專業(yè)課程設(shè)計B毛興旺

1、一、摘要現(xiàn)代社會對通信的要求越來越高，于是設(shè)計和開發(fā)效率更高的通信系統(tǒng)成為通信工程界不斷追求的目標。各種新興的協(xié)議標準和通信技術(shù)不斷的被開發(fā)出來并得到廣泛的應(yīng)用。本文在認真研讀802.11a協(xié)議以及OFDM技術(shù)要點的基礎(chǔ)上，根據(jù)鏈路原理，運用matlab軟件進行了前導(dǎo)生成、擾碼與解擾、卷積編碼與解卷積、交織與解交織及星座映射與逆映射等各個模塊的仿真。首先根據(jù)長、短序列生成流程分別生成相應(yīng)序列，按照段序列在前，長訓(xùn)練序列在后的方式進行排序，得到了802.11a前導(dǎo)序列。擾碼建立在偽隨機序列理論的基礎(chǔ)上，其工作原理就是在發(fā)送端用加擾來改變原來數(shù)字的統(tǒng)計特性，而在接收端用解擾器恢復(fù)原始的數(shù)字信號。擾

2、碼產(chǎn)生是通過移位寄存器來實現(xiàn)的。然后將擾碼后的數(shù)據(jù)進行卷積編碼和維特比譯碼，進而對編碼后的數(shù)據(jù)進行交織和解交織。最后我們對交織后的數(shù)據(jù)進行了QPSK、16QAM星座映射和逆映射。經(jīng)過精心的matlab編程，對各個模塊的仿真均取得了較好的效果。整體上，將所有模塊串接起來，也取得了滿意的效果。二、英文摘要三、引言802.11標準的制定包括802.11a、802.11b、802.11g等一系列標準。1999年802.11a標準通過，它應(yīng)用于5GHz頻段，并且最高支持54Mbps的速率。IEEE802.11a關(guān)于無線局域網(wǎng)的規(guī)定中，其物理層匯聚協(xié)議采用的是OFDM調(diào)制技術(shù)的標準。OFDM是一種特殊的多

3、載波調(diào)制技術(shù)，它利用載波間的正交性進一步提高頻譜利用率，并且可以抗窄帶干擾和抗多徑衰落。在未來的LTE beyond 時代，OFDM技術(shù)將得到廣泛的應(yīng)用。本文根據(jù)802.11a協(xié)議標準和OFDM技術(shù)的基本原理，運用matlab實現(xiàn)了前導(dǎo)生成、擾碼與解擾、卷積編碼與解卷積、交織與解交織及星座映射與逆映射等各個模塊的仿真。四、軟件設(shè)計實驗一 802.11物理層標準及OFDM技術(shù)1、實驗?zāi)康模?）、熟悉802.11a幀結(jié)構(gòu)；（2）、掌握802.11a物理層PPDU的編碼過程；（3）、了解OFDM技術(shù)原理。2、實驗原理（1）、PPDU幀結(jié)構(gòu)802.11a對OFDM的幀結(jié)構(gòu)作了具體的規(guī)定，PLCP協(xié)議數(shù)

4、據(jù)單元包括OFDM PLCP報頭、PSDU、尾比特以及填充比特。其中報頭包括速率位、保留位、奇偶校驗位、尾比特和業(yè)務(wù)位。其中，長度位、速率位、保留位、尾比特構(gòu)成一個OFDM符號，用信號段（Signal）表示。信號段采用的是BPSK調(diào)制，1/2的編碼速率。業(yè)務(wù)位16bit、PSDU,再加上6個尾比特，以及填充比特構(gòu)成數(shù)據(jù)區(qū)。其中，信號段的速率位以及長度位決定著數(shù)據(jù)的比特率，進而決定其調(diào)制方式，編碼速率等一系列參數(shù)值。 OFDM的前導(dǎo)訓(xùn)練序列包括10個短訓(xùn)練序列、2個長訓(xùn)練序列。前導(dǎo)訓(xùn)練序列用來做系統(tǒng)的同步、信道估計、頻偏估計、自適應(yīng)控制等。前導(dǎo)訓(xùn)練序列后面是Signal段，在后面是Data區(qū)。O

5、FDM技術(shù)的基本思想是將串行數(shù)據(jù)并行地調(diào)制在多個正交的子載波上，這樣可以降低每個子載波的碼元速率，增大碼元的符號周期，提高系統(tǒng)的抗衰落和干擾能力，同時由于每個子載波的正交性，大大地提高了頻譜的利用率，所以非常適合移動場合中的高速傳輸。 實驗二 802.11a前導(dǎo)生成原理1、實驗?zāi)康模?）、了解802.11a的物理層幀格式（2）、掌握長短訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)及生成方式（3）、仿真實現(xiàn)802.11前導(dǎo)2、實驗原理802.11a中OFDM的前導(dǎo)訓(xùn)練序列包括10個短訓(xùn)練序列和2個長訓(xùn)練序列。10個短訓(xùn)練序列來用來進行收端的AGC、定時捕獲以及完成頻率的粗同步；2個長訓(xùn)練序列的作用時在接收端進行信道估計以及進行系

