035 基于ＡＲＭ的数据采集与模糊控制系统设计样本
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本系统开发工具：单片机/汇编
本设计包含内容：毕业论文+开题报告+答辩稿
论文大概：
 
 

 

 

1 引言
信息技术的飞速发展,使得人们对网络通信的需求也随之不断提高,希望打破不同的地域或客观条件的制约,能够“实现任何人（Whoever）在任何时候（Whenever）的任何地方（Wherever）对于任何人（Whomever）进行任何方式（Whatever）的通信”的目标。作为个人通信的一个重要的组成部分,无限局域网已经掀起了移动计算的新浪潮,在现实及未来的社会生活中将得到广泛的应用。WLAN的主要应用范围有：
•在移动工作环境下,向移动计算机用户提供访问信息网络资源的服务；
•应用于临时组网和难以布线的场合,如灾难回复、短时间的商用系统和大型会议；
•可作为有线局域网的无线延伸（补充）,也可以作为LAN的无线互连（替代）；
数字通信中,WLAN的传输信道是变参信道,它不仅会引起随机错误,也会造成突发错误。随机错误的特点是码元之间的错误相互独立,即每个码元的错误概率与它前后码元的错误与否是无关的,随机错误一般发生在带有高斯白噪声（AWGN）的信道中,如一般情况下的微波信道。突发错误则不然,一个码元的错误往往影响前后码元的错误概率。或者说,一个码元产生错误,则后面几个码元都可能发生错误。所以由于传输特性不理想及各种干扰和噪声影响,将产生传输差错。通过信道编码这一环节,对信道进行相应的处理,使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力,可极大地避免信息传送中误码的发生。误码的处理技术有纠错、交织、线性内插等。而交织正是本设计的关键所在。由于在陆地移动通信信道上,大多数误码的产生并非是随机离散的,而可能是长突发形式的成串错误比特。采用交织技术的目的就是误码离散化,使突发差错变为随机差错,接收端纠正随机离散差错,能够改善整个数据序列传输质量。其思路是将需传输不同时段的信息码交错排列,传到接收端后恢复原排列,则传输过程中的集中误码,在被恢复的接收序列中将变为分散误码。
本设计有关的知识为通信原理、信道编码、交织与解交织。
2 1  无线网络概述
2.1 1.1 无线局域网的含义
顾名思义,无线局域网（Wireless Local Area Nerwork,WLAN）就是在局部区域以无线（No Wire or Wireless）媒体或介质(Medium)进行通信的无线网络。这是广义的概念,实际上,无线局域网有着丰富的内涵。
无线网络是利用无线电波而非线缆来实现计算机设备与位置无关的网络数据传送的系统。它是一种灵巧的数据传输系统,是从有线网络系统自然延伸出来的技术,使用无线射频(RF)技术通过电波收发数据,减少使用电线连接。无线网络技术正在改变人们的种种观念,越来越多的人加入到无线网络的生活中,无线技术正在改变着人们传统的工作学习和生活方式。未来的发展,使得用户不管是在办公室、家里、学校、还是在旅途中,都需要始终同其他人保持联系,以获取所需的信息。
2.2 1.2 无线局域网的特点
无线局域网利用空中的电磁波（Airwave）代替传统的缆线进行信息传输,可以作为传统有线网络的延伸（Extend）、补充（Complementary）或代替（Alternate）。相比较而言,无限局域网具有以下许多优点：
（1） 移动性（Mobility）
