《基于宽带无线通信系统的仿真链路设计毕业设计-.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于宽带无线通信系统的仿真链路设计毕业设计-.doc（41页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、毕 业 设 计（ 论 文 ）题目基于宽带无线通信系统的仿真链路设计作者学部专业通信工程06级学号指导教师二 年 月 日毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解XX大学关于收集、保存、使用毕
2、业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 摘 要本文在分析和总结相关文献的基础上，介绍了OFDM(正交频分复用)的基本原理,并讨论了其中的关键技术。研究基于IEEE802.11a标准的物理层仿真平台的搭建。IEEE802.11a无线局域网，其物理层采用了正交频分复用技术（OFDM）。同时，本文还分析了标准物理层的关键技术（天线分集技术，信道估计技术，同步技
3、术）和基本原理。链路的搭建在着重研究调制解调技术的同时，还侧重研究了同步技术对整个链路的影响，并用仿真工具Matlab对其进行了仿真分析。全文可分为四个部分：无线通信系统的发展和研究，OFDM系统的基本原理，IEEE802.11a物理层规范，IEEE802.11a仿真平台搭建及链路性能仿真分析。其中仿真链路又分为三个部分：发送端，信道，接收端。通过仿真可发现本链路采用的分集、同步等技术可以明显地改善BER性能。关键词：OFDM; IEEE802.11a；调制解调；同步AbstractBased on the analysis and summary on the basis of releva
4、nt literature, describes the OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) and the basic principles, and discussed one of the key technologies. Research is based on IEEE802.11a standard physical layer simulation platform structures. IEEE802.11a wireless LAN, the physical layer uses Orthogonal Fr
5、equency Division Multiplexing (OFDM). Meanwhile, the paper also analyzes the key technology standards for the physical layer (diversity antenna technology, channel estimation, synchronization technology) and the basic principles. Link built in modem technology, focused on research, it is also focuse
6、d on studies of the simultaneous impact of technology on the entire link, and use simulation tools Matlab simulation analysis of them.Full-text can be divided into four parts: the wireless communication system development and research, OFDM system, the basic principles, IEEE802.11a physical layer sp
7、ecifications, IEEE802.11a simulation platform to build and link performance simulation analysis. Simulation in which the link is divided into three parts: transmitter, channel, receiver. The simulation can be found in this link with a sub-set of synchronization technology can significantly improve t
