专业课程设计B毛兴旺

1、一、摘要现代社会对通信的要求越来越高，于是设计和开发效率更高的通信系统成为通信工程界不断追求的目标。各种新兴的协议标准和通信技术不断的被开发出来并得到广泛的应用。本文在认真研读802.11a协议以及OFDM技术要点的基础上，根据链路原理，运用matlab软件进行了前导生成、扰码与解扰、卷积编码与解卷积、交织与解交织及星座映射与逆映射等各个模块的仿真。首先根据长、短序列生成流程分别生成相应序列，按照段序列在前，长训练序列在后的方式进行排序，得到了802.11a前导序列。扰码建立在伪随机序列理论的基础上，其工作原理就是在发送端用加扰来改变原来数字的统计特性，而在接收端用解扰器恢复原始的数字信号。扰

2、码产生是通过移位寄存器来实现的。然后将扰码后的数据进行卷积编码和维特比译码，进而对编码后的数据进行交织和解交织。最后我们对交织后的数据进行了QPSK、16QAM星座映射和逆映射。经过精心的matlab编程，对各个模块的仿真均取得了较好的效果。整体上，将所有模块串接起来，也取得了满意的效果。二、英文摘要三、引言802.11标准的制定包括802.11a、802.11b、802.11g等一系列标准。1999年802.11a标准通过，它应用于5GHz频段，并且最高支持54Mbps的速率。IEEE802.11a关于无线局域网的规定中，其物理层汇聚协议采用的是OFDM调制技术的标准。OFDM是一种特殊的多

3、载波调制技术，它利用载波间的正交性进一步提高频谱利用率，并且可以抗窄带干扰和抗多径衰落。在未来的LTE beyond 时代，OFDM技术将得到广泛的应用。本文根据802.11a协议标准和OFDM技术的基本原理，运用matlab实现了前导生成、扰码与解扰、卷积编码与解卷积、交织与解交织及星座映射与逆映射等各个模块的仿真。四、软件设计实验一 802.11物理层标准及OFDM技术1、实验目的（1）、熟悉802.11a帧结构；（2）、掌握802.11a物理层PPDU的编码过程；（3）、了解OFDM技术原理。2、实验原理（1）、PPDU帧结构802.11a对OFDM的帧结构作了具体的规定，PLCP协议数

4、据单元包括OFDM PLCP报头、PSDU、尾比特以及填充比特。其中报头包括速率位、保留位、奇偶校验位、尾比特和业务位。其中，长度位、速率位、保留位、尾比特构成一个OFDM符号，用信号段（Signal）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。 OFDM的前导训练序列包括10个短训练序列、2个长训练序列。前导训练序列用来做系统的同步、信道估计、频偏估计、自适应控制等。前导训练序列后面是Signal段，在后面是Data区。O

5、FDM技术的基本思想是将串行数据并行地调制在多个正交的子载波上，这样可以降低每个子载波的码元速率，增大码元的符号周期，提高系统的抗衰落和干扰能力，同时由于每个子载波的正交性，大大地提高了频谱的利用率，所以非常适合移动场合中的高速传输。 实验二 802.11a前导生成原理1、实验目的（1）、了解802.11a的物理层帧格式（2）、掌握长短训练的结构及生成方式（3）、仿真实现802.11前导2、实验原理802.11a中OFDM的前导训练序列包括10个短训练序列和2个长训练序列。10个短训练序列来用来进行收端的AGC、定时捕获以及完成频率的粗同步；2个长训练序列的作用时在接收端进行信道估计以及进行系

6、统的细同步。每个OFDM符号之间需要加保护间隔，其保护间隔持续时间为0.8微秒，实际实现时我们使用0.8微秒的循环前缀来替代保护间隔。循环前缀是在OFDM符号后面截取0.8微秒的数据而得到的。3、实验过程（1）、短训练序列、长训练序列的生成的流程图如下： Preamble=short_long_str结束开始将52个子载波中的12个子载波能量归一化得到调制因子S取long中64个点的33-64个，再将64个点重复两次，之后加窗得到long-str将调制因子S进行傅里叶逆变换得到短训练序列short将调制因子L进行傅里叶逆变换得到长训练序列long将short重复10次加窗得到short str

7、去掉子载波序列中唯一1个0得到调制因子L去掉子载波序列7个连0中的1个4、程序代码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;实验三 扰码及解扰1、

8、实验目的（1）了解扰码的原因；(2)了解扰码器的功能及产生扰码的方法；（3）学会对信息进行加扰。2、实验原理在数字通信系统中，若经常出现长的“0”或“1”系列，将会影响到位同步的建立和保持。为了解决这个问题以及限制电路中存在的不同程度的非线性特性对其他电路通信造成的串扰，要求数字信号的最小周期足够长。将数字信号变成具有近似白噪声统计特性的数字序列即可满足要求，这通常用加扰来实现。而所谓加扰就是不用增加冗余而扰乱信号，改变数字信号统计特性，使其具有近似白噪声统计特性的一种技术。这种扰乱是有规律可循的，因此也是可以解除的。 扰码的作用就是对输入的信号进行随机化处理，以减少数据的连0连1数目，确保接

9、收端的位同步提取，并同时扩展基带信号频率，起到加密效果。这种加扰的基础建立在伪随机序列的基础上，其工作原理就是在发送端用加扰来改变原来数字的统计特性，而在接收端用解扰器恢复原始的数字信号。扰码的产生是通过循环移位寄存器来实现的，而扰码生成多项式决定循环移位寄存器的结构。802.11a协议规定需对DATA信息部分进行加扰。DATA域包括Service、PSDU尾比特以及填充比特，在卷积编码之前需要经过一长度为127Bit的帧同步扰码器对DATA域进行扰码，PSDU的八位位组按发送串行比特流形式存在，比特0最先，比特7最后。为了正确有效的解扰，加扰发送数据和解扰接收数据使用同一个扰码器。发送时，加

