HIPERLAN2通信中数据发送部分的分析与设计
HIPERLAN2通信中数据发送部分的分析与设计[201912155301]
摘要
随着无线网络的发展以及普及，人们正越来越多的将这一项技术应于日常生活中。然而，问题随之出现：人们愈发不满足现在的网络速率，有限的带宽资源也给人们造成了一定的困扰。
本文所要介绍的HIPERLAN/2协议，就是基于目前这一现状，由欧洲电信标准化协会（ETSI）提出的一项标准。该标准具有传输速率高，安全性能好，自动分配频率，网络和应用独立，低功率等显著优点。而该协议的核心技术，即OFDM(正交频分复用)，已被广泛地应用于3G,4G通信标准之中。HIPERLAN/2协议架构分为用户平面和控制平面。用户平面即通常我们认为的应用层，而控制平面则分为物理层，数据链路层和汇聚层三个子层，其中数据链路层又包括了MAC协议，差错控制协议和无线链路控制协议。该协议物理层通信大约包含了以下几个模块：信源，信道编码，交织，基带调制，频带调制。其中，信道编码所采用的是卷积编码，交织技术则是综合运用了比特交织和块交织，基带调制选择了16-QAM的调制方式，频带调制运用了OFDM技术。
本课题在HIPERLAN/2协议的背景下，对其原理进行理解和应用，并运用SIMULINK仿真工具，参照协议的标准对系统进行设计，仿真，进而对结果作出分析。
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关键字:键字】HIPERLAN/2,物理层通信,OFDM技术,SIMULINK仿真
目录
摘要 I
ABSTRCAT II
第一章 绪论 - 1 -
1.1 课题背景 - 1 -
1.2 HIPERLAN/2技术主要特点 - 1 -
1.3 论文主要内容和章节安排 - 3 -
第二章HIPERLAN/2实现原理 - 4 -
2.1 HIPERLAN/2协议结构 - 4 -
2.2 HIPERLAN/2物理层 - 4 -
2.3 HIPERLAN/2数据链路层 - 5 -
2.3.1 MAC协议 - 5 -
2.3.2 差错控制协议 - 5 -
2.3.3无线链路控制协议 - 5 -
2.4 HIPERLAN/2汇聚层 - 6 -
第三章 HIPERLAN/2物理层通信关键技术 - 7 -
3.1 信道编码 - 7 -
3.2 交织技术 - 7 -
3.3 正交幅度调制 - 8 -
3.3.1 QAM调制原理 - 8 -
3.3.2 表示方式 - 9 -
3.4 正交频分复用 - 9 -
3.4.1 OFDM技术的发展现状 - 9 -
3.4.2 多载波调制 - 9 -
3.4.3 OFDM原理 - 10 -
3.4.4 OFDM的主要优缺点 - 13 -
第四章 基于SIMULINK平台的物理层设计 - 15 -
4.1 SIMULINK仿真平台简介 - 15 -
4.2 HIPERLAN/2物理层通信总体框图 - 15 -
4.3 卷积编码 - 16 -
4.4 比特交织和块交织 - 16 -
4.5 16-QAM模块的设计 - 17 -
4.6 正交频分复用模块 - 17 -
第五章 仿真实现和结果分析 - 19 -
5.1 分模块调试 - 19 -
5.1.1 信源调试 - 19 -
5.1.2 基带调制(16-QAM) - 20 -
5.1.3 高斯信道 - 22 -
5.1.4 OFDM技术 - 23 -
5.2 系统调试 - 25 -
5.3 仿真结果和分析 - 25 -
第六章 总结与展望 - 28 -
6.1 总结 - 28 -
6.2 展望 - 28 -
致谢 - 30 -
参考文献 - 31 -
附录：外文翻译 - 33 -
英文文献 - 33 -
中文翻译 - 40 -
第一章 绪论
1.1 课题背景
