專業(yè)課程設(shè)計(jì)B毛興旺

―、摘要現(xiàn)代社會(huì)對(duì)通信的要求越來(lái)越高,于是設(shè)計(jì)和開(kāi)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(biāo)。各種新興的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和通信技術(shù)不斷的被開(kāi)發(fā)出來(lái)并得到廣泛的應(yīng)用。本文在認(rèn)真研讀802.11a協(xié)議以及OFDM技術(shù)要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)鏈路原理，運(yùn)用matlab軟件進(jìn)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(gè)模塊的仿真。首先根據(jù)長(zhǎng)、短序列生成流程分別生成相應(yīng)序列，按照段序列在前，長(zhǎng)訓(xùn)練序列在后的方式進(jìn)行排序，得到了802.11a前導(dǎo)序列。擾碼建立在偽隨機(jī)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(lái)改變?cè)瓉?lái)數(shù)字的統(tǒng)計(jì)特性，而在接收端用解擾器恢復(fù)原始的數(shù)字信號(hào)。擾碼產(chǎn)生是通過(guò)移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然后將擾碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積編碼和維特比譯碼，進(jìn)而對(duì)編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行交織和解交織。最后我們對(duì)交織后的數(shù)據(jù)進(jìn)行了QPSK、16QAM星座映射和逆映射。經(jīng)過(guò)精心的matlab編程，對(duì)各個(gè)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(lái)，也取得了滿意的效果。二、英文摘要三、引言802.11標(biāo)準(zhǔn)的制定包括802.11a、802.11b、802.11g等一系列標(biāo)準(zhǔn)。1999年802.11a標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)，它應(yīng)用于5GHz頻段，并且最高支持54Mbps的速率。IEEE802.11a關(guān)于無(wú)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(biāo)準(zhǔn)。OFDM是一種特殊的多載波調(diào)制技術(shù)，它利用載波間的正交性進(jìn)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(lái)的LTEbeyond時(shí)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(biāo)準(zhǔn)和OFDM技術(shù)的基本原理，運(yùn)用matlab實(shí)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(gè)模塊的仿真。四、軟件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一802.11物理層標(biāo)準(zhǔn)及OFDM技術(shù)1、實(shí)驗(yàn)?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(guò)程；（3）、了解OFDM技術(shù)原理。2、實(shí)驗(yàn)原理（1）、PPDU幀結(jié)構(gòu)802.11a對(duì)OFDM的幀結(jié)構(gòu)作了具體的規(guī)定，PLCP協(xié)議數(shù)據(jù)單元包括OFDMPLCP報(bào)頭、PSDU、尾比特以及填充比特。其中報(bào)頭包括速率位、保留位、奇偶校驗(yàn)位、尾比特和業(yè)務(wù)位。其中，長(zhǎng)度位、速率位、保留位、尾比特構(gòu)成一個(gè)OFDM符號(hào)，用信號(hào)段（Signal）表示。信號(hào)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(gè)尾比特，以及填充比特構(gòu)成數(shù)據(jù)區(qū)。其中，信號(hào)段的速率位以及長(zhǎng)度位決定著數(shù)據(jù)的比特率，進(jìn)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(gè)短訓(xùn)練序列、2個(gè)長(zhǎng)訓(xùn)練序列。前導(dǎo)訓(xùn)練序列用來(lái)做系統(tǒng)的同步、信道估計(jì)、頻偏估計(jì)、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)。OFDM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(gè)正交的子載波上，這樣可以降低每個(gè)子載波的碼元速率，增大碼元的符號(hào)周期，提高系統(tǒng)的抗衰落和干擾能力，同時(shí)由于每個(gè)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(dòng)場(chǎng)合中的高速傳輸。實(shí)驗(yàn)二802.11a前導(dǎo)生成原理1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）、了解802.11a的物理層幀格式（2）、掌握長(zhǎng)短訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)及生成方式（3）、仿真實(shí)現(xiàn)802.11前導(dǎo)2、實(shí)驗(yàn)原理802.11a中OFDM的前導(dǎo)訓(xùn)練序列包括10個(gè)短訓(xùn)練序列和2個(gè)長(zhǎng)訓(xùn)練序列。10個(gè)短訓(xùn)練序列來(lái)用來(lái)進(jìn)行收端的AGC、定時(shí)捕獲以及完成頻率的粗同步;2個(gè)長(zhǎng)訓(xùn)練序列的作用時(shí)在接收端進(jìn)行信道估計(jì)以及進(jìn)行系統(tǒng)的細(xì)同步。每個(gè)OFDM符號(hào)之間需要加保護(hù)間隔，其保護(hù)間隔持續(xù)時(shí)間為0.8微秒，實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)我們使用0.8微秒的循環(huán)前綴來(lái)替代保護(hù)間隔。循環(huán)前綴是在OFDM符號(hào)后面截取0.8微秒的數(shù)據(jù)而得到的。3、實(shí)驗(yàn)過(guò)程（1）、短訓(xùn)練序列、長(zhǎng)訓(xùn)練序列的生成的流程圖如下：結(jié)束4、程序代碼functionD_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(shí)驗(yàn)三擾碼及解擾1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈹_碼的原因；了解擾碼器的功能及產(chǎn)生擾碼的方法；學(xué)會(huì)對(duì)信息進(jìn)行加擾。2、實(shí)驗(yàn)原理在數(shù)字通信系統(tǒng)中，若經(jīng)常出現(xiàn)長(zhǎng)的“0”或“1”系列，將會(huì)影響到位同步的建立和保持。為了解決這個(gè)問(wèn)題以及限制電路中存在的不同程度的非線性特性對(duì)其他電路通信造成的串?dāng)_，要求數(shù)字信號(hào)的最小周期足夠長(zhǎng)。將數(shù)字信號(hào)變成具有近似白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的數(shù)字序列即可滿足要求，這通常用加擾來(lái)實(shí)現(xiàn)。而所謂加擾就是不用增加冗余而擾亂信號(hào)，改變數(shù)字信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性,使其具有近似白噪聲統(tǒng)計(jì)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(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行隨機(jī)化處理，以減少數(shù)據(jù)的連0連1數(shù)目，確保接收端的位同步提取，并同時(shí)擴(kuò)展基帶信號(hào)頻率，起到加密效果。這種加擾的基礎(chǔ)建立在偽隨機(jī)序列的基礎(chǔ)上，其工作原理就是在發(fā)送端用加擾來(lái)改變?cè)瓉?lái)數(shù)字的統(tǒng)計(jì)特性，而在接收端用解擾器恢復(fù)原始的數(shù)字信號(hào)。擾碼的產(chǎn)生是通過(guò)循環(huán)移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而擾碼生成多項(xiàng)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(duì)DATA信息部分進(jìn)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(guò)一長(zhǎng)度為127Bit的幀同步擾碼器對(duì)DATA域進(jìn)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(gè)擾碼器。發(fā)送時(shí)，加擾器初始狀態(tài)設(shè)置為偽隨機(jī)非0態(tài)。為了能估計(jì)接收端解擾器的初始狀態(tài)，在加擾前，SERVICE字段的7個(gè)低有效比特置0，這樣在接收端解擾時(shí)就可以以7個(gè)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(jìn)行有效正確的解擾。3、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、擾碼生成的流程圖如下圖注釋：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(shí)現(xiàn)過(guò)程與解擾相同。4、程序代碼擾碼(解擾碼)函數(shù)functionDP_squence=raoma(S)A=[1,1,1,1,1,1,1];B=zeros(1,127);fork=1:127B(1,k)=xor(A(1,4),A(1,7));A=circshift(A,[0,1]);A(1,1)=xor(A(1,4),A(1,7));endcount=size(S,2);m=mod(count,127);n=(count-m)/127;P=B(1:m);ifn==0B1=P;elseB1=B;fork=1:(n-1)B1=[B1B];endB1=[B1P]endforb=1:countRDATA(1,b)=xor(S(1,b),B1(1,b));endDP_squence=RDATA;實(shí)驗(yàn)四卷積編碼和解卷積1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饩矸e編碼器的結(jié)構(gòu)及其工作原理；掌握卷積編碼的原理及編碼方法2、實(shí)驗(yàn)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(jìn)行卷積編碼。卷積編碼器使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的生成多項(xiàng)式，g0=133(8)，g1=171(8)，R=1/2,即都用8進(jìn)制表示。若采用“刪除”技術(shù)會(huì)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?cái)?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元“0”。3、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

