基于ieee802.11a鏈路仿真專業(yè)課程設計

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文檔簡介

1、　　通信與信息工程學院 　　專業(yè)課程設計B報告　　專業(yè)班級： 　　學生姓名： 　　學號(班內序號): 　　201

2、4 年 04 月 11 日　　題目：基于IEEE802.11a鏈路仿真　　設計目的：　　熟練掌握通信原理的基本知識；　　熟練運用數(shù)字信號處理課程的基本知識；　　熟練掌握無線編碼與

3、調制過程；　　了解OFDM技術原理；　　熟練運用matlab工具；　　設計原理：　　802.11a物理層標準及OFDM技術　　1.PPDU幀結構</

4、p>　　圖1為PPDU的幀格式，包括OFDM PLCP前導碼、OFDM PLCP頭、PSDU、尾比特和填充比特。PLCP報頭包括：信號段的速率位（RATE）、長度位（LENGTH）、保留比特、奇偶檢驗比特以及服務（SERVICE）字段。從調制角度看，長度、速率、預留比特和奇偶比特（加上6個‘0’尾比特）組成了一個獨立的OFDM符號，記為信號（SIGNAL）字段，該字段以可靠的BPSK調制及1/2編碼率發(fā)送。P

5、LCP報頭的SERVICE字段與PSDU（加上6個‘0’尾比特和填充比特）一起，標記為DATA字段，以RATE字段中指示的數(shù)據(jù)速率進行發(fā)送，并且可能組成多個OFDM符號。在接收SIGNAL字段內的尾比特后可立即解碼出RATE和LENGTH字段，這兩者對于解碼出該分組中的DATA是必須的。此外，即使接收方不支持接收的分組中的數(shù)據(jù)速率，通過從分組中的DATA和LENGTH的內容中推測出分組的持續(xù)時間。

6、;　　圖1 PPDU幀結構　　2.OFDM的符號結構　　如圖所示，OFDM的前導訓練序列包括10個短訓練序列、2個長訓練序列。前導訓練序列用來做系統(tǒng)的同步、信道估計、頻偏估計、自適應控制（AGC）等。前導訓練序列后面是Signal段，再后面是Data區(qū)。　　圖2 OFDM的符號結構<

7、p>　　其中t1-t10表示短訓練符號，T1和T2表示長訓練符號，總的訓練時間為16us。圖中的虛線表示邊界代表傅里葉逆變換的周期性引起的循環(huán)。　　3.OFDM技術簡介　　OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用）是一種特殊的多載波調制技術，它利用載波間的正交性進一步提高頻譜利用率

8、，而且可以抗窄帶干擾和抗多徑衰落。OFDM通過多個正交的子載波將串行數(shù)據(jù)并行傳輸，可以增大碼元的寬度，減少單個碼元占用的頻帶，抵抗多徑引起的頻率選擇性衰落，可以有效克服碼間串擾，降低系統(tǒng)對均衡技術的要求，非常適合移動場合中的高速傳輸。　　圖3 OFDM系統(tǒng)原理圖　　設計內容：

9、　　802.11a鏈路設計總流程：　　1、802.11a前導生成原理　　產(chǎn)生PLCP前導碼字段，本字段由10個重復的‘段訓練序列’（用于自動增益集中控制、分集選擇、定時捕獲和接收機粗略頻率捕獲）和兩個重復的‘長訓練序列’（用于信道估計和接收機精確頻率捕獲）組成，前面為保護間隔（GI）。　　OFDM短訓練序列由調制

10、過的12個子載波組成。調制因子s=sqrt(13/6)*[0,0,1+j,0,0,0,-1-j,0,0,0,i+j,0,0,0,-1-j,0,0,0,-1-j,0,0,0,1+j,0,0,0,0,0,0,-1-j,0,0,0,-1-j,0,0,0,1+j,0,0,0,1+j,0,0,01+j,0,0,0,1+j,0,0,0];將52個子載波中的12個子載波的能量歸一化，并進行IFFT傅里葉逆變換，最后進行0.8微秒的矩形時間加窗。OFD

11、M長訓練序列由調制過的53個子載波組成。調制因子L=[1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1,1,1,1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1,1,1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1,-1,1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,1,1,1,1];同樣進行IFFT傅里葉逆變換，最后進行0.8微秒、幅度為1的矩形時間加窗。

12、　　2、擾碼及解擾碼　　幀同步加擾器使用以下的生成多項式：S(X)=X7+X4+1。為了進行正確有效的解擾，加擾發(fā)送數(shù)據(jù)和解擾接收數(shù)據(jù)使用同一個擾碼器。發(fā)送時，加擾器初始狀態(tài)設置為偽隨機非0態(tài)。在加擾前，SERVI CE字段的7個低有效比特置0，這樣在接收端解擾時就可以以7個0被擾后的結果作為收端擾碼器的初始狀態(tài)，從而進行有效正確的解擾。 <p