8、he BER performance. Key Words: IEEE802.11a, OFDM, Modulation and demodulation,Synchronization目 录第一章 绪论11.1 无线通信发展及意义11.2 无线通信研究方向1第二章 IEEE802.11A物理层标准介绍32.1 OFDM的帧结构32.2 OFDM的编程过程42.3 802.11a的系统参数5第三章 OFDM的基本原理73.1 OFDM的结构框图73.2 星座映射73.3 串并变换和FFT83.4 插入循环前缀83.5 对于OFDM调制过程的理解9第四章 802.11A仿真平台的搭建104.1
9、仿真模型和链路参数设置104.2 编码134.3 子载波的调制与解调154.4 天线分集234.5 信道模型264.6 同步27第五章 总结35参 考 文 献36致 谢37第一章 绪论1.1 无线通信发展及意义 目前，无线通信及其应用已成为当今信息科学技术最活跃的研究领域之一。其一般由无线基站、无线终端及应用管理服务器等组成。 无线通信技术按照传输距离大致可以分为以下四种技术，即基于IEEE802.15的无线个域网（WPAN）、基于IEEE802.11的无线局域网（WLAN）、基于IEEE802.16的无线城域网（WMAN）及基于IEEE802.20的无线广域网（WWAN）。 总的来说，长距离
10、无线接入技术的代表为：GSM、GPRS、3G；短距离无线接入技术的代表则包括：WLAN、UWB等。按照移动性又可以分为移动接入和固定接入。其中固定无线接入技术主要有：3.5GHz无线接入（MMDS）、本地多点分配业务（LMDS）、802.16d；移动无线接入技术主要包括：基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照带宽则又可分为窄带无线接入和宽带无线接入。其中宽带无线接入技术的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄带无线接入技术的代表有第一代和第二代蜂窝移动通信系统。 从技术发展的趋势可以看出，以OFDM+MIMO为核心
11、的无线通信技术将成为未来无线通信发展的主流方向。而目前基于该技术的无线通信技术主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4种技术无线通信与个人通信在短短的几十年间经历了从模拟通信到数字通信、从FDMA到CDMA的巨大发展，目前又有新技术出现，比以CDMA为核心的第三代移动通信技术更加完善，我们称之为“第四代移动通信技术” 20世纪90年代, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)开始被欧洲和澳大利亚广泛用于广播信道的宽带数据通信,作为一种高效传输技术备受关注，并已成为第4代移动通信的核心技术点，现以成功运用于非对称数字用户环路ADS
12、L，数字音频广播DAB，高清晰度电视HDTV，高速WLAN和数字视频广播DVB等系统中。多用于军用无线战术网通信、卫星通信链路以及无人高速、大容量的通信链路中。1.2 无线通信研究方向 现代社会对通信的依赖和要求越来越高，于是设计和开发效率更高的通信系统就成了通信工程界不断追求的目标。通信系统的效率，说到底就是频谱利用率和功率利用率。特别是在无线通信的情况下，对这两个指标的要求往往更高，尤其是频谱利用率。由于空间可用频谱资源是有限的，而无线应用却越来越多，使得无线频谱的使用受到各国政府的严格管理并统一规划。于是，各种各样的具有较高频谱效率的通信技术不断被开发出来。OFDM是目前已知的频谱利用率
13、最高的一种通信系统，它将数字调制、数字信号处理、多载波传输等技术有机结合在一起，使得它在系统的频谱利用率、功率利用率、系统复杂性方面综合起来有很强的竞争力，是支持未来移动通信特别是移动多媒体通信的主要技术之一。OFDM系统比传统的FDM系统要求的带宽要少得多。由于使用无干扰正交载波技术，单个载波间无需保护频带。这样使得可用频谱的使用效率更高。另外，OFDM技术可动态分配在子信道上的数据。为获得最大的数据吞吐量，多载波调制器可以智能地分配更多的数据到噪声小的子信道上OFDM信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相