(1)、卷積編碼流程圖如下圖所示:4、程序代碼、卷積編碼functionD_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;、卷積解碼functionD_squence=decode3(S)tblen=7;t=poly2trellis(7,[133,171]);Y=vitdec(S,t,tblen,'trunc','hard');Y=Y(1:size(Y,2));D_squence=Y;實(shí)驗(yàn)五交織及解交織了解交織的目的；了解交織的原理及實(shí)現(xiàn)方法;2、實(shí)驗(yàn)原理所有編碼后的數(shù)據(jù)比特以單個(gè)OFDM符號(hào)中的比特?cái)?shù)Ncbps作為塊的大小，使用塊交織器進(jìn)行交織。交織器中進(jìn)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(zhǎng)期存在。實(shí)現(xiàn)逆過(guò)程的交織器也有兩部置換完成。3、實(shí)驗(yàn)過(guò)程(1)、交織(2)、解交織(2)、解交織結(jié)束4、程序代碼functionDR=jiaozhi(S)a=size(S,2);b=mod(a,48);N=48;s=1;ifmod(a,48)~=0;S=[Szeros(1,48-b)];elseS=S;endc=size(S,2);d=c/48;S=reshape(S,48,d);fork=1:47j=(N/16)*(mod(k,16))+floor(k/16);B(k,[1:d])=S(j+1,[1:d]);endS=cat(1,S(1,[1:d]),B);fori=1:47f=i+N-floor(16*i/N);j=s*floor(i/s)+mod(f,s);C(i,[1:d])=S(j+1,[1:d]);endS=cat(1,S(1,[1:d]),C)S=reshape(S,1,c);DR=S;實(shí)驗(yàn)六星座映射及逆映射掌握16QAM及64QAM星座映射的規(guī)律；掌握產(chǎn)生16QAM及64QAM信號(hào)的方法；學(xué)會(huì)編程產(chǎn)生星座圖；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(shí)驗(yàn)原理、16QAM調(diào)制原理16QAM是用兩路獨(dú)立的正交4ASK信號(hào)疊加而成，4ASK是用多電平信號(hào)去鍵控載波而得到的信號(hào)。它是2ASK體制的推廣，和2ASK相比，這種體制的優(yōu)點(diǎn)在于信息傳輸?shù)乃俾矢?。正交振幅鍵控是利用多進(jìn)制振幅鍵控和正交載波調(diào)制相結(jié)合產(chǎn)生的。16進(jìn)制的正交振幅調(diào)制是一種振幅相位聯(lián)合鍵控信號(hào)。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(hào)疊加而成。(2)復(fù)合相移法：它是有2路獨(dú)立的的四相位移相鍵控信號(hào)疊加而成。、16QAM解調(diào)原理16QAM信號(hào)采取正交相干解調(diào)的方法解調(diào)，解調(diào)器首先對(duì)收到的16QAM信號(hào)進(jìn)行正交相干解調(diào)，一路與coswt相乘，一路％inwt相乘。然后經(jīng)過(guò)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(hào)，低通濾波器LPF輸出經(jīng)過(guò)抽樣判決可恢復(fù)出電平信號(hào)。、64QAM64QAM調(diào)制器可以用兩種方法實(shí)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(hào)疊加而成；其二是四相疊加法，它是用大，中，小三個(gè)四相調(diào)制信號(hào)合成64QAM信號(hào)。3、實(shí)驗(yàn)過(guò)程(1)、16QAM調(diào)制開(kāi)始將交織后的數(shù)據(jù)后補(bǔ)0后使其長(zhǎng)度變成16的整數(shù)倍再將加0后的矩陣變成一個(gè)四列的矩陣X(2)、16QAM解調(diào)4、程序代碼(1)、16QAM調(diào)制functionA_squence=qam16(S)