13、>　　將移位寄存器4和7中的數(shù)據(jù)進行異或，再進行左移數(shù)據(jù)后送給移位寄存器，一般我們默認產(chǎn)生的比特序列大于127，所以對大于127的比特序列和127進行取整且循環(huán)取整的次數(shù)，這時得到比特序列再和輸入的序列進行異或。　　卷積編碼和解卷積　　卷積編碼器使用工業(yè)標準的生成多項式，g0=133(8)，g1=171(8)，

14、R=1/2，即都用8進制表示。標記為“A”的比特在從編碼器輸出時位于比特“B”之前。　　隨機產(chǎn)生一組1行n列的二進制數(shù)，利用卷積編碼器進行卷積編碼。　　交織及解交織　　交織器中進行兩次置換：第一次置換將相鄰的編碼比特映射到不相鄰的子載波上，第二次置換確保相鄰編碼比特被交替映射

15、到星座的高有效位和低有效位比特，因而避免了可靠性比特的長期存在。實現(xiàn)逆過程的交織器也由兩步置換完成。當交織的程度越深，突發(fā)性錯誤越強，信道譯碼器的性能將由此得到提升。　　5、星座映射及逆映射　　BPSK利用數(shù)字信號來控制載波的相位，具有較好的抗噪性能和較高的頻譜利用率。BPSK解調時，必須有與此同頻同相的同步載波。<p&g

16、t;　　設計流程：　　前導生成流程　　擾碼生成流程　　卷積編碼生成流程　　N

17、 N　　Y Y　　交織生成流程　　星座映射生成流程　　設計總結:</

18、p>　　Matlab學習心得：首先是對matlab有了一個全新的認識，其次是對matlab的更多操作和命令的使用有了更高的掌握。徹底掌握了相關的命令操作和處理方法以及命令窗口和.m文件的不同效果的運用。對同一模塊的相關功能和技術指標分析和性能分析非常重要，真正的分析和了解原理是非常重要的。Matlab真的是個非常強大和有用的工具，真正把它學懂學透的話還是需要下非常大的功夫和努力的。&l

19、t;p>　　前導設計心得：前導碼的設計都具有低峰值到平均功率比，這樣就能最小化剪輯信號或信號分辨率的問題。在程序設計的時候，對長短序列的加窗理解的不夠到位，使得實驗一開始就落下了進度。　　擾碼：其實擾碼的作用主要就是對隨機產(chǎn)生的錯誤進行糾正，剛開始編寫程序的時候我們考慮了小于127的比特序列，其實在實際中我們用到的都是大于127的比特序列。　　卷積

20、碼：卷積碼的糾錯能力隨著N的增大而增大，在編碼器復雜程度相同的情況下卷積碼的性能優(yōu)于分組碼，卷積編碼當前的輸出不僅與當前的輸入有關，而且與它之前的（V-1）個輸入有關。在程序的設計過程中，我較好的利用了matlab中的卷積函數(shù)，算是在幾個程序設計中效率較高。　　交織：交織是對突發(fā)性的錯誤進行糾正，交織的程序重點就是對兩次比特位位置的置換的正確理解和應用。

21、　　BPSK調制：通過本次練習，我進一步了解了BPSK調制的過程，理解了無碼間串擾的意義。是把模擬信號轉換成數(shù)據(jù)值的方法之一，表現(xiàn)信息鍵控相移方式的一種。　　我坦誠的說自己掌握的還是十分有限，但是老師給我們講解的相關原理方法是十分有效果的，對自己以后的要求需要更高，現(xiàn)在真正掌握的知識皮毛，想取得更大的成績就得不斷地去努力學習。　　參考文

22、獻:　　附件：（主要程序）　　總程序　　function [signal,data,code,data_in]=communication()　　%SIGNA

23、L序列　　signal=randint(1,24,2),%隨機產(chǎn)生24個二進制數(shù)　　code=convolutional(signal);%卷積編碼　　RE=interweave(code);%交織　　mod_out=BPSK_t(RE);%BPSK調

24、制　　mod_ofdm_syms = Add_Pilot(mod_out);%插入導頻　　time_syms= IFFT64(mod_ofdm_syms);%傅里葉變換　　time_signal = Add_CP(time_syms); %增加CP　　%

25、DATA序列　　data=randint(1,24,2),　　data_out=scramble(data);%加擾　　data_out=data_out*1;　　code=convolutional(data_out);<

26、;p>　　RE=interweave(code);　　mod_out=BPSK_t(RE);　　mod_ofdm_syms = Add_Pilot(mod_out);　　time_syms= IFFT64(mod_ofdm_syms);　　time_data = A

27、dd_CP(time_syms); 　　preamble=qd();%生成前導　　ppdu=[preamble time_signal time_data];%PPDU幀　　[freq_tr_syms, freq_data_syms, freq_pilot_syms] = FFT64(ppdu); e=freq_

28、data_syms;　　signal=e(1:48);　　data=e(49:96);　　%SIGNAL　　mod_in=BPSK_jt(signal);　　record_in=deinter

