低密度校验码与无线局域网研究

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随着人们对宽带无线通信需求的不断增加,无线局域网技术已迅速地发展成为计算机网络中一个至关重要地组成部分,其应用领域也在飞速地扩大。IEEE 802.11无线局域网标准的制定成功和不断改进,使无线技术摆脱了过去互不兼容的状态,从而能为无法采用有线系统安装的领域提供可靠地、移动的网络互连方案。 Gallager于1962年发明了低密度校验(LDPC)码。LDPC码定义在稀疏校验矩阵上,有许多种构造方法。仿真结果表明,利用迭代概率译码算法时LDPC码非常接近Shannon限,其性能与Turbo码相当但复杂度更低且没有误码平台问题。 OFDM(正交频分多路复用)是一种特殊的多载波调制技术,由于它使用一系列低速子载波并行传输数据,使得传输速率得到大幅度提高。1998年7月,OFDM技术正式被IEEE标准组确定为IEEE802.11a物理层调制方法,使得无线局域网数据传输速率由6Mbps提高到54Mbps,性能得到明显改善。同时该标准是第一个将OFDM技术应用于包传输通信中的IEEE标准。 此外,OFDM还易于结合空时编码、分集、干扰抑制以及智能天线等技术,最大程度地提高物理层传输的可靠性。如果再结合自适应调制、自适应编码、动态子载波分配以及动态比特分配算法等技术,OFDM性能可得到进一步优化。基于LDPC码的空时编码利用无线信道的空间分集和选择性衰落分集,大大提高系统的性能和容量。 无线局域网的性能不仅与物理层有关,而且与MAC层的支持是密切相关的。本文在MAC层部分首先对MAC层的CSMA/CA机制的性能进行了讨论和仿真结果分析。在此基础上,重点讨论了无线局域网的QoS实现方法:基于优先级机制和基于资源公平性分配机制。仿真结果分析发现,优先级机制造成了网络资源的不公平分配,低优先级的站点容易出现“干渴”现象。本文在资源公平性分配机制的基础上提出了一种算法,通过估计站点当前所获得的网络资源状态,动态地改变AIFS的大小,实现网络资源的公平性分配,并进行了仿真验证。 结合“现场总线设备中的无线通信模块关键技术研究”863课题,本文主要研究OFDM无线局域网的物理层基带部分相关技术,包括无线局域网中OFDM接收机部分的同步、纠错码等,以及MAC层中的退避算法和QoS的实现方法。 本文的主要内容安排如下: 第一章 简单介绍低密度校验码、OFDM以及无线局域网标准的MAC层。 第二章 分析了各种因素对OFDM相干解调的影响,提出了一种IEEE802.11a OFDM基带系统的载波频偏综合估计算法,并给出性能仿真结果和分析。 第三章 低密度校验码的优异性能及其在信息可靠传输中的良好应用前景已引起世界各国学术界和IT业界的高度重视,成为当今信道编码领域最瞩目的研究热点。摘要 LDPc码在许多情况一F将取代turbo码、卷积码的趋势己很明显。本章介绍了 LDPC码的历史、编译码算法、以及作为物理层中的前向纠错码的性能仿真, 最后给出一些讨论结果。第四章多输入多输出(MIMO)的多天线系统能大大地增加系统容量,是满足人们对 高速、宽带无线通信需求的一个发展方向。本章介绍了Samsung电子公司的 LDPc码,提出了LDPc码应用于基于sVD的多天线wLAN中,并且作了仿 真和分析,最后对存在的一些问题作了讨论。第五章对MAC层的CSMA/CA机制的性能进行了讨论,提出了一种增强的退避算法 和仿真结果分析。第六章讨论了无线局域网的Qos实现方法,在资源公平性分配机制的基础上提出了一 种算法。第七章对研究工作做出总结,分析不足以及可能的改进方法。同时,对低密度校验码 和无线局域网技术今后的发展作出了展望。关键词:低密度校验(LDPC)码,无线局域网(WLAN),正交频分复用(OFDM),载波监听多路访问/冲突防止(CSMA/CA),服务质量(QoS)
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