WLAN有效吞吐量提升方法探討

【摘要】WLAN網(wǎng)路的吞吐量的提升在現(xiàn)代局域網(wǎng)中具有重要的作用，本文以IEEE820.11a為基礎，進行OFDM技術(shù)的研究，包括工作原理以及技術(shù)指標。在此基礎上進行，通過對誤碼概率進行降低以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾试龃蟮姆椒▉硖岣遅LAN的吞吐量。WLAN中引入分集技術(shù)與分集合并技術(shù)通過實例驗證分集技術(shù)可以有效的提高吞吐性能，對WLAN網(wǎng)路的數(shù)據(jù)傳輸快捷性具有重要的作用，為WLAN吞吐量的提升提供了很好的技術(shù)與方法。

【關(guān)鍵詞】WLAN吞吐量提升分集技術(shù)

隨著技術(shù)的發(fā)展，WLAN出現(xiàn)了標準化的IEEE. 802.11技術(shù)，提供分布式接入的方式，具有移動性好、費用低于線路故障性小等特點，更加方便快捷，滿足用戶以及網(wǎng)絡的需求，成為下一代無線網(wǎng)絡的重要的組成部分。

IEEE.802.11在很多領域是一個通用的標準，創(chuàng)立于無限局域網(wǎng)中，它規(guī)定了四種物理層傳輸方法，包括直序、跳頻，紅外與正交頻分四種方式，各個方式根據(jù)具體環(huán)境的不同而適應。其中IEEE8.02.11a標準的物理層采取的是OFDM技術(shù)與交織技術(shù)，采用選取不同的調(diào)制方法得到不同的傳輸速率，在短距離的傳輸通信中得到廣泛的應用。

一、IEEE.802.11a下的OFDM技術(shù)

1.1OFDM技術(shù)的概述及其原理

OFDM技術(shù)是一種復用技術(shù)下的多載波傳輸方法，其將其數(shù)據(jù)流分解為子數(shù)據(jù)流，每個子數(shù)據(jù)都具有一定的傳輸效率，用這些子數(shù)據(jù)來對載波進行調(diào)制，形成了整個傳輸系統(tǒng)，定義為正交頻分復用。其中OFDM的發(fā)收的整個流程如圖1所示：

在數(shù)據(jù)的傳輸過程中，發(fā)送裝置處發(fā)出的數(shù)字信號與子載波之間存在著一一映射關(guān)系，采用數(shù)學變換方式將數(shù)據(jù)的頻譜放置在相對應的時域上，可以有效地提高計算機運算的效率。如圖1，分別有發(fā)送過程與接收過程，其中包含了收發(fā)裝置不能同時進行受到信息與發(fā)送數(shù)據(jù)的操作，而對于接收裝置中可以進行信號的處理將子載波的數(shù)據(jù)采集分析，變成自身可識別的數(shù)字信息，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的處理。OFDM的參數(shù)有帶寬、比特率、時間間隔三個方面。

1.2IEEE802.11a物理層主要的技術(shù)

對于WLAN的接入方式來講，OFDM技術(shù)具有十分主要的作用。主要的技術(shù)介紹以下下幾個方面：（1）OFDM數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)。IEEE802.11a在局域網(wǎng)中期OFDM的數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)包含了有速率、保留位、長度位、奇偶校驗位組成的PLCP報頭與業(yè)務位，尾比特、填充比特等組成，一個新號段又長度位，奇偶校驗位、尾比特、速率構(gòu)成，其決定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋忍芈省＃?）OFDM數(shù)據(jù)編碼過程。OFDM的數(shù)據(jù)編碼首先先產(chǎn)生PLCP序列，然后根據(jù)一個新號段的數(shù)據(jù)信息進行PLCP的增加比特，獲取經(jīng)過編碼后產(chǎn)生的比特數(shù)的發(fā)送端的信息，進行設置發(fā)送端的比特流長度與編碼后的比特數(shù)之間是整數(shù)倍關(guān)系。然后進輸出，編碼交織完成后進行分組，調(diào)制，導頻插入、波形加窗處理等，完成整個OFDM的數(shù)據(jù)編碼過程。（3）導頻插入。導頻的插入以4個子載波為一組，載波經(jīng)過處理后形成一個序列。在插入之前，保證插入比特與接收的數(shù)目之間存在是48的整數(shù)倍，然后將序列為48的進行分解為若干組，當每組的的48個符號需要變動順序的情形，則有：

dkn=dk+nsd*n，k=0，1，N序列，dkn表示接收到的符號數(shù)；

二、WLAN吞吐量的方法分析

2.1WLAN吞吐量分析

假如在WLAN中以數(shù)據(jù)包的形式進行數(shù)據(jù)的傳遞，由于受到諸多因素的影響，會使得傳輸過程中受到干擾，使得數(shù)據(jù)包中存在多個數(shù)據(jù)的破壞，出現(xiàn)此種情況會使得數(shù)據(jù)包進行重新發(fā)送。假設在WLAN鏈路中的吞吐為S，則無限網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)的吞吐量判定如式1所示：