6、統(tǒng)的細同步。每個OFDM符號之間需要加保護間隔，其保護間隔持續(xù)時間為0.8微秒，實際實現(xiàn)時我們使用0.8微秒的循環(huán)前綴來替代保護間隔。循環(huán)前綴是在OFDM符號后面截取0.8微秒的數(shù)據(jù)而得到的。3、實驗過程（1）、短訓(xùn)練序列、長訓(xùn)練序列的生成的流程圖如下： Preamble=short_long_str結(jié)束開始將52個子載波中的12個子載波能量歸一化得到調(diào)制因子S取long中64個點的33-64個，再將64個點重復(fù)兩次，之后加窗得到long-str將調(diào)制因子S進行傅里葉逆變換得到短訓(xùn)練序列short將調(diào)制因子L進行傅里葉逆變換得到長訓(xùn)練序列l(wèi)ong將short重復(fù)10次加窗得到short str

7、去掉子載波序列中唯一1個0得到調(diào)制因子L去掉子載波序列7個連0中的1個4、程序代碼function D_squence=code3(S) g0=1,0,1,1,0,1,1; g1=1,1,1,1,0,0,1; X1=conv(single(g0),single(S); X2=conv(single(g1),single(S); X1=mod(X1,2); X2=mod(X2,2); X3=cat(1,X1,X2); n=size(X1,2); k=2*n; X=reshape(X3,1,k); b=size(X,2); X=X(1:b-12); D_squence=X;實驗三 擾碼及解擾1、

8、實驗?zāi)康模?）了解擾碼的原因；(2)了解擾碼器的功能及產(chǎn)生擾碼的方法；（3）學(xué)會對信息進行加擾。2、實驗原理在數(shù)字通信系統(tǒng)中，若經(jīng)常出現(xiàn)長的“0”或“1”系列，將會影響到位同步的建立和保持。為了解決這個問題以及限制電路中存在的不同程度的非線性特性對其他電路通信造成的串擾，要求數(shù)字信號的最小周期足夠長。將數(shù)字信號變成具有近似白噪聲統(tǒng)計特性的數(shù)字序列即可滿足要求，這通常用加擾來實現(xiàn)。而所謂加擾就是不用增加冗余而擾亂信號，改變數(shù)字信號統(tǒng)計特性，使其具有近似白噪聲統(tǒng)計特性的一種技術(shù)。這種擾亂是有規(guī)律可循的，因此也是可以解除的。 擾碼的作用就是對輸入的信號進行隨機化處理，以減少數(shù)據(jù)的連0連1數(shù)目，確保接

9、收端的位同步提取，并同時擴展基帶信號頻率，起到加密效果。這種加擾的基礎(chǔ)建立在偽隨機序列的基礎(chǔ)上，其工作原理就是在發(fā)送端用加擾來改變原來數(shù)字的統(tǒng)計特性，而在接收端用解擾器恢復(fù)原始的數(shù)字信號。擾碼的產(chǎn)生是通過循環(huán)移位寄存器來實現(xiàn)的，而擾碼生成多項式?jīng)Q定循環(huán)移位寄存器的結(jié)構(gòu)。802.11a協(xié)議規(guī)定需對DATA信息部分進行加擾。DATA域包括Service、PSDU尾比特以及填充比特，在卷積編碼之前需要經(jīng)過一長度為127Bit的幀同步擾碼器對DATA域進行擾碼，PSDU的八位位組按發(fā)送串行比特流形式存在，比特0最先，比特7最后。為了正確有效的解擾，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

10、擾器初始狀態(tài)設(shè)置為偽隨機非0態(tài)。為了能估計接收端解擾器的初始狀態(tài)，在加擾前，SERVICE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(jié)果作為接收端擾碼器的初始狀態(tài)，從而進行有效正確的解擾。3、 實驗過程（1）、擾碼生成的流程圖如下圖開始初始化加擾器，設(shè)置為全1狀態(tài)將移位寄存器4和7中的數(shù)據(jù)進行異或，結(jié)果送給移位寄存器1左移數(shù)據(jù)，即X7=X6，X6=X5，輸出移位寄存器1中的數(shù)據(jù)將移位寄存器1中的數(shù)據(jù)補充到輸入的隨機序列的長度再和輸入的隨機序列異或結(jié)束注釋：802.11a規(guī)定擾碼寄存器結(jié)構(gòu)與解擾寄存器結(jié)構(gòu)相同，所以擾碼實現(xiàn)過程與解擾相同。4、 程序代碼擾碼（解擾碼）函數(shù)f

