,将OFDMA作为下一代WLAN的物理层关键技术,并将增强OFDMA多址接入技术的研究作为MAC层关键技术。本文紧跟下一代无线局域网的研究方向,将OFDMA接入关键技术和原型系统设计作为研究重点,解决密集节点场景的信道接入和传输问题,实现更高的频谱效率和更大的区域吞吐量。论文具体研究内容及创新点如下:首先,本文介绍了下一代无线局域网场景及需求,讨论了在接入点密集、用户密集的无线环境中,传统多信道传输机制导致信道利用率迅速下降的问题,证明了引入OFDMA关键技术的必要性。深入讨论了超密集接入场景下,传统的无线局域网用户接入过程存在严重的冲突,进而使得吞吐量较低的问题,以及引入OFDMA机制保障多个用户同时进行数据传输,需解决基于OFDMA多用户并行接入的关键问题,得出了提出新型接入机制的必要性。然后,本文提出了增强OFDMA多址接入方案。该方案将传统的基于退避的单信道竞争转化为多个子信道的竞争,充分利用OFDMA可以实现多个正交子信道上不同用户数据的并行传输,从而提高通信系统频谱接入灵活性的优势。同时,本文设计了二维时频资源块随机接入机制,可以满足OFDMA的上行同步要求,确保接入点能够接收多个用户的接入请求。另外,本文面向增强OFDMA多址技术方案的实现,设计了新型帧结构。本文运用G-S网络吞吐量时延分析模型,推导增强OFDMA多址接入方案性能理论分析公式,用于评估增强多址接入方案的吞吐量、时延上限。随后通过MATLAB模拟增强OFDMA多址接入技术的接入过程及数传过程,利用仿真结果,分析在饱和网络和实际网络负载状态下,接入过程中各竞争参数对性能指标的影响。理论和仿真结果,能为增强OFDMA多址接入技术突破提供有力的支持,为该技术在下一代WLAN中的应用提供理论依据与指导。最后,为了验证OFDMA随机接入关键技术及实际性能,本文设计和实现了超高速链路及超密集高速小区的原型样机系统。在原型样机系统的整体架构设计过程中,在保持WLAN原有系统架构的同时,充分考虑未来密集场景下的特殊要求。样机系统中采用内嵌硬核ARM的FPGA开发板—ZC706,本文为其设计了增强OFDMA多址技术实现方案的体系结构与接口方案,并给出软硬件模块的详细设计方案。在原型系统的基础上,本文分析论证了增强OFDMA多址技术的优势、样机平台设计的高效性及实际应用中的可行性。