“无线”就意味着可能移动,无线局域网的明显优点是提供了移动性。通信范围不再受环境条件的限制,这样就拓宽了挽留传输的地理范围。在有线局域网中,两个站点的距离在使用铜缆时被限制在500m内,即使采用单模光纤也只能达到3km,而无线局域网中两个站点间的距离目前可达到50km。无线局域网系统能够为用户提供实时的无处不在（Ubiquitous）的网络接入功能,是用户可以很方便地获取信息。
移动性分为用户移动和用户设备移动两类。在无线局域网中,无线局域网设备地移动又可分为不移动或固定（Fixed）、半移动（Nomadic）或便携式（Portable）移动和全移动（Mobile）。半移动式指设备可在网内移动,但只能在静止状态下与网络进行通信。全移动式指设备可在移动状态下保持与网络的通信,即“动中通”,它还可细分为慢速移动和快速移动。目前的无线局域网系统一般只支持固定、半移动和慢速移动。
此外,从网络层次上讲,移动又分为链路层移动和网络层移动。链路层移动有称为越区切换（Handoff）或散步（Walking）,网络层移动也称为漫游（Roaming）。
（2） 灵活性（Flexibility）
安装容易,使用简便,组网灵活,无线局域网可以将网络延伸到线缆无法连接的地方,并可方便地增减、移动和修改设备。无线局域网地组网方式灵活多样,可以通过基础结构（Infrastructure）接入骨干网（Backbone）,也可以自组网（Ad Hoc）；可以组成单区网和多区网,还可以在不同网间进行移动。
（3） 可伸缩性（Scalability）
在适当的位置或添加接入点（Access Point）或扩展点（Extend Point）,就可以满足扩展组网的需要。
（4） 经济性（Saving）
无线局域网可用与物理布线困难或不适合进行物理布线的地方,如危险区和古建筑等场合,节省了缆线及其附件的费用；省去了布线工序,可快速组网,可以节省人员费用,并能将网络快速投入使用,提供了经济效益；对于临时需要网络的地方,无线局域网可以低成本地快速实现；对于需要频繁重新不行或更换地方地场合,无线局域网可以节省长期费用。
2.3 1.3 无线局域网地历史与发展
无线局域网的产生与发展与计算机的应用形态密切相关,而计算机技术的发展可大致分为三个阶段,即大型机联网阶段、微型机联网阶段和移动计算网络阶段。
最早出现的无线局域网可认为事夏威夷大学于1971年开发出的、基于封包式技术的AlohaNet,它采用无线电台代替电缆线的原因式为了克服由于地理环境因素而造成的布线困难。
1979年,瑞士IBM Rueschlikon实验室的Gfeller,首先提出了无线局域网的概念,它采用红外作为传输媒体,用以解决生产车间里的布线困难,避免大型机器的电磁干扰。但是由于传输速率小于1Mb/s而没有投入使用。
1980年,加利福尼亚（California）惠普实验室（HP Palo Alto Labs）的Ferrert,从事了一个真正意义上的无限局域网项目的研究。在这个项目中,传输媒体为900MHz频段的无线电波,用声表明波器件（SAW Devices）实现了直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum）调制,传输速率可达100kb/s,MAC层的接入方式为载波监听多址接入（CSMA）,这就是现有的IEEE 802.11系列标准中MAC协议的基础。
（1） 第一代无线局域网
1985年,FCC颁布的电波法规为无线局域网的发展扫清了道路。它为无线局域网系统分配了两种频段:一种是专用频段,这个频段避开了比较拥挤的用于蜂窝电话和个人通信服务的1～2GHz频段,而采用更高的频率；另一种是免许可证的频段,只有是ISM频段,它在无线局域网的发展历史上发挥了主要作用。
