随着智能终端的广泛普及,人们对高速率、大容量无线通信系统的需求日益增长。由于无线电低频段频谱资源有限,高频段通信技术已成为当下新的研究热点。为满足宽带无线接入系统频率使用需求,2013年中国开放了42.3-47.0 GHz和47.2-48.4 GHz频段用于发展本国宽带无线接入。2012年9月,IEEE正式成立任务组TGaj,致力于发展中国60 GHz和45 GHz频段通信物理层和MAC层协议。本文主要研究基于正在标准化的IEEE 802.11aj的物理层和MAC层架构及相关技术,并仿真分析了系统性能。首先分析了45 GHz无线信道特性,并建立了正确描述路径损耗,阴影衰落,功率延时分布的IEEE 802.11aj信道模型,为后续研究提供了统一的仿真环境。其次研究了IEEE 802.11aj物理层LDPC编码和单载波STBC技术。首先,根据物理层码率需求,定义了专门的结构化奇偶校验矩阵。此外,研究了适用于IEEE 802.11aj的数据域LDPC编译码算法,并提出了一种基于简单SNR估计的改进型LLR计算方法。该方法在不改变传统单载波帧结构的基础上,考虑到FFT, FDE和IFFT模块对LLR计算的影响,因而可以给LDPC译码器提供更加准确的软译码信息。在支持多个数据流的单载波系统中,给出了一种低复杂度时域STBC编码算法。该算法结合Alamouti空时块编码和单载波频域均衡技术,拥有较高的分集增益。仿真表明,时域STBC技术在不提高接收机均衡器复杂度的情况下较CSD有明显的性能增益,这在高阶调制系统中尤为明显。再次研究了IEEE 802.11aj物理层设计与射频器件硬件损伤对通信系统的影响。针对中国45 GHz毫米波频段,下一代无线局域网协议标准IEEE 802.11aj的物理层采用了两种相互有竞争力的技术,分别为正交频分复用和单载波调制,同时分别规定了两者相应的物理层收发机结构。基于IEEE 802.11aj协议标准规定的物理层架构,评估了45 GHz射频器件硬件损伤,包括模数转换器分辨率、功率放大器非线性失真以及相位噪声对链路级系统性能的影响。同时,对考虑硬件损伤条件下的SC和OFDM系统进行了误包率和吞吐率性能仿真比较。仿真结果表明,45GHz频段通信下的SC系统更加有利于硬件实现,考虑硬件损伤时,较OFDM有明显性能优势,因而在下一代超高速无线局域网协议IEEE 802.11aj中有更好的应用前景。最后研究了可适用于IEEE 802.11aj的MAC层信道接入相关技术,基于无线局域网中由于隐藏节点发送RTS帧碰撞导致的NAV误设而引起的系统不公平性问题,提出了一种改进型RTS/CTS帧交换机制,该机制能够根据CTS帧的接收情况合理设置周边站点的NAV值,减少信道接入延迟。仿真表明,在改进机制下,系统公平性指数明显提升,站点接入的公平性问题得到改善,而且网络负载越大,提升效果越明显。分布式信道接入机制中的随机回退算法只考虑了饱和业务的情形,本文根据实际情况又提出了竞争窗口初始值动态调整算法,该算法首先在基站处估计竞争站点数,并据此动态调整竞争窗口初始值,仿真结果显示该算法在小幅修改协议的基础上提高了对通信繁忙程度的敏感度,有效提升了系统吞吐量。