11、unction DP_squence=raoma(S) A=1,1,1,1,1,1,1; B=zeros(1,127); for k=1:127 B(1,k)=xor(A(1,4),A(1,7); A=circshift(A,0, 1); A(1,1)=xor(A(1,4),A(1,7); end count=size(S,2); m=mod(count,127); n=(count-m)/127; P=B(1:m); if n=0 B1=P; else B1=B; for k=1:(n-1) B1=B1 B; end B1=B1 P end for b=1:count RDATA(1,b)=

12、xor(S(1,b),B1(1,b); endDP_squence=RDATA;實驗四 卷積編碼和解卷積1、 實驗?zāi)康模?） 了解卷積編碼器的結(jié)構(gòu)及其工作原理；（2） 掌握卷積編碼的原理及編碼方法2、 實驗原理 由SERVICE、PSDU、尾比特及填充比特組成的DATA字段按照要求的數(shù)據(jù)速率，以R=1/2,2/3,3/4的編碼速率進行卷積編碼。卷積編碼器使用工業(yè)標準的生成多項式，g0=133（8），g1=171（8），R=1/2,即都用8進制表示。若采用“刪除”技術(shù)會得到更高的速率，刪除是在發(fā)送端省略一些編碼的比特（這樣減少了發(fā)射比特數(shù)，提高了編碼效率），接收端卷積解碼器在省略比特的位置插入啞

13、元“0”。3、 實驗過程（1）、卷積編碼流程圖如下圖所示：開始g0=1011011;g1=1111001將擾碼輸出的結(jié)果和g0卷積后再和2取余得到X1將擾碼輸出的結(jié)果和g1卷積后再和2取余得到X2將X1和X2按照X11，X21，X12，X22的方式讀出存放在行矩陣X中Rate=2/3RATE=3/4 否 否 將X中的數(shù)據(jù)后補0后重排成一個6列的矩陣并去掉第4、5列將X中的數(shù)據(jù)后補0后重排成一個4列的矩陣并去掉第4列將X按行輸出結(jié)束（2）、解卷積流程圖開始是Rate=2/3RATE=3/4 否 否 是將X中的第四列補零將X中的第四第五列補零 將X按行輸出進行vitdec譯碼結(jié)束4、 程序代碼（1

14、）、卷積編碼function D_squence=code3(S) g0=1,0,1,1,0,1,1; g1=1,1,1,1,0,0,1; X1=conv(single(g0),single(S); X2=conv(single(g1),single(S); X1=mod(X1,2); X2=mod(X2,2); X3=cat(1,X1,X2); n=size(X1,2); k=2*n; X=reshape(X3,1,k); b=size(X,2); X=X(1:b-12); D_squence=X;（2）、卷積解碼function D_squence=decode3(S) tblen=7;

15、t=poly2trellis(7,133,171); Y=vitdec(S,t,tblen,'trunc','hard'); Y=Y(1:size(Y,2); D_squence=Y;實驗五 交織及解交織1、實驗?zāi)康模?）了解交織的目的；（2）了解交織的原理及實現(xiàn)方法；2、實驗原理所有編碼后的數(shù)據(jù)比特以單個OFDM符號中的比特數(shù)cbps作為塊的大小，使用塊交織器進行交織。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)逆過程的交織器也有

16、兩部置換完成。3、實驗過程（1）、交織開始 將卷積結(jié)果中X中的數(shù)據(jù)后補0后重排成一個48行的矩陣用K表示其行數(shù)，K=1:48將K代入公式進行兩次置換將矩陣中的數(shù)據(jù)按照置換后對應(yīng)的位置重新排列后輸出結(jié)束（2）、解交織開始用K表示交織后序列其行數(shù)，K=1:48將K代入公式進行兩次置換將矩陣中的數(shù)據(jù)按照置換后對應(yīng)的位置重新排列后輸出結(jié)束 4、程序代碼function DR=jiaozhi(S) a=size(S,2); b=mod(a,48); N=48; s=1; if mod(a,48)=0; S=S zeros(1,48-b); else S=S; end c=size(S,2); d=c/4