无线通信的迅速发展，多媒体应用和Internet接入的需要都刺激着无线宽带接入网络的进一步开发。第二代和第三代无线通信网改进及开发的目的就在于使网络能够提供更加高速率的传输。其中HIPERLAN/2无线局域网标准就是一例。
欧洲电信标准化协会（ETSI）不同宽带无线接入网络（BRAN）小组制定的HIPERLAN标准，主要是为各种核心宽带网络提供高速无线接入，目前已经推出了HIPERLAN/1和HIPERLAN/2两个标准。
HIPERLAN/1标准用来组建对等模式的网络。由于这个标准工作在欧洲专用频段5.1-5.3GHz上，因此没有必要采用扩频技术。但是这个协议有个致命缺陷，就是数据不能够实时传输。该缺陷促使ETSI开发能够支持异步传输，对时延要求比较高的无线局域网标准——HIPERLAN/2。
和HIPERLAN/1标准不一样的是，HIPERLAN/2标准不仅能应用于有中心的网络拓扑，而且能用于无中心的网络拓扑。HIPERLAN/2工作在5.470-5.725GHz，是第一个基于正交频分复用的高速率标准，其物理层可最高传输速率达54Mbit/s，它还能够使高速移动的终端随时接入个人中网络，具有很好的兼容性。通过鉴权，验证和加密等方法，HIPERLAN/2为接入点与节点之间的数据交换提供可靠的安全保障。
1.2 HIPERLAN/2技术主要特点
1)高速传输
HIPERLAN/2数据传输速率非常高，在物理层高达54 Mbit/s。HIPERLAN/2采用了正交频分复用(OFDM)的方法来传输信号。OFDM 在分时环境下十分有效。HIPERLAN/2在物理层之上的数据链路层采用了一种动态分时复用的方法，它使资源得到最大限度的利用。
2)面向连接的机制
HIPERLAN/2 网络中，首先在终端和接入点之间建立连接，而后再进行数据传输。这样建立的连接分为两种：点对点、点对多点。点对点是双向的，点对多点则是单向的，它是从接入点到终端的。
3)支持QOS
由于HIPERLAN/2是面向连接的，因此它支持QOS。每一个连接都能分配到一定的QOS，例如频带宽度、延时、误码率等。这个特点使得HIPERLAN/2协议能够支持多种媒体服务。
4)自动频率分配
蜂窝网需要进行手工频率编制，而在HIPERLAN/2网络中则不需要。HIPERLAN/2网络在其每个接入点的范围内能够自动选择接入。MT侦听临近的AP和其他无线信道资源，并比照已经占用的信道，从而选择恰当的无线信道，进一步减少码间串扰。
5)支持安全性
HIPERLAN/2 网络支持加密和鉴权。AP和MT可以相互鉴权。鉴权需要有一个支持函数，不在HIPERLAN/2网的范围之内进行。连接已经建立好的，可以通过加密来防止外人偷听。
6)移动性的支持
MT会自动选择和它最近的AP来接入，更确切的说MT通过监测信噪比的方法来找到最佳接入点，确保接入无线信号最好的AP。MT在移动过程中能够随时检测信号的变化。当检测到有比当前占用信道更理想的接入点时，MT能够自动切换AP，转接到新的AP上。而MT仍在HIPERLAN/2网络上，并能继续进行数据交换。如果在一段时间内MT超出了AP的覆盖范围，它将失去和AP的所有联系，与此同时，连接也将自动释放。
7)网络和应用独立
协议栈灵活是HIPERLAN/2的一大特点，也正因为如此，使得该协议的兼容性极佳。它不像802.11协议一样，只能够以以太网子网接入。HIPERLAN/2不仅能够以以太网子网接入主网，同时它也能够以第三代蜂窝网的子网接入主网。并且这种接入对于网络层以上的用户而言是完全透明的。
8)节省功率
HIPERLAN/2网络中，MT能够主动向AP发送请求，这样也是HIPERLAN/2节能的关键。在任何时刻，MT都可以向AP请求节能模式乃至休眠模式。针对不同的请求模式，可以采用不同的应对方案。
1.3 论文主要内容和章节安排
