无线局域网IEEE80211aj协议设计及仿真分析

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1、无线局域网IEEE802.11aj协议设计及仿真分析引言由于电子技术的不断创新,IEEE802.ll系列设备大量涌现,无线局域网正以飞快的速度发展着。2012年9月,屮国根据CWPAN标准工作组的提议正式成立了IEEE802.11aj任务组,由CWPAN标准工作组相关专家作主要职位,主要对中国毫米波频段制定下一代无线局域网标准。本文将对IEEE802.11aj拟设计协议标准并进行仿真评估。2、国内标准IEEE802.11aj标准屮除了包括已颁布的59-64GHz频段外,还有45GHz的毫米波频段,我国的60GHz标准中有以下内

2、容:(1)、信道划分:我国的60GHz可用频段在59-64GHZ,带宽为5GHz;把2.16GHz的带宽划分为两个1.08GHz的频道,因此带宽中将包含6个可变带宽信道,其中有4个1.08GHz带宽的信道;支持可变带宽的信道划分,可以把应用场景扩展到更低功耗的手持设备;此信道划分方案可与IEEE802.11ad共存。(2)、支持可变带宽方案:MAC层的协议设计方案支持可变带宽,当使用2.16GHz带宽信道时可以与IEEE802.11ad设备互相操作,使用1.08GHz带宽信道时通过在2.16GHz带宽上发公共信标,可与IEEE

3、802.ilad设备互相操作,其帧结构仍以IEEE802.ilad的帧结构为基础;可根据信道使用情况灵活组网,可在组网过程中切换使用2.16GHz带宽信道或者l・08GHz带宽信道;此方案既实现了与IEEE802.ilad标准共存,又可有效利用中国60GHz毫米波的5GHz的频段带宽。(3)、增加网络吞吐量:rtiPCP分配利用空床信道进行传输以提高网络吞吐量,理想状态下能提高吞吐量高达15Gb/So(4)、新增1.08GHzPHY:增加Preamble帮助消除和减少IQ失衡、PA非线性、相位噪声影响来提高性能;通过设计一种简

4、单的且不依赖于PA模型的非线性消除方案;(5)、波束成形/搜索:用快速波束搜索/跟踪能够降低波速的训练和搜索时间。(6)、空间复用:利用已有波束训练信息来改进IEEE802.ilad空间复用率,为PCP提高设备间空间复用选择准确度,同时有效降低网络的开销,提高网络效率和降低设备功耗。3、信道模型60GHzWLAN的信道模型可以描述为:h(t,

5、.k)5(t-T(i)k))5((ptx_(ptx(i)k))•8(etx-etx(i'k))8((Prx-q>rx(i'k))8(0rx-0rx(i>k))信道响应为分簇到达模型,并且各簇都包括时间和空间上分布较密集的几条径。其中h为信道总冲击响应函数;(ptx,0tx,(prx,0rx为发送端与接收端的角坐标;A(i),C(i)为第i簇的信道增益和冲击响应;&为单位脉冲函数;T(i)®tx(i),以⑴,①rx(i)J)为笫i簇到达的时间及第i簇发送端与接收端角坐标;a(i,k)是笫i簇中笫k条径的幅度;Ji,k),(ptx

6、(i,k),0tx(i,k)亦(训,加(i,k)是笫i簇中第k条径的相对时延及相对角坐标。久多用户MIMO中逆向协议的改进WLAN系统与其他通信系统一样,都存在通信模式高度不对称:在一个传输方向上通信量很大,在反方向上通信量却很小。就像很多上网业务都是下载数据流量大,上传数据流量小。为解决这一问题,IEEE802.il系列标准中在MAC层制定了“逆向协议”的规则来解决。STAAPUplinkTXOP图1、逆向协议工作流程RD发起端(图1屮STA)竞争到信道(获得TXOP)后,向RD响应端(图1中AP)发送上行数据,上行数据结束

7、后,还有较长时间的TXOP剩余时间,此吋STA可在最后一个数据帧中用一个RDG比特指示将信道使用权授予给AP,AP回应ACK或BA。如果AP有下行数据要发送给STA,则在BA中将MorePPDU比特设置为1,否则设为0o当STA看到MorePPDU设为0时,或在进行错误恢复时重新取得对TXOP的控制。已有的逆向协议规定,RD响应端将所有响应的数据帧的地址设为RD发起方,即不能将租借来的TXOP向别的站点发送数据帧。此规则在单用户场景屮很自然,但由于标准支持多用户传输,那么用现有规则无法提高MAC层效率。所以对已有RD协议作出改

8、进,捉出支持多用户传输的逆向协议。UplinkTXOPSTAIAPSIA2图2、RD规则改进后工作流程如图2,当AP作为RD响应端获得TXOP时,AP除了要给STA1发送数据外,还利用MU-MIM0技术同时给STA2传输数据,AP可以通过多用户预编码技术达到在相同时间内传输更

