Ad hoc网络是一种非常具有发展潜力的网络,也是一个复杂的系统,所涉及的研究内容非常广泛,目前仍然存在一些需要彻底研究的问题,新的应用也对它的研究和发展不断提出新的挑战。另一方面,通信和微电子技术的迅速发展又为Ad hoc网络的发展创造了新的契机。本文着眼于Ad hoc网络的QoS保障技术,分别从MAC层和物理层的角度研究了QoS保障的关键问题,在物理层保证业务的误码率和传输速率要求,在MAC层保证业务的时延、时延抖动和传输带宽要求,并对Ad hoc网络中物理层与MAC层的跨层联合设计进行了初步的探讨。本文的主要内容和贡献包括以下几个方面:1.提出了具有QoS保障的分布式同步预约多址接入协议(DSRP)。以时分多址技术为基础,将竞争机制和预约机制相结合,赋予实时业务优先权。实时业务一旦成功预约某个时隙,可以在每帧固定占用这个时隙,直至一个业务突发结束,保证了传输带宽和时延的要求,避免了时延抖动。通过合理设计帧结构,解决了隐藏终端、暴露终端和入侵终端问题,使得隐藏终端可以接收,暴露终端可以发送。通过理论分析,推导出信道利用率和分组平均丢弃率指标,并且通过仿真验证了理论分析。同IEEE 802.11 DCF以及CATA协议的比较结果表明,DSRP协议在网络负载较重时具有较好的性能。2.提出了在OFDM系统中通过自适应调制实现不等错误保护(UEP)的算法。从用户需求的角度出发,利用OFDM系统各个子载波功率系数不相同的特点,将全部子载波自适应分为L组,每个子载波组的传输速率和实际误比特率满足相应重要性数据的要求,同时使得系统的总发射功率为最小。提出了子载波自适应分组算法以及子载波组内各个子载波的自适应比特和功率分配算法(MTP AM-UEP)。仿真结果表明,MTP AM-UEP算法的功率接近于理论最小值,且能保证每个重要性数据的传输质量要求。与其他算法的比较结果表明,该算法在功率一定的前提下具有更好的传输质量,在传输质量相同的前提下具有最小的功率。3.在MTP AM-UEP算法的基础上通过将子载波划分为子带来降低MTP AM-UEP算法的复杂度,同时减少系统信令传输和信道信息反馈带来的开销。研究了划分子带的自适应调制MTP SAM-UEP算法在五种子带等效功率系数计算方案下的性能,分别为最小增益、最大增益、倒数平均、几何平均、算术平均方案。仿真结果表明,如果采用IEEE 802.16 SUI-3信道模型,当子带等效功率系数采用几何平均方案时,能够在传输性能和功率消耗之间获得最好的折衷,在一个子带内包含16个子载波时依然具有同MTP AM-UEP算法可比的性能,具有较好的实用性。4.分析了采用数据扩展(Data Spread)技术的OFDM模型的特点,在此基础上说明原始数据符号具有完全相同的传输特性。为了提高传输质量,可以对新数据符号的权值进行调整,权值完全由信道特性决定。然后分析了数据扩展自适应调制OFDM系统的特点,指出在原始数据符号间平均分配比特和功率就是最优分配,而且原始数据符号的数量应该等于子载波的数量。接下来分别研究了以容量最大化和功率最小化为目标的自适应调制问题,给出了相应的算法。最后将数据扩展技术应用于不等错误保护传输,提出了以用户需求为目标的功率最小化数据扩展自适应调制UEP算法(DS-MTP UEP)。仿真结果表明采用数据扩展技术后,系统性能比传统OFDM中的自适应调制算法稍差,但是解决了传统OFDM系统中算法复杂度高,需传输大量调制参数信息的问题,并且可以保证数据的传输质量要求,具有重要的实际应用意义。5.将保障QoS的MAC协议和保障QoS的物理层传输方案有效地结合起来,对Ad hoc网络中的物理层MAC层跨层联合设计进行了初步的探讨。首先介绍了支持物理层QoS的PPDU帧结构,包括PLCP前缀,信令段和数据段,说明了各部分的具体结构和用途,增加了两个信令来实现不等错误保护和自适应调制。然后介绍了支持QoS的MAC协议,给出了参数定义和工作流程描述。最后分析了MAC层和物理层之间的层间信息交互。通过联合设计,可以充分利用信道资源,提高数据传输质量,保证BER、时延等QoS参数要求。