802.11n无线网络跨层优化系统关键技术研究

摘要

伴随着移动通信和宽带无线接入的迅猛发展，高带宽、高性能已成为未来移动通信发展的趋势。目前第二、三代移动通信系统提供的传统服务已经不能满足未来用户对业务多样化的需求，为了提高移动通信系统的数据传输率，我们势必要研究新一代无线通信系统关键技术，提高数据传输能力，增大系统覆盖范围。
　　 以IEEE802.11n为代表的WLAN以其高灵活性、紧急状况下的健壮性被广泛应用，它具有传输距离长、速度快的优势，可以满足用户运行大量占用带宽的网络操作。因此本文选择以IEEE802.11n环境下的无线通信关键技术作为研究对象。
　　 首先，考虑到无线通信环境的时变特性，本文给出了一种基于IEEE802.11n网络的跨层优化系统模型，并将链路性能感知算法应用于IEEE802.11n系统跨层优化模块中，既解决了无线传输系统与时变的无线信道之间的匹配问题，更是简化了系统模型，大大减小了计算量和复杂度，使得系统整体性能得到了优化，也为后续的研究、仿真和分析奠定了基础。
　　 随后，在实际的通信系统中，IEEE802.11n为了保证与IEEE802.11a/b/g的后向兼容，采用了混合格式高吞吐量分组结构，在传统的802.11a前导码后增加了混合格式高吞吐率训练字段，因此，根据该分组格式的特点，本文研究了IEEE802.11n环境下的时间同步技术，针对帧同步技术和精确定时同步技术作了相应的改进，并应用于IEEE802.11n跨层优化系统仿真中。
　　 最后，本文深入研究了IEEE802.11n环境下的TxBF（TransmissionBeamforming，传输波束成形）技术，TxBF技术是IEEE802.11n标准中的关键技术，可以有效改善等效接收信道状况，从而增加系统容量，获得阵列增益、复用增益和分集增益。本文通过IEEE802.11n波束成形基本模型简要阐述了波束成形技术的原理，并详细描述了常用的波束成形信道分解算法，即SVD算法和QRS算法，通过IEEE802.11n跨层优化系统仿真平台进行了相应的仿真和比较分析。紧接着，分别描述了SDT/SDC系统、EGT/EGC系统和MRT/MRC系统的原理，并在MRT/MRC系统的基础上考虑了一种简单易行的改进算法，通过仿真一一实现并比较其性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 移动通信发展概述

1．2 IEEE 802.11n发展前景

1．3 无线通信系统的跨层设计

1．4 无线通信关键技术简介

1．4．1 OFDM技术

1．4．2 MIMO技术

1．4．3 时间同步技术

1．4．4 波束成形技术

1．5 本文的研究内容及结构安排

第二章 MIMO-OFDM技术

2．1 MIMO技术

2．1．1 MIMO技术概述

2．1．2 MIMO信道基本模型

2．1．3 MIMO系统分集技术

2．2 OFDM技术

2．2．1 OFDM技术基本原理

2．2．2 OFDM系统基本模型

2．2．3 OFDM技术优缺点

2．3 IEEE 802.11n MIMO-OFDM系统

2．3．1 MIMO-OFDM系统基本模型

2．3．2 IEEE 802.11n混合格式高吞吐率分组结构

2．3．3 IEEE 802.11n发射机模型

2．3．4 IEEE 802.11n MIMO-OFDM接收机模型

2．4 本章小结

第三章 IEEE 802.11n跨层优化系统研究

3．1 无线通信系统跨层优化设计

3．1．1 无线通信系统跨层设计的基本模型

3．1．2 无线通信系统跨层设计机制

3．2 IEEE 802.11n系统的跨层优化设计

3．2．1 IEEE 802.11n无线通信系统的跨层优化模型

3．2．2 RBIR链路性能感知算法

3．3 IEEE 802.11n跨层优化系统链路级仿真

3．3．1 IEEE 802.11n跨层抽象模型

3．3．2 20MHz带宽下的链路级仿真

3．3．3 40MHz带宽下的链路级仿真

3．4 本章小结

第四章 IEEE 802.11n跨层优化系统下同步算法研究

4．1 IEEE 802.11n MIMO-OFDM系统同步流程

4．2 帧同步算法

4．2．1 已有的帧同步算法

4．2．2 针对IEEE 802.11n系统改进的帧同步算法

4．3 精确定时同步算法

4．3．1 已有的精确定时同步算法

4．3．2 针对IEEE 802.11n系统改进的精确定时同步算法

4．4 基于训练序列的频偏估计算法

4．5 本章小结

第五章 IEEE 802.11n跨层优化系统下波束成形算法研究

5．1 IEEE 802.11 n系统中波束成形技术

5．1．1 波束成形技术概述

5．1．2 IEEE 802.11n MIMO-OFDM波束成形系统基本模型

5．1．3 IEEE 802.11n MIMO-OFDM系统下CSI反馈

5．2 IEEE 802.11n跨层优化系统中信道分解算法

5．2．1 SVD算法

5．2．2 ORS算法

5．2．3 仿真结果及分析

5．3 IEEE 802.11n跨层优化系统中收发波束成形技术

5．3．1 SDT/SDC波束成形系统

5．3．2 EGT/EGC波束成形系统

5．3．3 MRT/MRC波束成形系统

5．3．4 改进的收发波束成形系统

5．3．5 仿真结果及分析

5．4 本章小结

全文总结及展望

致谢

参考文献

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