14、关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰ICI。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。它具有良好的抗IsI和高频谱利用率特性，但是对频率偏差和峰均比(PAPR)非常敏感。因此，基于不同的信道模型，对OFDM系统的同步实现、降低PAPR 一直是研究的核心课题。由于OFDM的具有的优势，它成为现在的无线局域网的主流技术，而802.11a作为第一个采用该技术的802.11标准，研究它的链路系统的搭建对于研究之后的802.11g和802.11n有着深远的意义
15、。本论文主要是对IEEE802.lla协议的研究，用仿真工具Matlab对此协议进行物理层仿真平台的搭建，并对仿真结果进行分析。第二章 IEEE802.11a物理层标准介绍无线网络是无线通信中的一个重要的应用，根据网络范围的大小又可以划分为局域网、城域网和广域网。IEEE为无线网络专门制定了相关的标准，802.11和802.16就属于这方面的标准。其中802.11针对范围更小的无线局域网。无线局域网（WLAN）对在一个小的范围内（比如办公室内）联入Internet给予了极大的方便，只要你处于支持WLAN的区域，再外加一个无线网卡，就可以轻松地接入网络。特别是对笔记本电脑来说，这种方便更为明显，
16、可以省去再连接网线的困扰，而且移动性能被大大加强了。可以说，正是笔记本电脑上网的问题促进了WLAN的发展，并使得WLAN变成了一个热门的技术。802.11标准包括802.11a、802.11b、802.11g等等一系列标准，各自采用不同的物理层技术，其中802.11a即采用了OFDM技术。802.11标准的制定开始于1997年，被设计成为一个支持1M至2Mbps速率的系统。但是这个速率还是不能满足人们的要求。1999年802.11a标准通过，它应用于5GHz的频段，并且最高支持54Mbps的速率。其它这个速率也还不是很高，但是它毕竟把WLAN速率的最高界限提高到了54Mbps。2.1 OFDM
17、的帧结构IEEE802.11a关于无线局域网的规定中，其物理层汇聚协议（PLCP，Physical Layer Convergence Protocol）采用的是OFDM调制的技术标准。802.11a对OFDM的帧结构作了具体的规定，如图2-1所示，PLCP协议数据单元（PPDU，PLCP Protocol Data Unit）包括OFDM PLCP报头（Header）、PSDU、尾（Tail）比特以及填充（Pad）比特。图2.1 PPDU帧结构其中，报头包括速率（Rate）位，保留（Reserved）位、长度（Length）位、奇偶校验（Parity）位、尾比特和业务（Service）位。其
18、中，长度位、速率位、保留位、奇偶校验位、尾比特构成一个OFDM符号，用信号（Signal）段表示。信号段采用的是BPSK调制，1/2的编码速率。业务位16bit、PSDU，再加上6个尾比特，以及填充比特构成数据（Data）区。其中，信号段的速率位以及长度位决定着数据的比特率，进而决定其调制方式，编码速率等一系列参数值。如图2-2所示，OFDM的前导训练序列（Preamble Training Symbol）包括10个短训练序列（Short Training Symbol）、2个长训练序列（Long Training Symbol）。前导训练序列用来做系统的同步、信道估计、频偏估计、自适应控制（
19、ACC）等。前导训练序列后面是Signal段，再后面是Data区。图2.2 OFDM的符号结构2.2 OFDM的编程过程802.11a对物理层的PPDU编码过程给出了详细的规定，编码过程包括以下步骤：(1) 产生 PLCP序列。此序列由10个重复的短训练符序列和2个重复的加保护间隔（GI）的长训练符序列构成。10个短训练序列用来进行收端的自动增益集中控制、分集选择、定时捕获以及完成频率的粗同步。长训练序列的作用是在接收端进行信道估计以及进行系统的细同步。(2) 根据发端的速率位、长度位和业务位，在添加适当的比特得到PLCP头。PLCP中的Rate和Length经过1/2速率的卷积编码，映射成一
20、个单独的BPSK编码的OFDM符号，这与Signal符号的产生类似。为了能及时地检测到Rate和Length，采取在PLCP头插入6个0。由Signal得到一个OFDM符号要经过同样的过程：卷积编码、交织、BPSK调制、插入导频、傅立叶变换，最后是加适当的保护间隔使数据速率达到6Mbit/s。Signal部分不需要扰码。(3) 根据发端的Rate，计算每个OFDM符号所包含的数据比特数（记为NDBPS）。编码速率（R），每个OFDM子载波中的比特数（NBPSC），以及每个OFDM符号中经过编码的比特数（NCBPS）。(4) 在业务域(SERVICE)后加入PSDU。并在尾部补0比特使数据段的长