（2） 第二代无线局域网
20世纪80年代末期,IEEE 802委员会在IEEE 802.4L任务组下开始了无线局域网的标准化工作,并与1990年7月在接受了NCR公司的“CSMA/CD无线媒体标准扩充”的提案,成立了独立的IEEE802任务组,负责制定无线局域网物理层及媒体访问控制（MAC）协议的标准。1991年5月,IEEE 发起成立了无线局域网的专题研究小组,并在马基若赛的伍斯特举行了第一次关于IEEE802.11的专题会议。1997年6月26日,IEEE802.11标准制定完成,并于1997年11月26日发布。
（3） 第三、四代无线局域网
IEEE802.11任务组的研究进展比计划的要慢,而在1992年,由苹果公司领导成立了一个叫WINForum的工业联盟组织,并最终从FCC处获得了用于个人通信系统的1.890～1.930GHz频段的20MHz带宽,进行语音的同步传输和数据的异步传输。同时,欧洲也成立了关于高速无线局域网（HiperLAN）的标准化组织,它获得了5.15～5.35GHz和17.1～17.3GHz两个200MHz频段。由于IEEE 802.11速率最高只能达到2Mb/s,在传输速率上不能满足人们的需要,因此在不断研究后于1999年9月又提出了IEEE802.11a和IEEE802.11b标准,传输速率分别可达54Mb/s和11Mb/s。2002年通过了IEEE802.11g标准,它允许通过的最大传输速率为54Mb/s,但仍工作于2.4GHz频段,与IEEE802.11b标准兼容。同时,HiperLAN－2标准也已制定完成,与IEEE802.11a类似,工作与5GHz频段,最大传输速率为54Mb/s。其中,符合IEEE802.11b标准的产品已经较为普及,可以将它归为第三代无线局域网产品；而将符合IEEE802.11a、HiperLAN 2和IEEE802.11g标准的产品称为第四代无线局域网产品。
2.4 1.4 无线局域网的发展趋势
无线局域网有很多局限性,前面几代无线局域网的发展,主要体现在带宽或传输速率的提高上。从标准上看,主要是在物理层的改进或扩充方面,如IEEE802.11的最大传输速率只有1～2Mb/s,可以采用红外线方式、直接序列扩频方式或调频（FH）方式；IEEE802.11b的最大传输速率有11Mb/s,采用直接序列扩频方式,并与IEEE802.11兼容；IEEE802.11a、IEEE802.11g及HiperLAN 2的最大传输速率可达54Mb/s。
在克服无线局域网其他局限性方面也得到了相应的完善和发展,这些就分别体现在许多标准草案上。以下为无线局域网的研究现状和发展趋势：①宽带化；②移动性支持；③多媒体保证；④安全性；⑤可靠性；⑥小型性；⑦大覆盖；⑧节能；⑨经济性。
2.5 1.5 无线局域网的拓扑结构
WLAN有两种主要的拓扑结构,即自组织网络（也就是对等网络,即人们常称的Ad-Hoc网络）和基础结构网络（Infrastructure Network）。
（1）分布对等式网络
分布对等式网络是一种独立（Independent）的BSS（Basic Service Set）（IBSS）,它至少有两个站。它是一种典型的、以自发方式构成的单区网。在可以直接通信的范围内,IBSS中任意站之间可直接通信而无需AP转接,如图1－1所示。由于没有AP,站之间的关系是对等的（Peer to Peer）、分布式的或无中心的。由于IBSS网络不需要预先计划,随时需要随时构建,因此该工作模式被称做特别网络或自组织网络,各站点竞争公用信道。当站点数过多时,信道竞争成为限制网络性能的要害。因此,比较适合与小规模、小范围的WLAN系统。