本文主要介绍了HIPERLAN/2协议的相关内容及其物理层通信的仿真。第一章对HIPERLA/2协议的起源和发展做了简要的介绍，并阐述了本课题的意义，同时也将该协议的特点一一罗列。第二章主要是针对HIPERLAN/2的实现原理，对其协议层架构进行具体的介绍和分析。第三章大致介绍了几个HIPERLAN/2物理层通信的关键技术，比如交织，OFDM技术等。第四章首先介绍了设计和仿真的工具，即SIMULINK，接着提出了一个HIPERLAN/2物理层通信的模型，并对该模型中的模块原理逐一分析。第五章在SIMULINK环境下，对上一章节设计的模型进行调试，仿真，并对结果进行分析。第六章是总结和展望部分，对本次毕业设计进行概况，并对将来的发展提出自己的看法。最后部分则是参考文献和附录。
第二章HIPERLAN/2实现原理
2.1 HIPERLAN/2协议结构
HIPERLAN/2无线接口的协议可以分成控制平面和用户平面两部分。用户平面就是我们通常所说的应用层面；控制平面就是用来控制连接的建立、释放和监控。HIPERLAN/2协议包括三个基本层：物理层PHY、数据链路控制层 DLC和汇聚层 CL。具体如图2-1所示：
图2-1 HIPERLAN/2协议结构
2.2 HIPERLAN/2物理层
HIPERLAN/2物理层采用了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术，在一些发散信道中效果尤为显著，HIPERLAN/2的信道间隔为20MHz，可以支持非常高的传输速率。每一个信道又分成52个子信道。各个子信道之间的频率间隔为312.5kHz，其中48个子信道用于传送数据 ，另外4个子信道用于提供系统同步的导频信号，这样能够很好的抑制子信道的干扰。
2.3 HIPERLAN/2数据链路层
数据链路层的主要功能有控制面的联接处理和传输及用户面的媒体访问。因此，数据链路层包括MAC协议、差错控制 协议（EC）和无线链路控制协议（RLC）三个子层。
2.3.1 MAC协议
MAC协议用于发送数据时控制对物理介质的访问。该协议能够根据其传输的需要进行上下行链路的分配，基本的MAC帧时长固定为2ms，包括广播控制信道、接入控制 信道、上下行数据传输 和随机接入。AP和MT所有数据 的传输都是有专用时隙的，不会占用其他时隙，但竞争仍是随机信道接入的一个大问题。只有广播控制的时间是不能够改变的，而其他部分的持续时间要依据当时的传输条件而定。
摘要
随着无线网络的发展以及普及，人们正越来越多的将这一项技术应于日常生活中。然而，问题随之出现：人们愈发不满足现在的网络速率，有限的带宽资源也给人们造成了一定的困扰。
本文所要介绍的HIPERLAN/2协议，就是基于目前这一现状，由欧洲电信标准化协会（ETSI）提出的一项标准。该标准具有传输速率高，安全性能好，自动分配频率，网络和应用独立，低功率等显著优点。而该协议的核心技术，即OFDM(正交频分复用)，已被广泛地应用于3G,4G通信标准之中。HIPERLAN/2协议架构分为用户平面和控制平面。用户平面即通常我们认为的应用层，而控制平面则分为物理层，数据链路层和汇聚层三个子层，其中数据链路层又包括了MAC协议，差错控制协议和无线链路控制协议。该协议物理层通信大约包含了以下几个模块：信源，信道编码，交织，基带调制，频带调制。其中，信道编码所采用的是卷积编码，交织技术则是综合运用了比特交织和块交织，基带调制选择了16-QAM的调制方式，频带调制运用了OFDM技术。
本课题在HIPERLAN/2协议的背景下，对其原理进行理解和应用，并运用SIMULINK仿真工具，参照协议的标准对系统进行设计，仿真，进而对结果作出分析。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:键字】HIPERLAN/2,物理层通信,OFDM技术,SIMULINK仿真
目录
摘要 I
ABSTRCAT II