21、度达到NDBPS的整数倍。调整过后的比特流形成包中Data部分。(5) 用非零初值产生的伪随机序列形成扰码，然后与调整后的信息比特做异或逻辑运算。(6) 用6个未经过扰码的0比特替换6个经过扰码后的0比特（这些比特能使接收端的卷积码解码器回到零状态，而它们解码后只作为尾比特）。(7) 接下来对数据进行1/2速率的卷积编码，然后再根据编码速率的需要进行打孔(Puncture)。(8) 将编码输出的数据以NCBPS为长度单位分成若干组，对每一组进行交织(Interleaving)处理。(9) 编码，交织完成后输出的数据流以NCBPS为长度单位分成若干组，再选择合适的调制方法，如BPSK或者QAM等
22、进行调制。(10) 将调制后的复数信号按48为单位分成若干组，每一组可以形成一个OFDM符号。一组中的符号映射到编号为-26-22、-20-8、-6-1、16、820、2226的OFDM子载波上。编号为-21、-7、7、21的子载波用来插入导频。代表中心频率的0号子载波可以忽略，所以置为零。(11) 导频插入编号为-21、-7、7和21的4个子载波中，总的子载波是52。(12) 每一组从编号为-2626的子载波经过逆傅立叶变换转为时域信号。对逆傅立叶变换后的波形加循环前缀形成GI，并采用时间截短的方法对每一个周期的OFDM符号的波形范围进行加窗处理(Windowing)。(13) 以含有Rat
23、e和Length信息的Signal开始的OFDM符号流一个接一个地进入信道传输。(14) 根据理想信道的中心频率，将复基带波形上变频到RF频率上。2.3 802.11a的系统参数表2.1为802.11a中规定的系统主要参数1。表2.1 OFDM系统的主要参数参数参数值码片时间(chip duration)50nsNSD(Number of data subcarriers)数据子载波的个数48NSP(Number of pilot subcarriers)导频子载波的个数4NST(Number of subcarriers,total)总的子载波个数52（NSD NSP ）抽样速率20MHzO
24、FDM符号间隔4us(80chip)循环前缀长度（保护间隔）0.8us(16chip)FFT周期TFFT3.2us(64chip)调制方式BPSK、QPSK、16QAM、64QAM编码方式1/2卷积，约束长度为7，可选择打孔比特速率6、9、12、18、24、36、48、54Mbit/s子载波频率间隔(f )0.3125MHz(20MHz/64)训练(Preamble)序列长度16us(Tshort+Tlong)在OFDM的帧结构中，Signal中的Rate决定了系统的比特速率，进而决定了调制方式等一系列参数。表2.2为由Rate决定的参数。表2.2 Rate决定的参数Rate数据速率(Mbit
25、/s)调制方式编码速率NBPSCNCBPSNDBPS11016BPSK1/21482411119BPSK3/414836010112QPSK1/229648011118QPSK3/42967210012416QAM1/241929610113616QAM3/4419214400014864QAM2/3628819200115464QAM3/46288216第三章 OFDM的基本原理OFDM是一种多载波传输技术，N个子载波把整个信道分割成N个子信道，N个子信道并行传输信息。OFDM系统有许多非常引人注目的优点。第一，OFDM具有非常高的频谱利用率。普通的FDM系统为了分离开各子信道的信号，需要在
26、相邻的信道间设置一定的保护间隔（频带），以便接收端能用带通滤波器分离出相应子信道的信号，造成了频谱资源的浪费。OFDM系统各子信道间不但没有保护频带，而且相邻信道间信号的频谱的主瓣还相互重叠，但各子信道信号的频谱在频域上是相互正交的，各子载波在时域上是正交的，OFDM系统的各子信道信号的分离（解调）是靠这种正交性来完成的。另外，OFDM的个子信道上还可以采用多进制调制（如频谱效率很高的QAM），进一步提高了OFDM系统的频谱效率。第二，实现比较简单。当子信道上采用QAM或MPSK调制方式时，调制过程可以用IFFT完成，解调过程可以用FFT完成，既不用多组振荡源，又不用带通滤波器组分离信号。第三