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1、无线局域网IEEE802.11aj协议设计及仿真分析引言由于电子技术的不断创新,IEEE802.ll系列设备大量涌现,无线局域网正以飞快的速度发展着。2012年9月,屮国根据CWPAN标准工作组的提议正式成立了IEEE802.11aj任务组,由CWPAN标准工作组相关专家作主要职位,主要对中国毫米波频段制定下一代无线局域网标准。本文将对IEEE802.11aj拟设计协议标准并进行仿真评估。2、国内标准IEEE802.11aj标准屮除了包括已颁布的59-64GHz频段外,还有45GHz的毫米波频段,我国的60GHz标准中有以下内

2、容:(1)、信道划分:我国的60GHz可用频段在59-64GHZ,带宽为5GHz;把2.16GHz的带宽划分为两个1.08GHz的频道,因此带宽中将包含6个可变带宽信道,其中有4个1.08GHz带宽的信道;支持可变带宽的信道划分,可以把应用场景扩展到更低功耗的手持设备;此信道划分方案可与IEEE802.11ad共存。(2)、支持可变带宽方案:MAC层的协议设计方案支持可变带宽,当使用2.16GHz带宽信道时可以与IEEE802.11ad设备互相操作,使用1.08GHz带宽信道时通过在2.16GHz带宽上发公共信标,可与IEEE

3、802.ilad设备互相操作,其帧结构仍以IEEE802.ilad的帧结构为基础;可根据信道使用情况灵活组网,可在组网过程中切换使用2.16GHz带宽信道或者l・08GHz带宽信道;此方案既实现了与IEEE802.ilad标准共存,又可有效利用中国60GHz毫米波的5GHz的频段带宽。(3)、增加网络吞吐量:rtiPCP分配利用空床信道进行传输以提高网络吞吐量,理想状态下能提高吞吐量高达15Gb/So(4)、新增1.08GHzPHY:增加Preamble帮助消除和减少IQ失衡、PA非线性、相位噪声影响来提高性能;通过设计一种简

4、单的且不依赖于PA模型的非线性消除方案;(5)、波束成形/搜索:用快速波束搜索/跟踪能够降低波速的训练和搜索时间。(6)、空间复用:利用已有波束训练信息来改进IEEE802.ilad空间复用率,为PCP提高设备间空间复用选择准确度,同时有效降低网络的开销,提高网络效率和降低设备功耗。3、信道模型60GHzWLAN的信道模型可以描述为:h(t,

5、.k)5(t-T(i)k))5((ptx_(ptx(i)k))•8(etx-etx(i'k))8((Prx-q>rx(i'k))8(0rx-0rx(i>k))信道响应为分簇到达模型,并且各簇都包括时间和空间上分布较密集的几条径。其中h为信道总冲击响应函数;(ptx,0tx,(prx,0rx为发送端与接收端的角坐标;A(i),C(i)为第i簇的信道增益和冲击响应;&为单位脉冲函数;T(i)®tx(i),以⑴,①rx(i)J)为笫i簇到达的时间及第i簇发送端与接收端角坐标;a(i,k)是笫i簇中笫k条径的幅度;Ji,k),(ptx

6、(i,k),0tx(i,k)亦(训,加(i,k)是笫i簇中第k条径的相对时延及相对角坐标。久多用户MIMO中逆向协议的改进WLAN系统与其他通信系统一样,都存在通信模式高度不对称:在一个传输方向上通信量很大,在反方向上通信量却很小。就像很多上网业务都是下载数据流量大,上传数据流量小。为解决这一问题,IEEE802.il系列标准中在MAC层制定了“逆向协议”的规则来解决。STAAPUplinkTXOP图1、逆向协议工作流程RD发起端(图1屮STA)竞争到信道(获得TXOP)后,向RD响应端(图1中AP)发送上行数据,上行数据结束

7、后,还有较长时间的TXOP剩余时间,此吋STA可在最后一个数据帧中用一个RDG比特指示将信道使用权授予给AP,AP回应ACK或BA。如果AP有下行数据要发送给STA,则在BA中将MorePPDU比特设置为1,否则设为0o当STA看到MorePPDU设为0时,或在进行错误恢复时重新取得对TXOP的控制。已有的逆向协议规定,RD响应端将所有响应的数据帧的地址设为RD发起方,即不能将租借来的TXOP向别的站点发送数据帧。此规则在单用户场景屮很自然,但由于标准支持多用户传输,那么用现有规则无法提高MAC层效率。所以对已有RD协议作出改

8、进,捉出支持多用户传输的逆向协议。UplinkTXOPSTAIAPSIA2图2、RD规则改进后工作流程如图2,当AP作为RD响应端获得TXOP时,AP除了要给STA1发送数据外,还利用MU-MIM0技术同时给STA2传输数据,AP可以通过多用户预编码技术达到在相同时间内传输更

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