a=size(S,1)*size(S,2);

b=a/4;S=reshape(S,b,4);m=1;forx=-3:2:3fory=-3:2:3T(m)=x+y*j;m=m+1;endendT=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;fori=1:bB(i)=T(A(i));endA_squence=B;(2)、16QAM解調(diào)functionAZ=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=[A0A1A2A3];fori=1:4*aifB(i)==1||B(i)==3B(i)=1;elseB(i)=0;endendAZ=B;、QPSK調(diào)制functionAF=xingzuo(A)B=reshape(A,24,2);Temp=[-1-j,-1+j,1-j,1+j];fori=1:24B(i)=B([i],:)*[2;1]+1;mod_out(i)=Temp(B(i))endAF=mod_out;、QPSK解調(diào)functionAD=Rxingxuo(A)A=reshape(A,24,1);REAL=real(A);IMAG=imag(A);B=zeros(48,1);fori=1:24B(i)=REAL(i);B(24+i)=IMAG(i);endfori=1:48ifB(i)==-1B(i)=0;elseB(i)=1;endendAD=B，;五、測(cè)試結(jié)果1、信源產(chǎn)生〉〉A(chǔ)=xinyuan()請(qǐng)輸入信源序列[1,0,1,0,1,0,1,0,1,0]A=1010101010

2、擾碼與解擾>>B=raoma(A)B二?C=jierao(B)3、卷積編碼與解卷積?D=code3(B)D二Columns1through19100101101010010Column200?E=decode3(D)E二101014、交織與解交織?F=jiaozhi(D)F二Columns1through191111100000000000100Columns20through381000000000000001011Columns39through480000000000>>G=jiejiaozhi(F)G二1101001011101010010Columns20through380000000000000000000Columns39through48000000000011through19Columns5、星座映射與逆映射?H=qaml6(F)Columns3.0000Columnsthrough-3.0000-3.OOOOithrough1.OOOOi1.OOOOi3.0000-3.OOOOi3.0000一3.OOOOi1.0000-3.OOOOi-3.0000-3.Columns3.0000Columnsthrough-3.0000-3.OOOOithrough1.OOOOi1.OOOOi3.0000-3.OOOOi3.0000一3.OOOOi1.0000-3.OOOOi-3.0000-3.OOOOi12-1.0000-3.OOOOi-3.0000-3.OOOOi-3.0000-3.OOOOi-3.0000+3.OOOOi-3.0000-3.OOOOi?J=Rqaml6(H)J二Columns1through191