第一章 绪论 - 1 -
1.1 课题背景 - 1 -
1.2 HIPERLAN/2技术主要特点 - 1 -
1.3 论文主要内容和章节安排 - 3 -
第二章HIPERLAN/2实现原理 - 4 -
2.1 HIPERLAN/2协议结构 - 4 -
2.2 HIPERLAN/2物理层 - 4 -
2.3 HIPERLAN/2数据链路层 - 5 -
2.3.1 MAC协议 - 5 -
2.3.2 差错控制协议 - 5 -
2.3.3无线链路控制协议 - 5 -
2.4 HIPERLAN/2汇聚层 - 6 -
第三章 HIPERLAN/2物理层通信关键技术 - 7 -
3.1 信道编码 - 7 -
3.2 交织技术 - 7 -
3.3 正交幅度调制 - 8 -
3.3.1 QAM调制原理 - 8 -
3.3.2 表示方式 - 9 -
3.4 正交频分复用 - 9 -
3.4.1 OFDM技术的发展现状 - 9 -
3.4.2 多载波调制 - 9 -
3.4.3 OFDM原理 - 10 -
3.4.4 OFDM的主要优缺点 - 13 -
第四章 基于SIMULINK平台的物理层设计 - 15 -
4.1 SIMULINK仿真平台简介 - 15 -
4.2 HIPERLAN/2物理层通信总体框图 - 15 -
4.3 卷积编码 - 16 -
4.4 比特交织和块交织 - 16 -
4.5 16-QAM模块的设计 - 17 -
4.6 正交频分复用模块 - 17 -
第五章 仿真实现和结果分析 - 19 -
5.1 分模块调试 - 19 -
5.1.1 信源调试 - 19 -
5.1.2 基带调制(16-QAM) - 20 -
5.1.3 高斯信道 - 22 -
5.1.4 OFDM技术 - 23 -
5.2 系统调试 - 25 -
5.3 仿真结果和分析 - 25 -
第六章 总结与展望 - 28 -
6.1 总结 - 28 -
6.2 展望 - 28 -
致谢 - 30 -
参考文献 - 31 -
附录：外文翻译 - 33 -
英文文献 - 33 -
中文翻译 - 40 -
第一章 绪论
1.1 课题背景
无线通信的迅速发展，多媒体应用和Internet接入的需要都刺激着无线宽带接入网络的进一步开发。第二代和第三代无线通信网改进及开发的目的就在于使网络能够提供更加高速率的传输。其中HIPERLAN/2无线局域网标准就是一例。
欧洲电信标准化协会（ETSI）不同宽带无线接入网络（BRAN）小组制定的HIPERLAN标准，主要是为各种核心宽带网络提供高速无线接入，目前已经推出了HIPERLAN/1和HIPERLAN/2两个标准。
HIPERLAN/1标准用来组建对等模式的网络。由于这个标准工作在欧洲专用频段5.1-5.3GHz上，因此没有必要采用扩频技术。但是这个协议有个致命缺陷，就是数据不能够实时传输。该缺陷促使ETSI开发能够支持异步传输，对时延要求比较高的无线局域网标准——HIPERLAN/2。
和HIPERLAN/1标准不一样的是，HIPERLAN/2标准不仅能应用于有中心的网络拓扑，而且能用于无中心的网络拓扑。HIPERLAN/2工作在5.470-5.725GHz，是第一个基于正交频分复用的高速率标准，其物理层可最高传输速率达54Mbit/s，它还能够使高速移动的终端随时接入个人中网络，具有很好的兼容性。通过鉴权，验证和加密等方法，HIPERLAN/2为接入点与节点之间的数据交换提供可靠的安全保障。
1.2 HIPERLAN/2技术主要特点
1)高速传输
HIPERLAN/2数据传输速率非常高，在物理层高达54 Mbit/s。HIPERLAN/2采用了正交频分复用(OFDM)的方法来传输信号。OFDM 在分时环境下十分有效。HIPERLAN/2在物理层之上的数据链路层采用了一种动态分时复用的方法，它使资源得到最大限度的利用。
