專業(yè)課程設計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)議標準和通信技術不斷的被開發(fā)出 來并得到廣泛的應用。本文在認真研讀802. 11a協(xié)議以及ofdm技術要點的基礎 上，根據(jù)鏈路原理，運用matlab軟件進行了前導生成、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序列，按照段序列在前，長訓練序列在后的方式進行排序，得到了 802. 11a前導序列。擾碼建立在偽隨機序列理論的基礎上， 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

2、復原始的數(shù)字信號。擾碼產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o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、英文摘要引言802. 11標準的制定包括802. lla> 802.11b、802. llg等一系列標準。1999 年802. 11a標準通過，它應用于5ghz頻段，并且最高支持54mbps的速率。ieee802. 11a關于無線局域網的規(guī)定中，其物理層匯聚協(xié)議采用的是ofd

3、m調制技術的標準。ofdm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，并且可以抗窄帶干擾和抗多徑衰落。在未來的lte beyond時 代，ofdm技術將得到廣泛的應用。本文根據(jù)802. 11a協(xié)議標準和ofdm技術的基本原理，運用matlab實現(xiàn)了前導生成、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。實驗一 802.11物理層標準及ofdm技術1、實驗目的(1) 、熟悉802.11a幀結構；(2) 、掌握802. 11a物理層ppdu的編碼過程;(3) 、了解ofdm技術原理。2、實驗原理(1) 、ppdu幀結構802. 11 a

4、對ofdm的幀結構作了具體的規(guī)定,plcp協(xié)議數(shù)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)務位。其中，長度位、速率位、保留位、尾比特構 成一個ofdm符號，用信號段(signal)表示。信號段采用的是bpsk調制， 1/2的編碼速率。業(yè)務位16bit、psdu,再加上6個尾比特，以及填充比特構 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 定其調制方式，編碼速率等一系列參數(shù)值。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、自適應控制等

5、。前導訓練 序列后面是signal段，在后面是data區(qū)。ofdm技術的基本思想是將串行數(shù)據(jù)并行地調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前導生成原理1、實驗目的(1) 、了解802.11a的物理層幀格式(2) 、掌握長短訓練的結構及生成方式(3) 、仿真實現(xiàn)802. 11前導2、實驗原理802. 11a中ofdm的前導訓練序列包括10個短訓練序列和2個長訓練序 列。10個短訓練序列來用來進行收端的agc、定時捕獲

6、以及完成頻率的粗同步；2個長訓練序列的作用時在接收端進行信道估計以及進行系統(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)、短訓練序列、長訓練序列的生成的流程圖如下:4、程序代碼function d_squence=code3(s)g0=l,0, 1,1, 0,1,1;gl=l, 1, 1, 1,0, 0,1;xl=conv(single(go), single(s);x2=conv (single (gl), single

7、(s);xi二mod(xi, 2);x2=mod(x2, 2);x3=cat(l,xl,x2);n=size(xl, 2);k=2*n;x=reshape(x3, 1, k);b=size(x, 2);x=x(l:b-12);d_squence=x;實驗三擾碼及解擾k實驗目的(1) 了解擾碼的原因；(2) 了解擾碼器的功能及產生擾碼的方法;(3) 學會對信息進行加擾。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

8、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。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。 這種加擾的基礎建立在偽隨機序列的基礎上，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原始的數(shù)字信號。 擾碼的產生是通過循環(huán)移位寄存器來實現(xiàn)的，而擾碼生成多項式決定循環(huán)移 位寄存器的結構。802. 11a協(xié)議規(guī)定需對data

9、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,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，加擾器初始狀態(tài)設置為偽隨機非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注釋：802. 11a規(guī)定擾碼寄存器結構與解擾寄存

10、器結構相同，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)function dp_squence=raoma(s)a 二1,1, 1,1, 1,1, 1;b二zeros (1, 127);for k=l:127b(l,k)=xor(a(l,4),a(l,7);a=circshift (a,0, 1);a(l,l)=xor(a(l,4),a(l,7);endcount二size(s, 2);m=mod (count, 127);n= (count-m)/127;p二b(l:m);if n=0b1=p;elseb1=b;for k=l:(n-1)bl二bl b;endb1=b1 pe

11、ndfor b=l:countrdata(1, b) =xor (s (1, b), bl (1, b);enddp_squence=rdata;實驗四卷積編碼和解卷積1、實驗目的（1）了解卷積編碼器的結構及其工作原理;（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21/2,2/3,3/4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）, gl=171 （8）, r=l/2,即都用8進制表示。若采用“刪除”技術會得到更高的速率，刪除是在發(fā)送端省略一些編碼 的比特（這樣減少了

12、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元“0”。3、實驗過程(1)、卷積編碼流程圖如下圖所示:4、程序代碼(1)、卷積編碼function d_squence=code3(s)go=l, 0, 1, 1, 0, 1, 1;gl=l, 1, 1, 1,0, 0, 1;xl=conv(single(go), single(s);x2=conv(single(gl), single(s);xi二mod (xi, 2);x2=mod (x2, 2);x3=cat (1, xi, x2);n=size(xl, 2);k=2*n;x=reshape(x3, 1, k);b=s