 

 

 

                    图1－1 分布对等式网络结构
这种网络的显著特点是受时间与空间的限制,而这些限制使得IBSS（Independent Basic Service Set）的构造与解除非常方便简单,以至与网络设备中的非专业户也能很好地操作。也就是说,除了网络中必备的STA（Station）之外,不需要任何专业的技能训练或花费更多的时间及其额外资源。IBSS结构简单,组网迅速,使用方便,抗毁性强,多用于临时组网和军事通信中。
（2）基础结构集中式网络
在WLAN中,基础结构（Infrastructure）包括分布式系统媒体（DSM）、AP和端口实体。同时,它也是ESS的分布和综合业务功能的逻辑位置。一个基础结构DS外,还包含一个或多个AP及0个或多个端口。因此,在基础结构WLAN中,至少要有一个AP。只包含一个AP的单区基础结构网络如图1－2所示。AP是BSS的中心控制站,网中的站在该中心站的控制下与其他站进行通信。

 

 

图1－2 基础结构集中式网络结构
与IBSS相比,基础结构BSS的抗毁性较差,如果AP遭到破坏,则整个BSS就会瘫痪。此外,作为中心的AP的复杂度较大,实现成本也比较昂贵。
在一个基础结构BSS中,如果一个站要想与同一BSS内的另一个站通信,必须经过源站到AP和AP到宿站的两跳（Hop）过程并由AP进行转接。虽然这样会需要较多的传输容量,增加了传输时延,但比各站直接通信有以下许多优势：
（1） 基础结构BSS的覆盖范围或通信距离由AP确定。
（2） 由于各站不需要保持邻居关系,其路由的复杂性和物理层的实现复杂度较低。
（3） AP作为中心站,控制所以站点对网络的访问,当网络业务量增大时网络的吞吐性能和时延的恶化并不剧烈。
（4） AP可以很方便地对BSS内地站点进行同步管理、移动管理和节能管理等,即可控性（Controllability）好。
（5） 入DS或骨干网提供了一个逻辑接入点,并有较大地可伸缩性（Scalability）。
2.6 1.6 无线局域网的物理层关键技术
随着无线局域网技术的应用日渐广泛,用户对数据传输速率的要求越来越高。但是在室内,这个较为复杂的电磁环境中,多经效应、频率选择性衰落和其他干扰源的存在使得实现无线信道中的高速数据传输比有线信道中困难,WLAN需要采用合适的调制技术。
无线局域网络是一种能支持较高数据传输速率（1-54Mbit/s）,采用微蜂窝,微微蜂窝结构的自主管理的计算机局域网络。其关键技术大致有三种：DSSS、CCK技术,和 PBCC,和OFDM。每种技术皆有其特点,目前,扩频调制技术正成为主流,而OFDM技术由于其优越的传输性能成为人们关注的新焦点。
（1）DSSS调制技术
基于DSSS的调制技术有三种。最初IEEE802.11标准制定在1Mbps数据速率下采用DBPSK。如提供2Mbps的数据速率,要采用DQPSK,这种方法每次处理两个比特码元,成为双比特。第三种是基于CCK的QPSK,是11b标准采用的基本数据调制方式。它采用了补码序列与直序列扩频技术,是一种单载波调制技术,通过PSK方式传输数据,传输速率分为1,2,5.5和11Mbps。CCK通过与接收端的Rake接收机配合使用,能够在高效率的传输数据的同时有效的克服多径效应。IEEE802.11b使用了CCK调制技术来提高数据传输速率,最高可达11Mbps。但是传输速率超过11Mbps,CCK为了对抗多径干扰,需要更复杂的均衡及调制,实现起来非常困难。因此,802.11工作组,为了推动无线局域网的发展,又引入新的调制技术。
（2）PBCC调制技术
PBCC调制技术是由TI公司提出的,已作为802.11g的可选项被采纳。PBCC也是单载波调制,但它与CCK不同,它使用了更多复杂的信号星座图。PBCC采用8PSK,而CCK使用BPSK/QPSK；另外PBCC使用了卷积码,而CCK使用区块码。因此,它们的解调过程是十分不同的。PBCC可以完成更高速率的数据传输,其传输速率为11,22和33Mbps。
（3）OFDM技术
OFDM技术是一种无线环境下的高速多载波传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的,而OFDM技术的主要思想：就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制,并且各子载波并行传输,从而有效的抑制无线信道的时间弥散所带来的ISI。这样就减少了接收机内均衡的复杂度,有时甚至可以不采用均衡器,仅通过插入循环前缀的方式消除ISI的不利影响。
由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交,于是它们的频谱是相互重叠的,这样不但减小了子载波间的相互干扰,同时又提高了频谱利用率。（如图1.5所示）在各个子信道中的这种正交调制和解调可以采用IFFT和FFT方法来实现,随着大规模集成电路技术与DSP技术的发展,IFFT和FFT都是非常容易实现的。FFT的引入,大大降低了OFDM的实现复杂性,提升了系统的性能。（如图1.6所示OFDM发送接收机系统结构）

