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5GHz无线局域网系统模拟

发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:399

基于ieee 802.11a标准的5ghz wlan系统能在低移动性无线条件下提供比以前的系统更快的数据传输率、更好的频谱效率、改进的多径性能和更低的干扰。
  为了在5ghz wlan系统中支持高速率的数据传输,推荐采用多载波调制和正交频分多址(ofdm)。ofdm的基本原理是把高速率的数据流拆分成一些同时在若干子载波上传输的较低速率数据流,在并行子载波中用较低的数据率增加信号持续时间,从而降低多径造成的相对色散时间量(延迟扩散)。由于可在相继的ofdm信号间插入足够长的保护间距,因而几乎完全消除了信号间干扰(isi)。
  为了在wlan系统中使用ofdm,必须保持精确的频率同步和信号同步。推荐的频率同步方法是依据检测和补偿,对于发信机和收信机之间的载波频率偏移可使用数据流中的前同步码,还可用信道估计模型检测和消除延迟扩散。
  为了让用非线性元件设计的部件工作于多径信道条件的wlan系统,必须使用适合的模拟软件。本文使用的是agilent eesof eda的advanced design system 2001 5ghz wlan设计库。该设计库包括测量差错矢量幅度(evm)、互补累计分布函数(ccdf)和输出带样板的rf频谱(orfs),以测试和验证各种关键元件,例如功率放大器(pa)。
  本文主要讲述基本wlan系统,说明用于模拟关键系统元件的5ghz wlan的功能特性。以wlan功率放大器为例介绍模拟设置和结果。


ofdm信号
  图1是ofdm发信机和收信机的简化框图。输入数据从串行转换成并行,分配到子载波上,然后用bpsk、qpsk、16-qam或64-qam这些线性调制方法调制信号,所产生的ofdm信号作为调制子信号的ifft。
  接收到的信号带有相位旋转,这是由于载波频率偏移造成了信号幅度的减小。因此ofdm信号对载波频率偏移要比简单载波调制信号更敏感,频率同步也就更为重要。在图1中用于ofdm信号同步的同步功能块包括频率同步和时间同步。


突发格式
  在wlan系统中,打包的突发信号被无序发送,因此必须建立包与包之间的同步。图2示出基于ieee 802.11a的推荐包结构。从图中可看到ofdm突发实际有4个截然不同的区域。
  第1个区域是短前同步码(最初的脉冲序列),跟着是长前同步码(跟着的脉冲序列),最后是信号和数据信号,保护间隔插在各突发段之间。


频率同步
  为估计频率偏移,使用最前面的2个短前同步码,通过最大或然率算法计算发送信号和接收信号间的粗略载波频率偏移。假定用于计算相位偏移的接收信号序列为:
xk+8m , xk+8m+1 ,λ,xk+9m λ, xk+10m-1}
  这里k是计算起始点,m是在相位偏移计算中具有第8和第9短前同步码的短前同步码数。相关性可表示为:

  
  在计算了相关性r后,即可按下式确定相位偏移△θ。
  △θ= arctan(r)
  然后用下述公式确定频率偏移△f。

  
  这里t是一个短前同步码的持续时间(0.8μs)。
  为更精确估计载波频率偏移,在粗略频率偏移估计后用2个长前同步码进行精细频率偏移估计,然后demuxburst模型根据粗略和精细载波频率偏移在收信机中检测和消除载波频率偏移。
图3 用于配置wlan功率放大器测试和验证的仿真模板


图4 信号源的第2层结构


wlan仿真模型
  设计库提供数据和信号产生、信道编码、调制、突发帧和接收,以及测量的模拟模型。wlan模型的主要功能符合ieee 802.11a标准的系统要求。


仿真系统配置
  为方便用户使用,采用了层次结构和仿真模板。下面以功率放大器为例介绍仿真wlan系统。仿真的目的是测试和验证所设计的功率放大器是否符合wlan标准。图3示出为仿真用于wlan数据传输的功率放大器所建立的仿真模板。
  产生rf wlan信号的信号源块具有分层结构。用户可从图4中看到它更低层的结构。
  从图4可看到第2层中有基带源和rf调制器,可从基带源进一步深入到图5所示的第3层结构。这一层清楚地显示了如何产生wlan信号。
  为产生数据传输率为36mb/s的wlan信号,需遵循ieee 802.11a标准,特别是根据ieee std 802.11a-1999附件g,按下列步骤产生wlan信号。
  1. 使用图5中最下面支路中的w1、w2和f1,产生前同步码的短脉冲序列部分。
  2. 使用图5中第3