27、，抗多径干扰能力强，抗衰落能力强。由于一般的OFDM系统均采用循环前缀（Cyclic Prefix，CP）方式，使得它在一定条件下可以完全消除信号的多径传播造成的码间干扰，完全消除多径传播对载波间正交性的破坏，因此OFDM系统具有很好的抗多径干扰能力。OFDM的子载波把整个信道划分成许多窄信道，尽管整个信道是有可能是极不平坦的衰落信道，但在各子信道上的衰落却是近似平坦的，这使得OFDM系统子信道的均衡特别简单，往往只需一个抽头的均衡器即可。3.1 OFDM的结构框图根据OFDM的原理，可以画出大致的结构框图。基本上，各种介绍OFDM的书籍中都会有类似的结构图。如下图所示。图3.1 OFDM发射
28、端结构框图接收端的框图与发射端的类似，只是进行的过程相反而已。经过编码的数据会依次进行星座映射，FFT变换，插入循环前缀后再采用无线数字通信的方式发射出去。其中OFDM调制的部分包括星座映射，FFT变换，插入循环前缀这三个步骤。下面依次进行介绍。3.2 星座映射星座映射是指将输入的串行数据，先做一次调制，再经由FFT分布到各个子信道上去。调制的方式可以有许多种，包括BPSK、QPSK、QAM等。下图示意了采用QPSK调制的星座图。图3.2 星座映射的过程OFDM中的星座映射，其实只是一个数值代换的过程。比如输入为“00”，输出就是“-1+1i”。它为原来单一的串行数据引入了虚部，使其变成了复数
29、。这样一方面可以进行复数的FFT变换，另外，进行星座映射后，为原来的数据引入了冗余度。因为从原来的一串数，现在变成了由实部和虚部组成的两串数。引入冗余度的意义在于以牺牲效率的方式降低误码率。通过牺牲效率来换取可靠性在通信上是一种非常经典的思想。3.3 串并变换和FFT 在星座映射之后，下面进行的是串并变换，将串行数变为并行，主要是为了便于做傅立叶变换。串并变换之后进行傅立叶变换，在发射端是反变换（IFFT），在接收端是下变换（FFT）。最后再通过并串变换变为串行数据。其实串并变换和并串变换都是为了FFT服务的。如果把它们三个看作一个整体的话，那么相当于输入和输出都是串行的数据。假设是64点FF
30、T的话，那么一次输入64个串行数据，再输出64个串行数据。这样做是为什么呢？分析FFT的意义，虽然它的输入和输出都是64个数，但是对于输入的64个数来说，它们互相之间是没有关系的。而输出就不同了，经过了FFT变换，输出的64个数相互之间有了一定的关联。在理论上说，就是用输入的数据来调制相互正交的子载波。从直观上来看，64个数之间产生了互相间的关联，如果有一个数据在传输中发生错误的话，就会影响其它的数据。这就是采用FFT所起到的作用，也是OFDM技术的精髓所在。3.4 插入循环前缀OFDM调制中还有一个必不可少的步骤是插入循环前缀。尽管OFDM通过串并变换已经将数据分散到了n个子载波，速率已经降
31、低到了n分之一，但是为了最大限度地消除符号间的干扰（ISI），还需要在每个OFDM符号之间插入保护前缀，这样做可以更好地对抗多径效率产生的时间延迟的影响。有意思的是，与FDM中的使用频率保护间隔类似，对于OFDM这样的频率使用率高的系统来说，需要在时域上插入保护间隔。如果对时域和频域相互关系理解较为深刻的话，也许可以找出其中的内在联系。插入循环前缀本身非常简单，就是把每个OFDM符号的最后一部分提到符号前，使整个符号加长即可。如下图所示。图3.3 插入循环前缀3.5 对于OFDM调制过程的理解通过上面对于OFDM调制过程三个步骤原理的描述，已经作了一个初步的介绍。下面再回到OFDM发射端的图，
32、写一写我自己对于OFDM调制过程的理解。 如果把OFDM技术发射端的结构图分成两部分：一部分是OFDM数字调制部分；另一部分是无线发射部分。前一部分是数字处理的部分，后一部分是发射模拟波形信号的部分。如图所示。图3.4 OFDM发射端组成图在数字通信中，除了D/A变换和无线发射信号以后，在空间中传播的是模拟信号，在发射机的系统中，也就是上图所示的OFDM调制部分，始终都是在传输数字的信号。调制的过程，其实就是在做一个数字处理的工作。输入一串数据，经过数值上的代换后变成另一串数据输出。整个调制的过程可以看作一个函数：y=f(x)。x是输入的串行数据，f代表调制的过程，y代表输出的数据。所以如果不
33、考虑那些复杂的理论，那么在OFDM的物理层上的所有工作都是按照一定步骤不断地做函数变换，设计OFDM物理层硬件的过程也就是实现OFDM函数变换的过程。具体来看，星座映射是将比特流在数值上变换为以星座表示的规范的数值，FFT是将一串数变成另一串相互间有关联的数，而循环前缀的插入进一步引入了冗余度，使数据扩展得更长。从这个角度上来说，OFDM技术也可以看成是一种编码技术。它将一般数值的比特流进行OFDM编码后传输。和未经过OFDM编码的数据相比，假定以相同的速率传输，以OFDM编码的数据在传输的过程中具有频带利用率高，可以对抗多径效应等等的优点，而且误码率也更小。第四章 802.11a仿真平台的搭