 

 

图1－5 FDM信号与OFDM信号频谱比较
无线数据业务一般都存在非对称性,即下行链路中传输的数据量要远远大于上行链路中的数据传输量。因此无论从用户高速数据传输业务的需求,还是从无线通信自身来考虑,都希望物理层支持非对称高速数据传输,而OFDM容易通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率。
由于无线信道存在频率选择性,所有的子信道不会同时处于比较深的衰落情况中,因此可以通过动态比特分配以及动态子信道分配的方法,充分利用信噪比高的子信道,从而提升系统性能。由于窄带干扰只能影响一小部分子载波,因此OFDM系统在某种程度上抵抗这种干扰。

 

 

图1－6 OFDM系统结构框图
另外,同单载波系统相比,OFDM还存在一些缺点,易受频率偏差的影响,存在较高的PAR。OFDM技术有非常广阔的发展前景,已成为第4带移动通信的核心技术。IEEE802.11a/g标准为了支持高速数据传输都采用了OFDM调制技术。目前,OFDM结合时空编码、分集、干扰（包括符号间干扰ISI和邻道干扰ICI）抑制以及智能天线技术,最大程度的提高物理层的可靠性。如再结合自适应调制、自适应编码以及动态子载波分配、动态比特分配算法等技术,可以使其性能进一步优化。
3 2  无线局域网802.11a标准
3.1 2.1 IEEE802.11系列标准
（1）最初的经典：IEEE802.11
IEEE802．11标准于1997年6月公布,是第一代无线局域网标准。IEEE802．11工作在2．4GHz开放频段,支持1Mbps和2Mbps的数据传输速率。它定义了物理层（PHY）和媒体访问控制（MAC）层规范,允许无线局域网及无线设备制造商建立互操作网络设备。标准中物理层定义了数据传输的信号特征和调制。
（2）目前的主流：IEEE802．11b
1999年9月通过的IEEE802．11b工作在2．4GHz～2．483GHz频段。802．11b数据速率可以为11Mbps、5．5Mbps、2Mbps、1Mbps或更低,根据噪音状况自动调整。当工作站之间距离过长或干扰太大、信噪比低于某个门限时,传输速率能够从11Mbps自动降到5．5Mbps,或者根据直接序列扩频技术调整到2Mbps和1Mbps。802．11b使用带有防数据丢失特性的载波检测多址连接（CSMA／CA）作为路径共享协议,物理层调制方式为CCK（补码键控）的DSSS。
（3）更高的速率：IEEE802．11a
和802．11b相比,IEEE802．11a在整个覆盖范围内提供了更高的速度,其速率高达54Mbps。它工作在5GHz频段,与802．11b一样采用CSMA／CA协议。物理层采用正交频分复用OFDM代替802．11b的DSSS来传输数据。
（4）沟通的桥梁：IEEE802.11g
为了解决IEEE802．11a与802．11b的产品因为频段与物理层调制方式不同而无法互通的问题,IEEE又在2001年11月批准了新的802．11g标准。802．11g既适应传统的802．11b标准,在2．4GHz频率下提供每秒11Mbps的传输速率；也符合802．11a标准,在5GHz频率下提供54Mbps的传输速率。802．11g中规定的调制方式包括802．11a中采用的OFDM与802．11b中采用的CCK。通过规定两种调制方式,既达到了用2．4GHz频段实现802．11a54Mbps的数据传送速度,也确保了与802．11b产品的兼容。
（5）酝酿中的新标准
IEEE除了制订上述的三个主要无线局域网协议之外,还在不断完善这些协议,推出或即将推出一些新协议。它们主要有：
802．11d。它是802．11b使用其它频率的版本,以适应一些不能使用2．4GHz频段的国家。这些国家中的多数正在清理这个频段。
802．11e。它的特点是在802．11中增加了QoS能力。它用TDMA方式取代类似Ethernet的MAC层,为重要的数据增加额外的纠错功能。
