基于ofdm的80211a系统毕业设计论文(编辑修改稿)

基于ofdm的80211a系统毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

（ 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 22 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（ ACC）等。 前导训练序列后面是 Signal 段，再后面是 Data 区。 图 OFDM 的符号结构 的编程过程 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 7 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 26~2 20~ 6~ 1~ 8~ 22~26 的 OFDM 子载波上。 编号为 2 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 2 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 26~26 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 Rate 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。 的系统参数 表 为 中规定的系统主要参数 [1]。 表 OFDM 系统的主要参数 参数 参数值 抽样时间 (chip duration) 50ns 8 NSD(Number of data subcarriers) 数据子载波的个数 48 NSP(Number of pilot subcarriers) 导频子载波的个数 4 NST(Number of subcarriers,total) 总的子载波个数 52（ NSD ＋ NSP ） 抽样速率 20MHz OFDM 符号间隔 4us(80chip) 循环前缀长度（保护间隔） (16chip) FFT 周期 TFFT (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 1 1 2 3 4 54Mbit/s 子载波频率间隔 (Δ f ) (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 为由 Rate 决定的参数。 表 Rate 决定的参数 Rate 数据速率(Mbit/s) 调制方式 编码速率 NBPSC NCBPS NDBPS 1101 6 BPSK 1/2 1 48 24 9 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 发射端结构框图 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。 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。 1111 9 BPSK 3/4 1 48 36 0101 12 QPSK 1/2 2 96 48 0111 18 QPSK 3/4 2 96 72 1001 24 16QAM 1/2 4 192 96 1011 36 16QAM 3/4 4 192 144 0001 48 64QAM 2/3 6 288 192 0011 54 64QAM 3/4 6 288 216 10 图 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。 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。 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 FFT 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。 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 插入循环前缀 11 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，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 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。 12 第三章 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，。