29、leaver(mod_in);　　code=deconvolution(record_in),　　%DATA　　mod_in=BPSK_jt(data);%BPSK解調　　record_in=deinterleaver(mod_in)

30、;%解交織　　code=deconvolution(record_in);%解卷積　　data_in=descramble(code),%解擾　　前導　　function preamble=qd()<p&

31、gt;　　b=[1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1,1,1,1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1,1,1,1,1,-1,-1,1,1,-1,1,-1,1,-1,-1,-1,-1,-1,1,1,-1,-1,1,-1,1,-1,1,1,1,1];　　s=sqrt(13/6)*[0,0,1+j,0,0,0,-1-j,0,0,0,i+j,0,0,0,-1-j,0,0,0,-1-

32、j,0,0,0,1+j,0,0,0,0,0,0,-1-j,0,0,0,-1-j,0,0,0,1+j,0,0,0,1+j,0,0,01+j,0,0,0,1+j,0,0,0];　　time_syms=IFFT64(s);　　g=1;　　for w=1:16

33、　　x(g)=time_syms(w);　　g=g+1;　　end　　short=[x,x,x,x,x,x,x,x,x,x];　　%short(1)=short(1)*0.5;&

34、lt;/p>　　short(160)=short(160)*0.5;　　time_syms=IFFT64(b);　　g=1;　　for w=33:64　　y(g)=time_syms(w);</p&g

35、t;　　g=g+1;　　end　　long=[y,time_syms,time_syms];　　%long(1)=long(1)*0.5;　　long(160)=long(1

36、60)*0.5;　　%short(160)=short(160)+long(1);　　%long(1)=[];　　preamble=[short,long];　　擾碼　　function da

37、ta_out=scramble(data_in)　　D_init=[1,1,1,1,1,1,1];　　for k=1:127　　EX=xor(D_init(4),D_init(7));　　D_init=circshift(D_init,[1,1]);

38、　　D_init(1)=EX;　　data(k)=EX;　　end　　len=length(data_in);　　n=mod(len,127);　　if

39、n==0　　data=repmat(data,1,floor(len/127));　　data_out=xor(data_in,data);　　else　　for m=1:n&

40、lt;/p>　　d(m)=data(m);　　end　　data=repmat(data,1,floor(len/127));　　r=[data,d];　　data_out=xor(data_in,r);&

41、lt;/p>　　end　　解擾　　function data_in=descramble(data_out)　　D_init=[1,1,1,1,1,1,1];　　for

42、 k=1:127　　EX=xor(D_init(4),D_init(7));　　D_init=circshift(D_init,[1,1]);　　D_init(1)=EX;　　data(k)=EX;　　end&l

43、t;/b>　　len=length(data_out);　　n=mod(len,127);　　if n==0　　data=repmat(data,1,floor(len/127));

44、data_in=xor(data_out,data);　　else　　for m=1:n　　d(m)=data(m);　　end<

45、;p>　　data=repmat(data,1,floor(len/127));　　r=[data,d];　　data_in=xor(data_out,r);　　end　　卷積</p&

46、gt;　　function code=convolutional(msg)　　t=poly2trellis(7,[133 171]); %定義trellis（產(chǎn)生碼字的卷積編碼器）　　code = convenc(msg,t); %卷積編碼　　解卷積&l

47、t;/p>　　function msg=deconvolution(code)　　t=poly2trellis(7,[133 171]); %定義trellis（產(chǎn)生碼字的卷積編碼器）　　msg = vitdec(code,t,1,'trunc','hard');<

48、p>　　交織　　function RE=interweave(record_in)　　NB=1;NC=48;s=max(NB/2,1);　　for k=0:NC-1　　zz(k+1)=(NC/16)*mod(k,16)+floo

49、r(k/16);　　T_zz(k+1)=s*floor(zz(k+1)/s)+mod(zz(k+1)+NC-floor(16*zz(k+1)/NC),s);　　end　　for n=1:48　　RE(T_zz(n)+1)=record

50、_in(n);　　End　　解交織　　function record_in=deinterleaver(RE)　　NB=1;NC=48;s=max(NB/2,1);<

51、p>　　for k=0:NC-1　　zz(k+1)=s*floor(k/s)+mod(k+floor(16*k/NC),s);　　t_zz(k+1)=16*zz(k+1)-(NC-1)*floor(16*zz(k+1)/NC);　　end<

52、p>　　for n=1:48　　record_in(t_zz(n)+1)=RE(n);　　end　　BPSK調制　　function mod_out=BPSK_t(mod_in)</p

53、>　　for i=1:length(mod_in)　　if mod_in(i)==0　　mod_out(i)=-1;　　else　　mod_out(i)=1;<

54、;b>　　end　　end　　BPSK解調　　function mod_in=BPSK_jt(mod_out)　　for i=1:length(mod_out)</

55、p>　　if mod_out(i)<0　　mod_in(i)=0;　　else　　mod_in(i)=1;　　end&l

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