34、建4.1 仿真模型和链路参数设置仿真链路分为三个模块：发送端，信道，接收端。具体链路链接如图所示：系统参数设置生产随机数据卷积编码比特打孔调制插入导频IFFT加CP加前导训练符号信道交织发射分集空时编码分组检测频偏估计及纠正符号定时FFT并分离出前导，导频和数据符号信道估计相位跟 踪接 收 分 集（MRC）和空 时 解 码解调解交织Viterbi译码获取发送数据并计算BER、PER发射模块接收模块图4-1 802.11a链路仿真图4.1.1 802.11a链路仿真参数SampFreq , 20e6, . %采样频率ConvCodeGenPoly, 1 0 1 1 0 1 1;1 1 1 1 0
35、 0 1 , . %卷积码生成矩阵NumSubc, 52, . %子载波数目UsedSubcIdx, 7:32 34:59, . %使用子载波下标ShortTrainingSymbols, sqrt(13/6)*0 0 1+j 0 0 0 -1-j 0 0 0 1+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 0 1+j 0 0 0 1+j 0 0, .% 短训练符号LongTrainingSymbols, 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1
36、 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, . %长训练符号ExtraNoiseSamples, 500, . %额外噪声样值PilotScramble, 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 1 -1 -11 1 1 1 1 -1 -1
37、 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 - 1 - 1 -1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1, . %导频扰码序列NumDataSubc, 48, . %数据子载波数NumPilotSubc , 4, . %导频子载波数DataSubcIdx, 7:11 13:25 27:32 34:39 41:53 55:59, . %数据子载波位置PilotSub
38、cIdx, 12 26 40 54, . %导频子载波位置PilotSubcPatt, 6 20 33 47, .DataSubcPatt, 1:5 7:19 21:26 27:32 34:46 48:52, .PilotSubcSymbols , 1;1;1;-1);调制符号映射到64点离散傅立叶逆变换(IDFT)的子载波上，从而形成一个OFDM符号，注意由于带宽的限制，只有48个子载波可用于调制，4个子载波预留给导频用，剩下的12个子载波没有使用，用0来填充。短训练序列用于对时间及频率误差的粗略的和精确的估计，长训练序列用来估计信道脉冲响应或信道状态信息。4.1.2 插入导频在链路中，导频
39、插入到4个子载波上，即前面所说的载波12 26 40 54，载波是经过BPSK调制的伪随机序列，这样做是为了能够防止频谱偏移以及加强自相关检测的性能。导频插入之前，先将复数符号的序列以48为单位分成若干组，由于交织前插入比特的处理，接收到的复数数目为48的整数倍。插入导频代码：scramble_patt=repmat(sim_consts.PilotScramble,1,ceil(n_ofdm_syms/length(sim_consts.PilotScramble);scramble_patt = scramble_patt(1:n_ofdm_syms); % 导引扰码的格式mod_ofdm
40、_syms = zeros(sim_consts.NumSubc, n_ofdm_syms);mod_ofdm_syms(sim_consts.DataSubcPatt,:)=reshape(mod_syms,sim_consts.NumDataSubc, n_ofdm_syms);mod_ofdm_syms(sim_consts.PilotSubcPatt,:)=repmat(scramble_patt,sim_consts.NumPilotSubc,1).*repmat(sim_consts.PilotSubcSymbols,1, n_ofdm_syms);mod_ofdm_syms =