13、ize(x, 2);x=x(l:b-12);d_squence=x;(2)、卷積解碼function d_squence=decode3(s)tblen=7;t=poly2trellis(7, 133, 171);y二vitdec (s, t, tblen,'trunc，,' hard，);y=y(l:size(y, 2);d_squence=y;實驗五交織及解交織(1) 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)ncbps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

14、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兩部置換完成。3、實驗過程(1)、交織(2)、解交織結束4、程序代碼function dr=jiaozhi (s)a二size (s, 2); b=mod (a, 48);n 二 48;s=l;if mod (a, 48) =0;s=s zeros (1, 48b);elses=s;end c=size(s, 2); d=c/48;s二reshape (s, 48, d);for k=l:47j=(n/16)*(mod(k, 16)+floor(

15、k/16); b(k, l:d)=s(j+l, l:d);ends=cat(l,s(l, l:d),b);for i=l:47f=i+n-floor(16*i/n);j=s*floor(i/s)+mod(f, s);c(i, l:d)=s(j+l, l:d); ends=cat(l,s(l, l:d),c)s=reshape (s, 1, c);dr=s;實驗六星座映射及逆映射(1) 掌握16qam及64qam星座映射的規(guī)律；(2) 掌握產生16qam及64qam信號的方法；(3) 學會編程產生星座圖；(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)、

16、16qam調制原理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制相結合產生的。16進制的正交振幅調制是一種振幅相位聯(lián)合鍵控信號。16qam的產生有2種方法；(1) 正交調幅法，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)、16qam解調原理16qam信號采取正交相干解調的方法解調，解調器首先對收到的16qam 信號進行正交相干解調，一路與coswt相乘，一

17、路與sinwt相乘。然后經過低 通濾波器，低通濾波器lpf濾除乘法器產生的高頻分量，獲得有用信號，低 通濾波器l p f輸出經過抽樣判決可恢復出電平信號。(3) 、 64qam64qam調制器可以用兩種方法實現(xiàn)，其一是正交調幅法，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 三個四相調制信號合成64qam信號。3、實驗過程(1)、16qam調制4、程序代碼、16qam調制function a_squence=qaml6(s) a=size (s, 1) *size (s, 2);b=a/4;s=reshape (s, b, 4);m=l;for x=-3:2

18、:3for y=-3:2:3 t(m)=x+y*j;m二m+1;endendt=reshape (t, 4, 4);t二t(l,2, 4,3, 1,2,4, 3);t=reshape (t, 1, 16);x=scatterplot(t)a二s*8;4;2;l+1;for i=l:bb(i)=t(a(i);enda_squence =b;(2)、16qam解調function az=rqaml6(s) a=size(s, 2);b=zeros(l, 4*a);ao二real (s);a2=imag(s);al=2-(abs(a0);a3=2-(abs(a2);b二ao al a2 a3;for

19、 i=l:4*aif b(i)=l| |b(i)=3b(i)=l;elseb(i)=0;endendaz 二b;(3)、qpsk調制function af=xingzuo(a) b=reshape (a, 24, 2); temp二t-j, t+j, 1-j, 1+j; for i=l:24b(i)=b(i, :)*2;1+1;mod_out (i)=temp (b(i)endaf=mod_out;(4)、qpsk解調function ad=rxingxuo(a) a=reshape (a, 24, 1);real二real(a);imag=imag(a);b=zeros(48, 1);for

20、 i=l:24b(i)=real(i); b(24+i)=imag(i);endfor i=l:48if b(i)=-1b(i)=0;elseb(i)=l;endendad=b，;五、測試結果1、信源產生» azxinyuan()請輸入信源序列141414141,010 10 10 10 102、擾碼與解擾braoma(a)» c二jierao(b)3、卷積編碼與解卷積» d=code3(b)columns 1 through 19110 10column 20» e=decode3(d)4、交織與解交織» f=jiaozhi(d)f 二col

21、umns 1 through 191111columns 20 through 381 0 0columns 39 through 48g=jiejiaozhi(f)columns 1 through 19columns 20 through 38columns 39 through 485. 星座映射與逆映射» h=qaal6(f)x =1h =columns 1 through 6j ficjre 1: scatter.二fil ec vie ln$i to( desk wine he、gn 1quadrature rso «=> tkocatterplo>

22、 4 1> a . 4.4 2 0 2 n-phase3.0000 - 1. ooooi 3.0000 - 1. ooooi 3.0000 - 3. ooooi3.0000 - 3. ooooi 1.0000 - 3. ooooi -3.0000 - 3. ooooicolumns 7 through 12-3.0000 - 3. ooooi -1.0000 - 3. ooooi -3.0000 - 3. ooooi -3.0000 - 3. ooooi -3.0000 + 3. ooooi -3.0000 - 3. ooooi» hqaml6(h)j =columns 1 through 19111110000000000010column