通信与信息工程学院专业课程实习报告.doc

实验总成绩： 装 订 线报告份数： 西安邮电大学 通信与信息工程学院 专业课程设计B报告专业班级： 通工1002班 学生姓名： 刘燚 学号(班内序号): 03101055（18号） 2013 年 4 月 19 日专业课程设计B课程设计目的：1、 熟练掌握通信原理的基本知识；2、 熟练运用数字信号处理课程的基本知识；3、 熟练掌握无线编码与调制过程；4、 了解OFDM技术原理；5、 熟练运用matlab工具；课程设计要求：1、 了解802.11a协议；2、 熟悉802.11a链路原理；3、 完成802.11a链路各个模块的matlab仿真；4、 最终根据下图实现简单的802.11a链路；链路实现的总流程如下：802.11a链路原理实验目的：1.WIFI简介2.主要的802.11协议标准3.802.11协议物理层帧格式4.OFDM技术简介实验要求：了解802.11协议的由来、协议标准、帧格式及OFDM技术实验原理：1.WIFI简介：Wi-Fi 是无线保真的缩写,Wi-Fi 的英文全称为wireless fidelity 。Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。 2.主要的802.11协议：3. 802.11a协议物理层帧格式：3.OFDM技术简介：OFDM在无线通信领域得到重视：数据传输速率高能有效对抗频率选择性衰落。OFDM技术是一种多载波传输技术，将可用频谱分成多个子载波，每个子载波用一路低速数据进行调制。OFDM优点：能有效对抗多径影响、对抗频率选择性衰落、频带利用率高。OFDM的缺点：同步实现难度大、发射机与接收机中需要完成复杂的FFT或IFFT运算、对载波频偏敏感 。实验流程图与源代码：无实验问题及解决方法：无802.11a前导生成原理实验目的：为了使OFDM信号顺利的经过时变的多径信道，在有限的OFDM符号及有限的子载波上放置导频1）熟悉正交频分多路模式和前导码的基本周期2）掌握长短序列的生成方法。实验原理: 1、802.11a协议Preamble字段简介1）、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2）、10个短训练序列用来进行收端的AGC、定时捕获以及完成频率的粗同步3）、2个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。 如图所示：图中每个OFDM符号有64个子载波，其中用到的子载波个数为52，4个Pilot子载波，48个数据子载波，其余未用到的地方补0。2、短训练序列（STF）OFDM短训练序列由调制过的12个子载波组成，调制因子S为：S26, 26 = (13/6)1/2 0, 0, 1+j, 0, 0, 0,1j, 0, 0, 0, 1+j, 0, 0, 0,0,0，0，0,1j, 0, 0, 0, 1+j, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1j, 0, 0, 0, 1+j, 0, 0, 0, 1+j, 0, 0, 0, 1+j, 0, 0, 0, 1+j, 0,03、长训练序列（LTF）OFDM长训练序列由调制过的53（在dc包括一个0值）个子载波组成，调制因子L为： L26, 26 = 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, 0, 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实验要求：生成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。实验原理：10个短训练序列用来进行收端的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是在接收端进行信道估计以及进行系统的细同步。实验问题及解决方法：我们必须了解,并明确理解我们设计的程序所完成的功能和结构,才能正确的写出程序，在不断地检验程序所完成的内容是否正确，一定要写出设计所要求的细节地方，验证时一定要明白其原理，细心地的检查。实验心得：前导码的设计都具有低峰值到平均功率比，这样就能最小化剪辑信号或信号分辨率的问题。但是，频率失调、多路径和热噪声等障碍性因素都会影响前导码，使之难以辨认。扰码、卷积编码及交织实验目的：防止长连0和长连1的产生,因为连续的高电平或低电平会对同步造成影响，所以需要用上扰码。卷积码将k个信息比特编成n个比特，但k和n通常很小，特别适合以串行形式进行传输，时延小，于信号在信道中传输，有1/2，编码，2/3编码，3/4编码。织编码是在实际移动通信环境下改善移动通信信号衰落的一种通信技术。将造成数字信号传输的突发性差错，利用交织编码技术可离散并纠正这种突发性差错，改善移动通信的传输特性。实验要求：扰码：帧同步加扰器使用以下的生成多项式：S(X)=X7+X4+1。为了进行正确有效的解扰，加扰发送数据和解扰接收数据使用同一个扰码器。发送时，加扰器初始状态设置为伪随机非0态。卷积码：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或3/4的编码率进行卷积编码。交织码：所有编码后的数据比特以单个OFDM符号中的比特数Ncbps作为块的大小，使用块交织器进行交织。实验原理：扰码：扰码器的结构如下图所示。 DATA域需经一长度为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。帧同步加扰器使用以下的生成多项式：S（x）=x7+x4+1。为了进行正确有效的解扰，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，SERVI CE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被扰后的结果作为收端扰码器的初始状态，从而进行有效正确的解扰。 