1 无线局域网概述
无线局域网技术与传统的固定网络形成了绝佳的互补，为实现通信的移动化、个人化、灵活化指明了方向。有线网络的通信传输通常被线缆和接口所限制，而无线局域网可以自由便捷地以无线方式连接网络设备，具有灵活便携的特点，在网络中得到了较为广泛的应用。
1.1 无线局域网传输特点
传统有线网络的数据传输一般使用同轴电缆、双绞线或者光纤，由于受到线材的束缚，其节点距离一般很短，而且受地理环境因素的影响较大。而无线局域网由于没有了复杂的线路束缚，依靠电磁波来完成数据的传输，具有灵活并且可移动的特点，传输范围得到扩大。此外，无线传输抗干扰性较强，容易组建，后期维护更新均为简单方便。
1.2 无线局域网未来发展方向
无线局域网已经占据了数据传输网络的主导地位，在越来越多的领域中取代了有线局域网。然而，在军事、金融、信息安全等对信息数据要求极高的领域中，由于无线局域网具有安全性不强的特点，易导致信息丢失、泄漏或盗取，严重影响国家安全和重要设施的安全运转。因此，在这种情况下无线局域网不能完全取代有线网络，只能作为有线局域网的补充。但随着WLAN技术的逐渐成熟，无线局域网的性能将会更加稳定，安全性将更加得到确保。
2 物理层
本文面向无线局域网OSI参考模型中的最底层物理层进行仿真，物理层在网络模型中主要完成基带处理过程，提供物理介质中比特流传输所需要的所有功能。其中，物理层传输模块如图1所示，每个模块的功能如下：
（1）信源：将消息转换为电信号发出。
（2）编码：故对数字信号采用纠、检错技术，为的是提到系统可靠性，增强信道中数据传输时抗干扰的能力。
（3）调制：处理信号源信息，使其变为适合信道传输的形式。本文采用数字调制的方式，用数字信号对正弦或余弦高频振荡进行调制。本文将论述联合控制载波的幅度及相位两个参量的调制方式称为正交幅度调制（QAM）。
（4）信道：即信息被传送时经过的通道，信号会受到信道中噪声的影响，如高斯白噪声。
（5）解调：接收信号后，将经过调制后的电信号解调解密，其与调制是互逆的过程。
（6）解码：对收到的信号进行解码，与编码是互逆过程。
（7）信宿：接收电信号并将其转换为消息。
2.1 卷积码
卷积码是1955年由Elias最早提出的，又称BCC编码，其特点为：编码器将k个信息码元编为n个码元时，即[n，k]卷积码编码，这n个码元不仅与当前码组的k个信息码元有关，而且与前面的M-1个时刻输入到编码器的信息组有关（M为编码器的约束长度）。所以前后码组之间具有相关性。
卷积码一般可用3个变量（n，k，L）来表示，其中n、k、L分别代表输出码元数、输入码元数、编码器的寄存器个数。图2为卷积码的编码器示例，其中k=1，即每输入1个比特，得到n个比特输出，移位寄存器级数为L，约束长度为L+1。由图2可知，编码过程中，t时刻卷积码编码生成的n元输出码字是kt，kt-1，kt-2，…，kt-L的线性组合关系，不仅与当前时刻的输入kt有关，还与L个时刻之前的输入kt-1，kt-2，…，kt-L有关。
图2 k=1，编码效率为1/n，约束长度为L+1的卷积编码器
卷积码译码使用维特比译码。对于长度为k的二进制码序列，如果对其进行译码计算，需要对可能发送的2k个不同序列的对数似然函数累加值进行比较，然后选择最小汉明距离，即其中最大路径度量一条作译码结果。译码时，只需考虑整个路径集合中能使似然函数最大的路径，放弃在某一个节点上已经不可能获得最大对数似然函数的路径，在剩下的幸存路径中重新选择译码路径，从而减轻译码的复杂度。
2.2 QAM正交振幅调制
在通信系统中，目前常常采用的调制方式是数字调制，数字调制是用数字信号对正弦或余弦高频振荡进行调制，即利用正弦或余弦信号的幅度、频率或相位来携带原始数字基带信号的信息.其中，联合控制载波的幅度及相位两个参量的调制方式称为正交幅度调制（QAM）。
四相移相键控（QPSK）又称为四进制移相键控.其中，一个四进制符号的相位用两个二进制比特表示，因此其已调信号的正弦载波有四个可能的相位，每一个相位对应一个四进制符号，每个四进制符号为两个二进制比特，其调制星座图如图3所示。
图3 QPSK调制的星座图示意图
16QAM调制方式又称为16进制正交幅度调制.其中，一个16进制符号由4个二进制比特组成，其调制星座图上总共有16个星座点。每个16进制符号同时对载波的幅度和相位进行控制。星座图示意图如图4所示，其映射方式为格雷映射。
图4 16QAM调制的星座图示意图
64QAM调制即64进制正交幅度调制。其中，一个64进制符号用6个二进制比特组成，其调制星座图上总共有64个星座点。每个64进制符号同时对载波的幅度和相位进行控制。星座图如图5所示，其映射方式为格雷映射。
图5 64QAM调制的星座图
QAM调制的解调过程使用最小距离法，即接收到的R（是受到干扰后）信号为一个矢量a+bi，对比星座图中每个矢量，遍历n个星座点计算距离，得到n个距离值，比较得到最小值，返回所对应的星座图的点，判决为这个点。
2.3 旋转调制技术
其中，a和b分别为星座点u的实部（I）和虚部（Q），相应的，c和d分别为x的实部（I）和虚部（Q）。由于旋转矩阵R为正交酉矩阵，所以旋转后符号x的功率与u相等，星座图如图6所示。在目前的应用中，可以采用查表方式进行旋转调制的操作，不会带来复杂度的增加。
图6 QPSK旋转星座图经过信道衰落后形成的星座图和解调示意图
3 物理层仿真过程
本文使用matlab软件进行系统仿真设计，主要分为编码、调制、信道、解调、解码5个模块。首先，使用随机函数产生二进制码元，进入（2，1，3）卷积码编码器进行编码，之后分别进行QPSK、16QAM、64QAM调制，通过高斯白噪声信道后，使用最小距离法进行解调、维特比译码，最后计算接收到码元和发送码元的误码率。
本次仿真，码元的仿真长度为10000 bit，卷积码使用的是（2，1，3）编码器，调制方式分别使用QPSK、16QAM、64QAM及旋转调制JCMD，星座图映射方式为格雷码，得到的结果如图7所示。其中，横坐标SNR表示信噪比，单位dB，纵坐标BER表示误码率。
图7 仿真结果图
误码率随信噪比的变化曲线从左到右分别为QPSK、16QAM、64QAM，可知随着信噪比的升高，误码率呈下降趋势；同时，在相同信噪比的情况下，正交振幅调制的阶数越低，误码率越低，性能越好。但是高阶QAM调制样点数目多，传输效率高。在同等条件下，旋转调制比传统的QAM调制性能误码率低，性能好，但是高阶调制的情况下，多维QAM星座点对衰落信道变得不敏感，所以性能差别不大。
4 结语
本文对无线局域网物理层进行系统级仿真，比较了在卷积编码条件下不同调制方式的性能，并对新提出的旋转编码调制方式和传统的QAM调制进行分析，可见旋转调制误码率更低，性能更好，系统仿真平台和仿真结果都具有一定的创新指导意义。
参考文献
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（长沙麓山国际实验学校）