 802．11f。它的目的是改善802．11协议的切换机制,使用户能够在不同的无线信道或者在接入设备间漫游。
802．11h。它能比802．11a更好地控制发送功率和选择无线信道,与802．11e一起可以适应欧洲的更严格的标准。
802．11i。它的目的是提高802．11的安全性。
802．11j。它的作用是使802．11a和HiperLAN2网络能够互通。
3.2 2.2 IEEE 802.11a V.S. Hiperlan2
在高速的无线局域网络中有两个主要的标准,一个是欧规的Hiperlan2；另一个是美规的802.11a。这两个规格在PHY 规格架构上非常相似,不过在欧洲的频带规划上,跟美国所订定的频带虽然都是在5GHz 的频带上,但是其中心频率却不尽相同。不过IEEE 802 和ESTI 都试着跟ITU-R 一起推动WLAN 让它在全球有共同的一个统一频带。
当IEEE 802.11工作小组准备提出802.11a 这个标准时,这个小组采纳了NTT以及Lucent 的两家公司的建议,就是运用正交分频多任务(OFDM)这个技术来当作WLAN系统的调变技术。OFDM 会被采纳的原因是因为他拥有较强对抗多路径信道效应的能力(multipath channel fading effect)。
在IEEE 正在发展出802.11a 这个标准时,ESTI 也跟着推动了另一个WLAN的标准称为Hiperlan2,它也同样采用了OFDM 的技术。所以基本上802.11a 和Hiperlan2 在PHY 上的差异非常的小,不过在PHY 的上一层MAC(Medium Access Control)层,这两个标准的差异性却有显著的不同。
3.3 2.3 IEEE 802.11a 系统介绍
（1）IEEE 802.11a 频带分配
在美国U-NII (Unlicensed-National Information Infrastructure)这个单位,规划了300MHz 的频带供给WLAN使用。这个频带是在5GHz到6GHz 上,但是被分成Lower and Middle U-NII Band 以及Upper U-NII Band 两块。在欧洲的WLANHiperlan2 在5～6GHz 的频带上总共拥有455MHz的频宽。
802.11a 无线高速局域网络的一个频道(Channel)宽度是20MHz,图2－2清楚的表示了各个频道在5GHz 频带上的分布情况。FCC-UNII 规定了第一块WLAN 的频带(Lower and Middle U-NII Band)频宽有200MHz,加上第二块频带(UpperU-NII Band)有100MHz,所以在美国5GHz 的WLAN 总共拥有300MHz 的频宽可用。
在第一块Lower and Middle U-NII Band 上配置了八个频道,值得注意的是最左和最右两个频道的中心频率U-NII 规定了必须距离下边带边缘(5150MHz)和上边带边缘(5350MHz)各30MHz,这主要是为了避免干扰到其它频带上的系统。而在第二块Upper U-NII Band 上则配置了四个频道,跟第一块不同的是两旁的频道中心频率只需距各边带20MHz 即可。

 

 

 

 

 

图2－1 IEEE 802.11a 频道分配图
（2）OFDM 系统架构
在802.11a 的系统中跟其它传统单载波调变系统最大的不同就是它采用了多载波调变系统(multi-carrier modulation),也就是OFDM 系统。整个OFDM 系统的大概架构可以在图2－2中了解大致的系统方块图。除了(解)调变器是以FFT 和IFFT 这部分不同外,其它像是FEC译码器或是交织器组件,大致都跟传统系统相同,在下面我会有更清楚的介绍。
（3）OFDM 系统原理
OFDM 顾名思义就是利用一连串的正交载波来传送信号,因为相互正交的载波不会