2)面向连接的机制
HIPERLAN/2 网络中，首先在终端和接入点之间建立连接，而后再进行数据传输。这样建立的连接分为两种：点对点、点对多点。点对点是双向的，点对多点则是单向的，它是从接入点到终端的。
3)支持QOS
由于HIPERLAN/2是面向连接的，因此它支持QOS。每一个连接都能分配到一定的QOS，例如频带宽度、延时、误码率等。这个特点使得HIPERLAN/2协议能够支持多种媒体服务。
4)自动频率分配
蜂窝网需要进行手工频率编制，而在HIPERLAN/2网络中则不需要。HIPERLAN/2网络在其每个接入点的范围内能够自动选择接入。MT侦听临近的AP和其他无线信道资源，并比照已经占用的信道，从而选择恰当的无线信道，进一步减少码间串扰。
5)支持安全性
HIPERLAN/2 网络支持加密和鉴权。AP和MT可以相互鉴权。鉴权需要有一个支持函数，不在HIPERLAN/2网的范围之内进行。连接已经建立好的，可以通过加密来防止外人偷听。
6)移动性的支持
MT会自动选择和它最近的AP来接入，更确切的说MT通过监测信噪比的方法来找到最佳接入点，确保接入无线信号最好的AP。MT在移动过程中能够随时检测信号的变化。当检测到有比当前占用信道更理想的接入点时，MT能够自动切换AP，转接到新的AP上。而MT仍在HIPERLAN/2网络上，并能继续进行数据交换。如果在一段时间内MT超出了AP的覆盖范围，它将失去和AP的所有联系，与此同时，连接也将自动释放。
7)网络和应用独立
协议栈灵活是HIPERLAN/2的一大特点，也正因为如此，使得该协议的兼容性极佳。它不像802.11协议一样，只能够以以太网子网接入。HIPERLAN/2不仅能够以以太网子网接入主网，同时它也能够以第三代蜂窝网的子网接入主网。并且这种接入对于网络层以上的用户而言是完全透明的。
8)节省功率
HIPERLAN/2网络中，MT能够主动向AP发送请求，这样也是HIPERLAN/2节能的关键。在任何时刻，MT都可以向AP请求节能模式乃至休眠模式。针对不同的请求模式，可以采用不同的应对方案。
1.3 论文主要内容和章节安排
本文主要介绍了HIPERLAN/2协议的相关内容及其物理层通信的仿真。第一章对HIPERLA/2协议的起源和发展做了简要的介绍，并阐述了本课题的意义，同时也将该协议的特点一一罗列。第二章主要是针对HIPERLAN/2的实现原理，对其协议层架构进行具体的介绍和分析。第三章大致介绍了几个HIPERLAN/2物理层通信的关键技术，比如交织，OFDM技术等。第四章首先介绍了设计和仿真的工具，即SIMULINK，接着提出了一个HIPERLAN/2物理层通信的模型，并对该模型中的模块原理逐一分析。第五章在SIMULINK环境下，对上一章节设计的模型进行调试，仿真，并对结果进行分析。第六章是总结和展望部分，对本次毕业设计进行概况，并对将来的发展提出自己的看法。最后部分则是参考文献和附录。
第二章HIPERLAN/2实现原理
2.1 HIPERLAN/2协议结构
HIPERLAN/2无线接口的协议可以分成控制平面和用户平面两部分。用户平面就是我们通常所说的应用层面；控制平面就是用来控制连接的建立、释放和监控。HIPERLAN/2协议包括三个基本层：物理层
图2-1 HIPERLAN/2协议结构
2.2 HIPERLAN/2物理层
HIPERLAN/2物理层采用了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术，在一些发散信道中效果尤为显著，HIPERLAN/2的信道间隔为20MHz，可以支持非常高的传输速率
2.3 HIPERLAN/2数据链路层
数据链路层
2.3.1 MAC协议
MAC协议用于发送数据
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