基于ieee 802.11a标准的5ghz wlan系统能在低移动性无线条件下提供比以前的系统更快的数据传输率、更好的频谱效率、改进的多径性能和更低的干扰。
  为了在5ghz wlan系统中支持高速率的数据传输,推荐采用多载波调制和正交频分多址(ofdm)。ofdm的基本原理是把高速率的数据流拆分成一些同时在若干子载波上传输的较低速率数据流,在并行子载波中用较低的数据率增加信号持续时间,从而降低多径造成的相对色散时间量(延迟扩散)。由于可在相继的ofdm信号间插入足够长的保护间距,因而几乎完全消除了信号间干扰(isi)。
  为了在wlan系统中使用ofdm,必须保持精确的频率同步和信号同步。推荐的频率同步方法是依据检测和补偿,对于发信机和收信机之间的载波频率偏移可使用数据流中的前同步码,还可用信道估计模型检测和消除延迟扩散。
  为了让用非线性元件设计的部件工作于多径信道条件的wlan系统,必须使用适合的模拟软件。本文使用的是agilent eesof eda的advanced design system 2001 5ghz wlan设计库。该设计库包括测量差错矢量幅度(evm)、互补累计分布函数(ccdf)和输出带样板的rf频谱(orfs),以测试和验证各种关键元件,例如功率放大器(pa)。
  本文主要讲述基本wlan系统,说明用于模拟关键系统元件的5ghz wlan的功能特性。以wlan功率放大器为例介绍模拟设置和结果。


ofdm信号
  图1是ofdm发信机和收信机的简化框图。输入数据从串行转换成并行,分配到子载波上,然后用bpsk、qpsk、16-qam或64-qam这些线性调制方法调制信号,所产生的ofdm信号作为调制子信号的ifft。
  接收到的信号带有相位旋转,这是由于载波频率偏移造成了信号幅度的减小。因此ofdm信号对载波频率偏移要比简单载波调制信号更敏感,频率同步也就更为重要。在图1中用于ofdm信号同步的同步功能块包括频率同步和时间同步。


突发格式
  在wlan系统中,打包的突发信号被无序发送,因此必须建立包与包之间的同步。图2示出基于ieee 802.11a的推荐包结构。从图中可看到ofdm突发实际有4个截然不同的区域。
  第1个区域是短前同步码(最初的脉冲序列),跟着是长前同步码(跟着的脉冲序列),最后是信号和数据信号,保护间隔插在各突发段之间。


频率同步
  为估计频率偏移,使用最前面的2个短前同步码,通过最大或然率算法计算发送信号和接收信号间的粗略载波频率偏移。假定用于计算相位偏移的接收信号序列为:
xk+8m , xk+8m+1 ,λ,xk+9m λ, xk+10m-1}
  这里k是计算起始点,m是在相位偏移计算中具有第8和第9短前同步码的短前同步码数。相关性可表示为:

  
  在计算了相关性r后,即可按下式确定相位偏移△θ。
  △θ= arctan(r)
  然后用下述公式确定频率偏移△f。

  
  这里t是一个短前同步码的持续时间(0.8μs)。
  为更精确估计载波频率偏移,在粗略频率偏移估计后用2个长前同步码进行精细频率偏移估计,然后demuxburst模型根据粗略和精细载波频率偏移在收信机中检测和消除载波频率偏移。
图3 用于配置wlan功率放大器测试和验证的仿真模板


图4 信号源的第2层结构


wlan仿真模型
  设计库提供数据和信号产生、信道编码、调制、突发帧和接收,以及测量的模拟模型。wlan模型的主要功能符合ieee 802.11a标准的系统要求。


仿真系统配置
  为方便用户使用,采用了层次结构和仿真模板。下面以功率放大器为例介绍仿真wlan系统。仿真的目的是测试和验证所设计的功率放大器是否符合wlan标准。图3示出为仿真用于wlan数据传输的功率放大器所建立的仿真模板。
  产生rf wlan信号的信号源块具有分层结构。用户可从图4中看到它更低层的结构。
  从图4可看到第2层中有基带源和rf调制器,可从基带源进一步深入到图5所示的第3层结构。这一层清楚地显示了如何产生wlan信号。
  为产生数据传输率为36mb/s的wlan信号,需遵循ieee 802.11a标准,特别是根据ieee std 802.11a-1999附件g,按下列步骤产生wlan信号。
  1. 使用图5中最下面支路中的w1、w2和f1,产生前同步码的短脉冲序列部分。
  2. 使用图5中第3

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