 

 

 

 

 

图2－2 OFDM 系统架构图
互相干扰,因此可以载送很高的资料量。再来因为相同频宽下每个子载波的main lob spacing 相对的变小了,如此在多路径信道下造成的频率选择性衰减对于每一个子载波来说,都可看成一个振幅大小上的改变,对整个子载波的相位影响不大。
可是当这些互相正交的载波个数越多时,容易发生的现象是如果接收器的频率没有跟传送端同步时,那么载波间的正交性便不存在了,这么ICI 的问题便产生了。这是影响OFDM 系统效能最大的一个问题。而要产生这些相互正交的载波我们现在可以利用IFFT 来达到一组正交的载波。
（4）保护区间(Guard Interval or Cyclic Prefix)
由于OFDM 系统采用了IFFT 以及FFT 作为调变解调的电路,因此为了防止因为信道响应的关系使得每个OFDM符号间的干扰现象(ISI),于是必须要在两个相邻OFDM符号间插入一段循环前置区段(cyclic prefix;CP)。而CP 的长度为Tg,这个长度必须大于信道的最大多径时延长度才不会产生ISI的现象。有关CP 的运作方式可以参考图2－4。

 

 

 

图2-4 保护间隔示意
（5）窗函数
由于OFDM的信号是由许多的QAM子载波所组成,而每个载波在频域上看来都是一个sinc函数,因此在OFDM频谱外边带(out-of-band)的能量会衰减得很慢,这容易对旁边的频道造成干扰。因此通常我们会在OFDM信号上做加窗（window）的动作,让每个载波的能量尽量集中在主瓣上并且让旁瓣的能量减少。
加窗的另一主要作用就是之前我们提到的ICI对系统产生的影响,利用加窗让旁瓣能量减少的缘故,这会使得ICI的效应降低,增加系统的稳定度。802.11a 中所使用的窗类型为升余弦函数,定义如公式2－1表示：

                                                              （式2－1）

 

其中TTR是两个相邻OFDM符号间的传输时间,如下图2-5所示

 

 

 

 

 

 

 

图2-5 加入CP 以及window 的OFDM symbol 示意图

窗函数以离散时间的表示法如下：

                                                       （式2－2）

上式的n为OFDM 的样本数,802.11a 的一个符号有80个样本。
（6）扰码器
扰码器的功能是将输入信号打乱,可以使输出的信号0与1的个数几乎相同让信号具有随机性。如此可以仿真出一个假随机的信号,并且可以方便系统取出时序。在802.11a 的帧中的数据块,便需要使用一个扰码器来做数据打乱的工作。
而数据随机的程度可以根据扰码器的产生多项式(Generator Polynomial)来决定,此多项式次数越高资料随机程度也越高。802.11a 所使用的多项式为X7 + X4 + 1。图2-6为802.11a 所使用的扰码器。

 

 

 

图2－6 扰码器结构
（7）卷积编码器
在错误更正码(Forward Error Correction Code ; FEC)的部分,802.11a 采用了卷积编码作为其标准的FEC。此卷积编码分为上下两路,两路采用的生成多项式分别为g0 = 133（8） 以及g1 =171（8）,编码速率为1/2 的编码法。在译码的部分,一般常用的译码方法是利用Viterbi算法来进行译码。卷积编码器的架构如图2-7所示。

 

 

 

 

图2-7 卷积编码器 ( k=7 )
根据上图,编码出来的比特要先取上面数据一的输出,再来才是取数据二的输出,因此R = 1/2。而802.11a 所提供的R有1/2、2/3 和3/4 三种,另外两种编码速率的取值需根据打孔的方式取得。
打孔就是把卷积编码器编码出来的比特数进行取舍,把某些比特舍去,只留下一部份的比特,如此编码速率便增加了。使用打孔电路的好处是可以在不改变传送端的卷积编码器和接收端Viterbi译码硬件架构的情况下,就可以有不同的编码速率,如此跟再