10、扰器初始状态设置为伪随机非0态。为了能估计接收端解扰器的初始状态，在加扰前，SERVICE字段的7个低有效比特置0，这样在接收端解扰时就可以以7个0被扰后的结果作为接收端扰码器的初始状态，从而进行有效正确的解扰。3、 实验过程（1）、扰码生成的流程图如下图开始初始化加扰器，设置为全1状态将移位寄存器4和7中的数据进行异或，结果送给移位寄存器1左移数据，即X7=X6，X6=X5，输出移位寄存器1中的数据将移位寄存器1中的数据补充到输入的随机序列的长度再和输入的随机序列异或结束注释：802.11a规定扰码寄存器结构与解扰寄存器结构相同，所以扰码实现过程与解扰相同。4、 程序代码扰码（解扰码）函数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;实验四 卷积编码和解卷积1、 实验目的（1） 了解卷积编码器的结构及其工作原理；（2） 掌握卷积编码的原理及编码方法2、 实验原理 由SERVICE、PSDU、尾比特及填充比特组成的DATA字段按照要求的数据速率，以R=1/2,2/3,3/4的编码速率进行卷积编码。卷积编码器使用工业标准的生成多项式，g0=133（8），g1=171（8），R=1/2,即都用8进制表示。若采用“删除”技术会得到更高的速率，删除是在发送端省略一些编码的比特（这样减少了发射比特数，提高了编码效率），接收端卷积解码器在省略比特的位置插入哑

13、元“0”。3、 实验过程（1）、卷积编码流程图如下图所示：开始g0=1011011;g1=1111001将扰码输出的结果和g0卷积后再和2取余得到X1将扰码输出的结果和g1卷积后再和2取余得到X2将X1和X2按照X11，X21，X12，X22的方式读出存放在行矩阵X中Rate=2/3RATE=3/4 否 否 将X中的数据后补0后重排成一个6列的矩阵并去掉第4、5列将X中的数据后补0后重排成一个4列的矩阵并去掉第4列将X按行输出结束（2）、解卷积流程图开始是Rate=2/3RATE=3/4 否 否 是将X中的第四列补零将X中的第四第五列补零 将X按行输出进行vitdec译码结束4、 程序代码（1

14、）、卷积编码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）、卷积解码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;实验五 交织及解交织1、实验目的（1）了解交织的目的；（2）了解交织的原理及实现方法；2、实验原理所有编码后的数据比特以单个OFDM符号中的比特数cbps作为块的大小，使用块交织器进行交织。交织器中进行两次置换：第一次置换将相邻的编码比特映射到不相邻的子载波上，第二次置换确保相邻编码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长期存在。实现逆过程的交织器也有

16、两部置换完成。3、实验过程（1）、交织开始 将卷积结果中X中的数据后补0后重排成一个48行的矩阵用K表示其行数，K=1:48将K代入公式进行两次置换将矩阵中的数据按照置换后对应的位置重新排列后输出结束（2）、解交织开始用K表示交织后序列其行数，K=1:48将K代入公式进行两次置换将矩阵中的数据按照置换后对应的位置重新排列后输出结束 4、程序代码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;实验六 星座映射及逆映射1、实验目的（1） 掌握16QAM及64QAM星座映射的规律； （2） 掌握产生16QAM及64QAM

18、信号的方法；（3） 学会编程产生星座图；（4） 利用星座映射的规律，推出16QAM及64QAM星座逆映射的方法。2、实验原理（1）、16QAM调制原理16QAM是用两路独立的正交4ASK信号叠加而成，4ASK是用多电平信号去键控载波而得到的信号。它是2ASK体制的推广，和2ASK相比，这种体制的优点在于信息传输的速率高。正交振幅键控是利用多进制振幅键控和正交载波调制相结合产生的。16进制的正交振幅调制是一种振幅相位联合键控信号。16QAM的产生有2种方法；（1）正交调幅法，它是有2路正交的四电平振幅键控信号叠加而成。（2）复合相移法：它是有2路独立的的四相位移相键控信号叠加而成。（2）、16Q

19、AM解调原理16QAM信号采取正交相干解调的方法解调，解调器首先对收到的16QAM信号进行正交相干解调，一路与coswt相乘，一路与sinwt相乘。然后经过低通滤波器，低通滤波器LPF滤除乘法器产生的高频分量，获得有用信号，低通滤波器输出经过抽样判决可恢复出电平信号。（3）、64QAM64QAM调制器可以用两种方法实现，其一是正交调幅法，它是用两路正交的八电平振幅键控信号叠加而成；其二是四相叠加法，它是用大，中，小三个四相调制信号合成64QAM信号。3、实验过程（1）、16QAM调制 开始 将交织后的数据后补0后使其长度变成16的整数倍再将加0后的矩阵变成一个四列的矩阵X将2进制的矩阵X变为1

20、0进制形式，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将Temp重整后的第3、4行交换位置，第3、4列交换位置将输入数据对应到星座图上相应位置并按行输出将矩阵中的数据按照置换后对应的位置重新排列后输出结束（2）、16QAM解调开始 建立一个零矩阵，行数为16QAM调制输出矩阵demond的4倍，列数不变观察星座图的规律得以下式子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 否是结束4、程序代码（1）、16QAM调制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解调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调制 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解调 function AD=Rxingxuo(A)A=reshape(A,24,1); REAL=real(A); IMAG=imag(A); B=zeros(48,1);