41、mod_ofdm_syms(:).4.1.3循环前缀的引入以及时延分析循环前缀是OFDM系统的一个重要特色，它的基本思想是通过引入循环前缀从而形成保护间隔（GI），从而有效的对抗由于多径时延带来的ISI和ICI，方法是在时域内把OFDM符号的后面部分插入到该符号的开始部分，形成循环前缀。保护间隔的长度应该大于多径时延扩展的最大值。即在接收端抽样开始的时刻应该满足下式： （4.1）其中是最大多径时延扩展，当抽样满足该式时，由于前一个符号的干扰只会存在于0，所以不会产生ISI。同时，由于OFDM延时副本内所包含的子载波的周期个数也为整数，时延信号就不会在解调过程中产生ICI。主要仿真代码如下：循环
42、前缀的长度为806416time_signal = zeros(n_antennas, num_symbols*80);添加循环前缀tmp_syms = symbols(49:64,:); symbols; 本链路中循环前缀长度（保护间隔）为0.8s（16chip），用Matlab对多径时延大小所造成影响进行仿真（在指数衰减信道下，以R1/2码率QPSK的调制方式，其它为默认值）：当多径时延大于0.8s时则BER增大。图4-2 多径时延分析4.1.4加前导训练符号从1到10为短训练符号，同为16取样长度。C12为32取样的循环前缀以保证第二部分长训练符号1，2不受短训练符号间干扰的影响。长训练
43、符号为64取样的长OFDM符号。图4-3 802.11aPLCP前导第一部分用于同步（信号检测、AGC、分集选择、频偏估计和捕获定时），而第二部分用于信道估计。PLCP前导，包括10个短序列和2个长序列。主要仿真代码如下：短训练符号为16取样长度Strs = short_tr_symbols(1:16);扩展为10个短序列short_trs=Strs Strs Strs Strs Strs Strs Strs Strs Strs Strs;short_trs_len=length(short_trs);若不采用发射分集，扩展到2个长训练序列，注意添加了32取样的循环前缀若使用分集，长训练符号不
44、是在两个天线处同时传输的（相隔两个zeros(1,80)），if sim_options.UseTxDiv long_trs_signal=long_tr_symbol(64-2*16+1:64)long_tr_symbol long_tr_symbol;else long_trs_signal(1,:)=sqrt(2)*long_tr_symbol(64-16+1:64) long_tr_symbol . zeros(1,80);long_trs_signal(2,:) = sqrt(2)*zeros(1,80) .long_tr_symbol(64-16+1:64) long_tr_sym
45、bol;end4.2 编码4.2.1 信道编码4.2.1.1 卷积编码与比特打孔OFDM系统中采用的是前向纠错法中的卷积编码。卷积码是目前最为广泛应用的信道编码，IEEE802.11a标准就是采用（2，1，7）卷积码。码率为1/2，可以结合打孔来获得其他码率的编码。卷积码是一种非分组码，编码器在任何一段时间内产生的个码元，不仅决定于这段时间内的个信息位，而且还取决于前段规定时间内的信息位，这时监督位监督着这段时间内的信息。这段时间内的码元数目称为卷积码的约束长度。在OFDM系统中，只对Data部分进行卷积编码，Data中包括Service、PSDU、尾比特以及插入比特，分别按照要求的速率R=1
46、/2、2/3或3/4来进行卷积编码。卷积编码分为上下两路，两路采用的生成多项式分别为：g0=133(8),g1=171(8),即用八进制表示。对应的编码器如图4-4所示：输入数据TbTbTbTbTbTb支路1输出支路2输出图4-4 卷积编码器卷积编码后的两条输出相互合并输出，再根据打孔的速率来进行打孔。保留卷积编码器输出的一些比特，提高编码速率，减少码间自由距离。在接收机中插入一些比特来取代未传输的比特，只需要一对编码器/解码器就可生成几个不同的编码速率。另外，在发送端当经过卷积编码和打孔后，传输速率提高，速率提高的倍数与打孔速率有关。4.2.1.2 Viterbi译码 一般说来，卷积编码的译码有两种方式：一种是代数解码，它利用编码本身的代数结构进行解码，不考虑信道的统计特性；一种是概率解码，这种解码方法在计算时要用到信道的统计特性。Viterbi译码属于概率解码，它的基本思想是
