1 無線局域網(wǎng)
　　隨著人們與網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系日漸緊密，社會(huì)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的需求也逐日增加，無線接入的市場(chǎng)也在逐步擴(kuò)大。IEEE制定了一系列的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)一般都是針對(duì)物理層(PHY)和媒體接入層(MAC)，數(shù)據(jù)鏈路層的標(biāo)準(zhǔn)采用與有線網(wǎng)絡(luò)相同的802.3標(biāo)準(zhǔn)，這就保證了無線局域網(wǎng)與有線網(wǎng)絡(luò)之間的傳輸順暢。
　　802.11是IEEE最初制定的一個(gè)無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，工作在2.4GHz ISM頻段，物理層采用紅外、擴(kuò)頻等方式，其擴(kuò)頻方式使用11bit的巴克碼，雖然碼片速率達(dá)到了11Mbps，但是信息速率最高只能達(dá)到2Mbps。由于802.11在速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，因此，IEEE小組又相繼推出了802.11b、802.11a和802.11g" title="802.11g">802.11g三個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)。
　　802.11a在802.11協(xié)議組中是第一個(gè)出臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)，802.11a工作在5GHzU－NII頻帶，物理層速率可達(dá)54Mbps。在802.11a中采用OFDM(正交頻分復(fù)用)。OFDM是多載波技術(shù)中的一種，多載波技術(shù)使用FFT/IFFT實(shí)現(xiàn)數(shù)字載波。由于以前FFT/IFFT實(shí)現(xiàn)比較困難，所以這種技術(shù)在實(shí)際中一直沒有廣泛應(yīng)用，隨著芯片生產(chǎn)和制造技術(shù)的發(fā)展，用ASIC、DSP甚至FPGA實(shí)現(xiàn)FFT/IFFT變得比較容易。802.11a標(biāo)準(zhǔn)在剛出臺(tái)時(shí)，由于芯片成本方面的" title="面的">面的問題，并沒有得到廣泛應(yīng)用，隨著對(duì)帶寬需求的不斷增加以及成本的下降，這一標(biāo)準(zhǔn)被視為一種極具潛力的技術(shù)。
　　802.11g是802.11b和802.11a的集大成者，它可以兼容802.11b，而且也引入了802.11a，從而使速率達(dá)到了54Mbps。但是，802.11g為了兼容802.11b，仍然工作在2.4GHz頻段。而2.4GHz頻段目前已被藍(lán)牙、微波爐等多種系統(tǒng)占用，工作在這一頻段上的系統(tǒng)很容易受到干擾，802.11g雖然支持54Mbps的通信速率，但在實(shí)際中很難達(dá)到這一要求。
　　目前市場(chǎng)上802.11b的產(chǎn)品非常多，下面主要討論802.11a系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的一些問題，802.11g中也集成了802.11a的基帶部分，因此下面的頻偏估計(jì)方法也適用于802.11g的OFDM模塊的實(shí)現(xiàn)。
2 802.11a系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
　　802.11a系統(tǒng)的核心技術(shù)是OFDM技術(shù)，OFDM技術(shù)的核心是FFT/IFFT變換。為了實(shí)現(xiàn)OFDM技術(shù)所需的同步捕捉、頻偏補(bǔ)償?shù)裙δ埽?02.11a定義的幀格式如圖1。

　　其中，Short Preamble 包括10個(gè)重復(fù)的16 symbol 的序列，Long Preamble包括 2個(gè)相同的80symbol的序列，這兩部分可以用來進(jìn)行同步捕捉和頻偏補(bǔ)償。在Signal Field定義了這一幀的數(shù)據(jù)速率、幀長度等信息。Data段包含要傳送的數(shù)據(jù)。圖2是一個(gè)802.11a收發(fā)系統(tǒng)的基帶框圖。

3 頻偏估計(jì)的問題
　　頻偏是由于收發(fā)晶振不可能很準(zhǔn)確地定位到同一個(gè)頻率，按照802.11a標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)晶振穩(wěn)定度的規(guī)定是20ppm，對(duì)應(yīng)于200kHz的頻偏。802.11b系統(tǒng)中也存在頻偏，但是，由于802.11b工作在2.4GHz，同樣對(duì)應(yīng)于20ppm的晶振平穩(wěn)度，其最大頻偏約為100kHz，比802.11a系統(tǒng)小將近一半。
　　另外，考慮到802.11a采用多載波的OFDM技術(shù)，其各個(gè)子載波是相互正交的數(shù)字載波，如圖3所示。