当初始状态为全1时，加扰器循环产生的127比特序列为( 首先使用最左边比特) ： 00001110 11110010 11001001 00000010 00100110 00101110 10110110 00001100 11010100 11100111 10110100 00101010 11111010 01010001 10111000 1111111。扰码器的结构如上图所示.卷积码：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。标记为“A”的比特在从编码器输出时位于比特“B”之前。R=1/2、2/3或3/4的编码率进行卷积编码时取舍：交织码：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由两步置换完成。交织过程如下： 首先，令第一次置换前的每一个比特位位置用K表示，第一次置换后的每一个比特位的位置用i表示，第二次置换后的每一个比特位的位置用j表示。流程图:输入DATA的g1,g2,rate结束Convenc(DATA,g1)Convenc(DATA,g2)开始Raye=1/2产生标准扰码数组NY进行删除输入并计算向量长度判断向量是否为48的整数倍否是产生标准扰码数组取余补0产生1行48列数组判断向量是否大于48对48取余补零产生数组结束开始否是实验问题及解决方法：产生扰码的寄存器只要初始状态不是全0就可以，加了扰码后能减少连0或连1长度，保证接收机能提取到需要的信号，信号频谱更适合基带传输。卷积码的解卷积部分没用编出来，主要是解卷积使用的那个公式不会，R=1/2、2/3或3/4的编码率进行卷积编码时要对照表进行相应的取舍，写循环语句时要确定好选数据的距离不然得不出想要的结果。交织码编写时先要将前面的数据变成一个矩阵形式，不然数据行的交换无法进行，形成矩阵要填满所以补零。最后解交织要把数据还原成一行的数据。实验心得：卷积码的纠错能力随着N的增大而增大，在编码器复杂程度相同的情况下卷积码的性能优于分组码，卷积编码当前的输出不仅与当前的输入有关，而且与它之前的（V-1）个输入有关，通过这次实验，我进一步了解到卷积编码的优良性质，为以后能更好的应用它奠定了基础。802.11a协议中的映射调制实验目的：1）掌握16QAM调制原理和64QAM调制原理。 2）熟悉协议中调制的相关参数。实验要求：把经过交织后的数据经16QAM（64QAM）映射后输出实验原理：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。正交幅度调制是利用多进制振幅键控（MASK）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； 图中串/并变换器将速率为Rb的二进制码元序列分为两路，速率为Rb/2。2-4电平变换将Rb/2的二进制码元序列变成速率为Rs =Rb/log216 的4个电平信号，4电平信号与正交载波相乘，完成正交调制，两路信号叠加后产生 16QAM信号。64QAM 正交调幅法中, 输入的两路基带信号先由二电平转 换为八电平, 然后再分别与同相载波和正交载波相乘, 最后相加便可得到 64QAM调制信号。正交调幅法的原理框图如图 ：根据调制方式对二进制数据流进行分组，分组方式如下表：根据调制方式，把分组数据进行星座映射，映射对应关系如下表：调制方式 输入比特 I路输出 Q路输出 BPSK 输入比特b0 0 -1 0 1 1 0 QPSK 输入比特b0 0 -1 1 1 输入比特b1 0 -1 1 1 16QAM 输入比特b0b1 00 -3 01 -1 11 1 10 3 输入比特b2b3 00 -3 01 -1 11 1 10 3BPSK QPSK 16QAM 64QAM 1位一组 2位一组 4位一组 6位一组 星座图为流程图输入DATA的d=0结束M=length(DATA)/4开始M=0进行相应编码否是若不为4的整数倍补0实验问题及解决方法：做这个16QAM映射程序写得比较简单是以为不是按照原理上面那几个图来实现，用matlab我们直接利用16QAM图上面的I，Q特点直接对数据进行映射，这也可以大大简化了编写的难度。时间同步及仿真链路1、实验目的：1） 掌握802.11a同步技术2） 基带链路框图1、 实验原理：在对802.11g发送数据帧进行采样时，系统的采样间隔为 ，采样频率为20MHz，则采样后的短训练序列为： 假设信道中存在高斯噪声及频率偏移，则接收信号为其中 为载波频率偏移， 是加性高斯噪声。在接收机中，仍然以相同的频率对接收信号进行采样，得到接收序列：可以看出，如果用长度为16的矩形窗来截取接收序列，每接收到1个码元截取1个窗口，使窗口逐步向后平移。将每1个窗口中的采样值取共轭后与短训练序列进行相关，则可以得到相关峰，第一个相关峰的位置便是我们所需要的符号定时参考点，据此可以确定接收序列中的数据起点。2、 源代码：function output ,index = synchro( input )p,Strs=get_preamble;%求200个峰值for k=1:200; peak(k)=abs(input(k:k+15)*Strs);%200个峰值end%plot(peak)s_peak = sort(peak);%将200个峰值按升序排列pindex10=find(peak s_peak(190);%取10个最大的峰值的下标index = pindex10(1);%取第一个峰值的下标,即同步位置output = input(index:length(input); 3、 流程图：输入DATA结束开始i200输出结果否是Peak=abs(input(k:k+15)*Strs4、 实验心得：通过对同步部分的操作，加深了对同步位置的理解，实验中出现了很多错误，但是最后都一一改正，锻炼了思考能力和动手能力。实验总结与体会在老师的指导下，我在不断学习原理，不断地巩固MATL