17、8; S=reshape(S,48,d); for k=1:47 j=(N/16)*(mod(k,16)+floor(k/16); B(k,1:d)=S(j+1,1:d); end S=cat(1,S(1,1:d),B); for i=1:47 f=i+N-floor(16*i/N); j=s*floor(i/s)+mod(f,s); C(i,1:d)=S(j+1,1:d); end S=cat(1,S(1,1:d),C) S=reshape(S,1,c); DR=S;實驗六 星座映射及逆映射1、實驗?zāi)康模?） 掌握16QAM及64QAM星座映射的規(guī)律； （2） 掌握產(chǎn)生16QAM及64QAM

18、信號的方法；（3） 學(xué)會編程產(chǎn)生星座圖；（4） 利用星座映射的規(guī)律，推出16QAM及64QAM星座逆映射的方法。2、實驗原理（1）、16QAM調(diào)制原理16QAM是用兩路獨立的正交4ASK信號疊加而成，4ASK是用多電平信號去鍵控載波而得到的信號。它是2ASK體制的推廣，和2ASK相比，這種體制的優(yōu)點在于信息傳輸?shù)乃俾矢?。正交振幅鍵控是利用多進制振幅鍵控和正交載波調(diào)制相結(jié)合產(chǎn)生的。16進制的正交振幅調(diào)制是一種振幅相位聯(lián)合鍵控信號。16QAM的產(chǎn)生有2種方法；（1）正交調(diào)幅法，它是有2路正交的四電平振幅鍵控信號疊加而成。（2）復(fù)合相移法：它是有2路獨立的的四相位移相鍵控信號疊加而成。（2）、16Q

19、AM解調(diào)原理16QAM信號采取正交相干解調(diào)的方法解調(diào)，解調(diào)器首先對收到的16QAM信號進行正交相干解調(diào)，一路與coswt相乘，一路與sinwt相乘。然后經(jīng)過低通濾波器，低通濾波器LPF濾除乘法器產(chǎn)生的高頻分量，獲得有用信號，低通濾波器輸出經(jīng)過抽樣判決可恢復(fù)出電平信號。（3）、64QAM64QAM調(diào)制器可以用兩種方法實現(xiàn)，其一是正交調(diào)幅法，它是用兩路正交的八電平振幅鍵控信號疊加而成；其二是四相疊加法，它是用大，中，小三個四相調(diào)制信號合成64QAM信號。3、實驗過程（1）、16QAM調(diào)制 開始 將交織后的數(shù)據(jù)后補0后使其長度變成16的整數(shù)倍再將加0后的矩陣變成一個四列的矩陣X將2進制的矩陣X變?yōu)?

20、0進制形式，即X*8;4;2;1+1 m=1x=-3:2:3;y=-3:2:3Temp(m)=x+y*jm=16 是 否m=m+1將Temp重整后的第3、4行交換位置，第3、4列交換位置將輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)到星座圖上相應(yīng)位置并按行輸出將矩陣中的數(shù)據(jù)按照置換后對應(yīng)的位置重新排列后輸出結(jié)束（2）、16QAM解調(diào)開始 建立一個零矩陣，行數(shù)為16QAM調(diào)制輸出矩陣demond的4倍，列數(shù)不變觀察星座圖的規(guī)律得以下式子Bit0 =real（demond）；Bit2=imag（demond）；Bit1=abs（Bit0）；Bit3= abs（Bit2）；Bit=Bit0 Bit1 Bit2 Bit3 for i

21、=1：lengthBit(i)=1或3是 否 Bit（i）=0 Bit（i）=1i=length 否是結(jié)束4、程序代碼（1）、16QAM調(diào)制function A_squence=qam16(S) a=size(S,1)*size(S,2); b=a/4; S=reshape(S,b,4); m=1; for x=-3:2:3 for y=-3:2:3 T(m)=x+y*j; m=m+1; end end T=reshape(T,4,4); T=T(1,2,4,3,1,2,4,3); T=reshape(T,1,16); X=scatterplot(T) A=S*8;4;2;1+1; for i

22、=1:b B(i)=T(A(i); end A_squence =B;（2）、16QAM解調(diào)function AZ=Rqam16(S) a=size(S,2); B=zeros(1,4*a); A0=real(S); A2=imag(S); A1=2-(abs(A0); A3=2-(abs(A2); B=A0 A1 A2 A3; for i=1:4*a if B(i)=1|B(i)=3 B(i)=1; else B(i)=0; end end AZ=B; （3）、QPSK調(diào)制 function AF=xingzuo(A)B=reshape(A,24,2);Temp=-1-j,-1+j,1-j,1+j;for i=1:24 B(i)=B(i,:)*2;1+1; mod_out(i)=Temp(B(i)end AF=mod_out;（4）、QPSK解調(diào) function AD=Rxingxuo(A)A=reshape(A,24,1); REAL=real(A); IMAG=imag(A); B=zeros(48,1);