　　從圖3中可以看到，正交性是依靠相鄰載波的中心點(diǎn)與零點(diǎn)相重合取得的，當(dāng)頻偏存在時(shí)，這種正交性就遭到了破壞。此外，由于802.11a使用了從BPSK到64QAM的星座映射。對(duì)于64QAM由于其歐拉距離的減小，更容易受到頻偏的干擾。仿真證明，不同速率對(duì)頻偏的敏感程度是不同的。圖4是在無頻偏補(bǔ)償措施的情況下，在無噪聲信道中，6Mbps和54Mbps時(shí)，長度為100byte的數(shù)據(jù)，其誤幀率隨頻偏的變化曲線。

　　100byte的長度在802.11a系統(tǒng)中屬于較小的幀長度，在這種情況下，當(dāng)頻偏達(dá)到15kHz時(shí)6Mbps也受到了影響，而54Mbps的數(shù)據(jù)在15kHz時(shí)，由于頻偏造成的誤幀率高達(dá)64%，而20kHz的頻偏可使幾乎所有的54Mbps的數(shù)據(jù)幀都發(fā)生錯(cuò)誤。可見，頻偏對(duì)802.11a系統(tǒng)的影響是相當(dāng)大的。
3.1通常的頻偏估計(jì)方法
　　一般的設(shè)計(jì)中，使用802.11a前面的shortpreamble的自相關(guān)進(jìn)行頻偏估計(jì)：
　　設(shè)頻偏為θ，則接收到的數(shù)據(jù)y(N)可表示為：
　　
　　ρ為第N點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻偏值，與y(N)相隔k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)y(N+k)可表示為：
　　
　　其中，T為兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的采樣間隔。
　　根據(jù)shortpreamble 每16個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)就重復(fù)一次的特性，可以得到k=16時(shí)：
　　
　　按照(4)式可以估計(jì)出頻偏的值。但當(dāng)系統(tǒng)中存在噪聲時(shí)，上述估計(jì)方法的準(zhǔn)確度會(huì)明顯下降。
3.2 通過低通濾波改善頻偏估計(jì)的精度
　　為了解決噪聲影響頻偏估計(jì)的問題，筆者在上面的估計(jì)中又加入了一步平滑濾波的過程，在連續(xù)若干個(gè)點(diǎn)，估計(jì)出來的頻偏值應(yīng)該是一個(gè)穩(wěn)定的值，即使有抖動(dòng)，也是低頻抖動(dòng)。因此，在上面的估計(jì)中可以加入一個(gè)低通濾波步驟，去掉由于噪聲引入的高頻抖動(dòng)，這里使用一個(gè)IIR的等效低通：
　　V(N+1)=V(N)+(W(N)-V(N))/8?????????????????????????????????? (5)
　　然后，再使用V(N)估計(jì)頻偏的值。
3.3 仿真結(jié)果
　　筆者對(duì)頻偏為200kHz的數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真，仿真中使用100包200kHz頻偏的數(shù)據(jù)，對(duì)于未平滑的結(jié)果取其16點(diǎn)平均值，對(duì)于平滑后的結(jié)果，也取其16點(diǎn)的平均值，可以得到如下結(jié)果：
　　圖5是估計(jì)出來的100包頻偏值的平均值隨信噪比變化的結(jié)果。顯然，對(duì)于信噪比較低的情況而言，其估計(jì)值偏離理想值較遠(yuǎn)，隨信噪比增大而接近估計(jì)值。由圖5可明顯看出，平滑前的頻偏估計(jì)值比平滑后的頻偏估計(jì)值要差。

　　圖6是估計(jì)出來的100幀頻偏值求標(biāo)準(zhǔn)差" title="標(biāo)準(zhǔn)差">標(biāo)準(zhǔn)差的結(jié)果。可明顯看出，隨信噪比的增大，頻偏估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)差在減小，而且平滑后的頻偏估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)差明顯小于平滑前的頻偏估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)差。