S=R（1-PDF）（1）

式中R表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾实拇笮。琍DF表示數(shù)據(jù)包的錯誤率；

PDF=1-（1-PM）L（2）

PM表示誤碼概率，L表示數(shù)據(jù)幀的長度。在此吞吐量分析的過程中，其中數(shù)據(jù)幀的長度是不變的，因此可以通過對誤碼概率進行降低以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾试龃蟮姆椒▉硖岣遅LAN的吞吐量。本文中通過引入分集技術(shù)方法應用到WLAN網(wǎng)絡中，可以有效的提高吞吐量，具體實現(xiàn)方式以下進行說明。

2.2分集技術(shù)方法

分集技術(shù)可以有效的解決數(shù)據(jù)傳輸過程的衰落問題，使得其概率減小，具有不通過對發(fā)射功率以及貸款的增加的情況下可以提高WLAN性能的優(yōu)點。所謂的分集是針對信號傳輸中采取多個接收方法進行數(shù)據(jù)的接收，從而達到信號的衰落減少。在信號的傳遞過程中，將相關(guān)的信號進行分解成為獨立的單元，按照關(guān)聯(lián)關(guān)系組合起來。

（7）

（2）發(fā)射分集。發(fā)射分集是為接收裝置提供同一信號的方法，其結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方法，得到廣泛的應用，其中有延遲、空時、空時編碼分集三種形式。最簡單的方案是通過兩個天線采用正交空時編碼方式進行設計。接收端通過傳遞過來的信息進行正交編碼線性處理合并后來區(qū)別信號。接收端的信息通過空時編碼分集方式，按照公式8得到接收端信號：

相關(guān)參數(shù)如接收分集中的含義。通過編譯方法進行每個發(fā)射信號的判斷，空時分組碼地正交型使得發(fā)射出來的信號能夠區(qū)分過來。

2.3分集合并技術(shù)

常用的合并方式有以下幾種：（1）選擇合并。根據(jù)預先規(guī)定的準則周期性，獲取得到功率最大信號的最好的信號比進行輸出。選擇合并基于一定的規(guī)則在規(guī)定的接收時間內(nèi)選擇一個天線，鏈路質(zhì)量過低時，進行關(guān)閉處理。高速的選擇開關(guān)和比較判決電路組成了選擇合并，主要的判斷標準通過對接收的信號強度或信噪比或誤碼率進行比較來選擇分集。在WLAN中，一般采用在接收機之前選擇，這樣可以減少接收機的數(shù)量和體積，降低成本。（2）最大比合并。根據(jù)各支路信噪比（SNR）來分配加權(quán)的權(quán)重，SNR大的支路權(quán)重大，SNR小的支路權(quán)重小“當每個分集支路上的干擾不相關(guān)時，最大比合并方法可使合并后的輸出SNR最大。因此，最大比合并輸出的平均信噪比是沒有分集時平均信噪比的M（分集重數(shù)）倍”對于2重分集，最大比合并的平均信噪比可以獲得3dB的好處。（3）等增益合并。在每條線路上引進加權(quán)值的方式，可以有效的對多條支路的合理的利用，比選擇合并具有很好的效果。可以獲得2.52db，具有很好的信噪比。需要進行可變異相器進行相位匹配在等增益合并的前端，保持各支路的信號同相位。

三、仿真實驗

在IEEE802.11a標準的基礎上加入空間分集技術(shù)，進行吞吐量的性能比較如圖3所示。從圖可以得到通過采用發(fā)射與接收分集技術(shù)可以有效的提高吞吐性能，總的性能提高了3dB。因此，在WLAN中進行吞吐量的提升方法中，可以采用分集技術(shù)，可以有效的使得吞吐量得到提升，在WLAN的實際運用中具有重要的作用。

參考文獻

[1]高峰，高澤華等. IEEE802_11aDCF協(xié)議吞吐量與時延性能分析[J].北京郵電大學學報，2010年12月.

[2]吳大鵬，武穆清等.有效提高WLAN吞吐量的數(shù)據(jù)幀發(fā)送策略[J].通信學報，2010年2月.

[3]羅小華，楊峰等. IEEE802_11sWLANMesh網(wǎng)絡延遲和吞吐量研究[J].西南大學學報，2010年7月.

[4] Yoram Solomon.WLAN數(shù)據(jù)吞吐量改進措施[J].電子產(chǎn)品世界，2003年5月.

[5] DONG Rong-Rong，HONG Pei-Lin，XUE Kai-Pin. An integrated LTE/WLAN two-hop-relay architecture for throughput and energy efficiency enhancement [J]. Journal of Graduate University of Chinese Academy of Sciences，1002-1175（ 2012） 03-414-09.

[6]彭春華，蔣新華.高速移動環(huán)境下提高WLAN有效吞吐量方法的研究[J].鐵道學報，2012年1月.