 

 

 

 

 

 

 

图2-8 编解码流程(R =3/4)

 

 

 

 

 

 

 

图2-9 编解码流程(R = 2/3)
去设计另一组不同码率的编码和译码电路相比,可以大幅度的降低电路复杂度。而在效能的比较上,只大约相差约2dB的差距。以这2dB的效能去换取大量降低电路的复杂度,以硬体设计的角度而言是划算的。
IEEE 802.11a 的打孔速率为r＝3/4时,编码和解码过程可以参考图2-8、图2-9。
（8）交织
经过卷积编码器输出的比特,为了让它的效能发挥的更好,通常都会在其后加一个交错电路为“交织器”。交织器的功用就是把所输入的比特打散,让前后相邻的比特散布在不同的位置,如此每个两两相邻的比特便可以视为是互相独立(independent),这对于对抗信道造成的突发效应有很好的效果。
在IEEE 802.11a 里交织器的设计方式会因为不同的码率(R为1/2、2/3或3/4)以及不同的调变方式(BPSK、QPSK、16～64QAM)的不同而改变。这是因为这些参数的不同,都会使得每个OFDM符号所传送编码后的位(coded bits per OFDM symbol)有变化。它所设计的交织方式有两个步骤,第一步骤可以保证每一个相邻的编码比特均可以对应到不相邻的子载波上传送出去；第二步骤可以保证相邻的两个编码比特在映射到QAM星座图上的符号时,可交替的对应到各符号的或多或少的一组比特中,这样可以让各个位置的比特都具有相等重要性以及公平性,以避免有某些位置的比特的可靠度(reliability)相较于其它的位置来的低。
以下以IEEE 802.11a 中传送速率为24Mbps 为例说明交织器的设计方式。在24Mbps时参考表2-2的传输速率参数,可知每个OFDM符号可以传送的编码比特为192个,所以交织

 

 

 

 

 

 图2-10 第一步骤的交织表格
器第一步骤先将这192个比特依序排入一个12x16的交织表格中,如图2-10所示。
第二步骤的做法就是将第一步骤所排好12x16表格偶数行的位做两两相互交换的动作,如图2－11所示。这两个步骤做完之后就会是最后所设计出来的交织表格,如图2－12所示。这里要特别提醒就是这个例子是以24Mbps的参数所举的例子,所以如果改成48Mbps的例子则此交织表格将会是一个18x16的Table,而第二步骤的交换方式也将会有所改变。

 

 

 

 

 

图2-11 第二步骤表格偶数行交换的动作

 

 

 

 

 

图2-12 最后完成的Interleaving Table
3.4 2.4 802.11a系统参数及特色
802.11a的OFDM系统是采用64点的IFFT 作为其调制器(modulator),因此会有64个正交的子载波(subcarrier),又因为802.11a的每一个频道的频宽为20MHz 因此,每个载波间距(subcarrier spacing)为20MHz÷64 = 312.5KHz。这个数字意味着每个载波间距很大,相对的每个OFDM符号周期(symbol period)很短。因此在802.11a 这个系统设计上,OFDM 系统的频率偏移(frequency offset)产生载波间干扰ICI(Intercarrier Interference)的问题没有那么的严重。但是相对的,它对于多路径的频率选择性衰减效应(frequency selective fading)的对抗能力就没那么的强了。
虽然64点的IFFT可以产生64个载波,但为了避免频率偏移对旁边的频道造成干扰,所以64个载波里面左边有6个而右边会有5个虚载波(virtual carrier)也就是不送信号的载波作为保护带(guard band)。另外在DC上的载波也不送信号,因此总共64-5-6-1=52 个子载波有送数据。不过在这52个载波里其中又有4个子载波要送导频,所以802.11a 真正送资料的载波个数只有48个而已。见表2-1里面有详细的说明。