扩频通信技术在无线局域网中的应用研究1

扩频通信技术在无线局域网中的应用研究

摘要：

阐述目前无线局域网主要传榆方式及扩频通信的主要工作原理，直接序列扩频技术对IEEE802．11无线局域网协议的解决方案。介绍了支持802．11协议的全数字化直接序列扩频处理芯片，分析了目前无线网络中采用的扩频调制方式及性能。

关键词：无线局域网 直接扩频 IEEE802.11

正文：

IEEE802．11无线局域网协议的制订，统一了无线局域网的标准，为无线局域网技术的不断发展奠定了基础。目前, 无线网络的传输信号方式主要采用红外线技术和扩展频谱通信技术。红外技术的主要优点是不受任何国家频率管制的限制, 成本低, 速度快, 抗干扰和保密性好;其缺点是不能穿透墙壁、地板等。常用在室内机器间联网。扩频通信的基本特征是使用比发送的信息数据速率高许多倍的伪随机码把载有信息数据的基带信号的频谱进行扩展, 形成宽带的低功率密度的信号来发射。常用的扩频技术主要有两种：一种是直接序列扩频技术（简称直序DSSS), 另一种是跳频扩频技术。前一种使用得比较多, 在无线网络中, 就是使用直序扩频技术。

扩颇通信的基本思想和理论根据是香农在信息论的研究中得出的信息容量的公式：C Wlog2(1 P/N)其中C为信息传输速率, W为带宽, P/N 为信噪

比。由此可知, 只要C不变化,W就和P/N成反比。也就是说可以用扩频的方法,

扩频通信原理图

直序扩频技术的工作过程，在发送端, 要发送的信息通过用最大长度的线性反馈移位寄存器序列, 即m序列产生伪随机码进行调制, 产生扩频序列, 该序

列再经QPSK 调制后, 可获得宽带的扩频信号, 经宽带放大器放大后发射出去。在接收端, 接收到的信号经放大后, 要经过射频宽带建波器处理, 以提高信噪比, 并提取信号以对齐相位, 同步电路拾取到发送来的扩频码的准确相位, 以此作为同步信号, 使其随机码发生器产生的解调扩频码与发送的扩频码的相位差尽量小.用合格的扩频码解调放大后的宽带信号, 可使其准确恢复成窄带信号。再经常规数据解调后, 即可获得信息数据。

直接序列扩频通信原理图

直接序列扩频(DSSS)技术以其强大优势成为无线网络通讯的主导技术，并且在信息传输速率、共享信道访问控制协议(MAC)、抗多径衰落等方面得到极大发展，全面支持、促进了IEEE802．11协议的实现。IEEE802．11以载波侦听多点接入／避免冲撞(CSMA／CA)协议作为MAC的核心，1999年11月IEEE又决定采用最大传输速率为11Mbps的IEEE802．11b。

1.基于IEEE802．11的DSSS解决方案

近年来随着LSI、通讯及网络的发展，数字化扩频技术得到迅速发展。最有代表性的是HARRIS公司最近推出的基于IEEE802．11的PRISMⅡ直接序列扩频芯片组。PRISM 11配置5个Ic芯片，在2．4GHz频段实现高达11Mbps的无线数据通讯。PRISM 11 DSSS解决方案如图1所示，从天线开始，5个芯片是：功放与检测(HFA3983)、射频一中频转换器(HFA3683)、中频I／Q调制解调器与频

率综合器(HFA3783)、基带DSSS数字处理器(HFA3861B)、介质访问控制器(HFA3841)。介质访问处理器支持802．11无线局域网数据包标准并在MAC层执行CSMA／CA网络协议。PRISM II芯片组是DSSS技术与网络技术的完美结合，其中HFA3861B起着重要作用。

HFA3861B支持单、双天线工作，相距1／2波长的两天线可有效克服多径衰落的影响。HFA3861B支持连续方式及突发方式的数据通讯。

HFA3861B支持传统的基于DBPSK、DQPSK调制的伪随机码(PN)序列扩频方式，同时还支持基于DPSK调制的多进制正交码CCK扩频方式。对应支持多种数据速率：1Mbps(DBPSK)、2Mbps(DQPSK)、5．5Mbps(CCK)、11Mbps(CCK)。对所有调制方式均采用基带四相调制，即I、Q两路正交双边带调制。

2.解扩解调

基带DSSS数字处理器接收部分见图4，包括接收信号预处理、DBPSK、DQPSK解扩解调、多进制正交码解扩解调、同步及跟踪环路。

2.1接收信号预处理

解扩前接收信号依次进行A／D转换、信道匹配滤波、去除载波频偏三部预处理。基带扩频数字处理器内置I／Q两路A／D，以两倍扩频码速率22MHz对IF下变频输出的I／Q零中频基带扩频信号采样，同时对I／Q采样信号峰值检测以控制RF—AGC和IF—AGC，保证A／D信噪比。信道匹配滤波器(CMF)汇集多径信号能量，实现最大信噪比下的分集接收，采用FIR滤波器实现信道匹配滤波，补偿信道对信号的失真影响。信道匹配滤波后的I／Q信号通过4相COSTAS载波跟踪环去除载波频偏，实现对扩频码的频率、相位校正。载波跟踪环依据解调器输出的载波相位误差信号，通过超前／滞后滤波器控制NCO保持与载波频偏相位锁定，NCO输出复信号ej(_o)通过复数乘法器与复信号I+jQ 相乘实现载波频偏相位的反转，去除载波频偏。

2.2DBPSK、DQPSK解扩解调

基带扩频数字处理器采用I、Q两路lbit BARK---ER码并行数字匹配滤波器对DBPSK、DQPSK扩频调制信号进行捕获、同步跟踪、解扩，捕获能够在数据

包前导同步头时间内建立。由传输符号定时环路跟踪的相关峰用于数据解调，在捕获阶段DPSK数据采用差分检测解调，一旦传输符号锁相环进入跟踪就采用更好的相干解调。解调出的数据包头文件中的信号域内容控制MPDU的解扩、

解调方式。头文件接收完成时，传输符号锁定、载波同步跟踪，基带扩频数字处理器自动切换至多进制正交码解扩解调、同步跟踪方式。

结束语：

对于无线局域网来说，抗干扰性和保密性的好坏应该是最主要衡量指标。扩频通信抗干扰性和保密性好的特点使其在无线局域网中的应用前景十分广阔，值得进一步深入研究。而直扩通信系统具有更强的抗干扰能力，要对其实施有效的干扰，从目前来看有相当的难度。如果在上述各种有利于系统提高抗干扰能力方法的研究上取得突破并加以利用，那么直扩通信系统将会更加完善，该系统在军用领域的作用将会更加突出，并进一步扩展到民用领域。

参考文献：

1.朱近康．CDMA通信技术[M]．北京：人民邮电出版社，2001．

2.刘小伟、霍静 扩频通信技术及其在无线局域网中的应用 计算机与现代化 2007, (6)

3.张霞 无线局域网的扩频技术及组网方式 中国计算机用户 1996年第3期

4.孙志刚 黄志忠 基于IEEE80211无线局域网协议的直接序列扩频技术 无线电通信技术 2011年第27卷第4期