（电磁场与微波技术专业论文）基于80211a+ofdm系统的信道估计.pdf

南京邮电学院学位论文独创性声明 y7 6 5 1 3 4 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：豳匦坠日期：五丝： ：j d 南京邮电学院学位论文使用授权声明 南京邮电学院、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和惜阅。可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电学院研究生部办理。 研究生签名：罄笪塑垦二- 导师签名： 南京邮电学院硕士毕业论文 摘要 摘要 本文根据i e e e l 9 9 9 年制定的8 0 2 1 1 a 标准协议搭建了o f d m 系统的物理 层仿真平台，并在此基础上进行信道估计仿真工作。 本文的主要工作集中在对接收端的信道估计和传输分集接收方面的研究 和仿真，主要包括： 1 维纳滤波信道估计方法的改进。维纳滤波器是m m s e 准则下的最优滤 波器，但是实际应用维纳滤波需要知道信号的统计特性，还需要求解其最佳解， 这些增加了电路实现的复杂性。本文提出的维纳滤波方法是基于预定信道模型 下的，这时可以确定信道的相关性，于是我们就可以确定与之对应的滤波器权 值。当实际中信道符合或者近似符合信道模型时采用，系统的性能会提高，且 电路得到了很大的简化。系统性能的仿真结果验证了此方法。 2 将信道状态信息c s i 应用在维特比译码中，并提出了一种新的c s i 获取 方法。变化的无线信道使得各个载波上的数据具有不公平的可信度，这在软判 决译码时必须考虑。系统仿真结果表明：把c s i 应用到译码过程中可以有效提 高系统性能。 3 本文还对s f b c 系统进行了研究，对其采用插值算法的信道估计进行了 仿真分析。仿真结果表明：应用插值算法可以改善s f b c 系统性能。 南京邮电学院硕士毕业论文 a b s t t a c t a b s t r a c t as i m u l a t i o np l a t f o r mo fi e e es t a n d a r df o r8 0 2 ，1law l a ns y s t e m si sc o n s t r u c t e d a n ds o m es i m u l a t i o nw o r ki sd o n ei nt h i st h e s i s t h em a i nw o r ko f t h i st h e s i sc o n c e n t r a t e so nt h er e s e a r c ha n ds i m u l a t i o no f t h e c h a n n e le s t i m a t i o na n dt h et r a n s m i t t i n gd i v e r s i t yt e c h n o l o g y i ti n c l u d e s ： 1 a ni m p r o v e dc h a n n e le s t i m a t i o ns c h e m ee m p l o y i n gw i e n e r - f i l t e ri sp r o p o s e d ， w i e n e r - f i l t e ri st h em o s to p t i m a lf i l t e r i nt h em m s ec r i t e r i o n b u tt h es t a t i s t i c a l c h a r a c t e r i s t i ca n dt h eo p t i m a la n s w e ra r en e e d e d ，s ot h ea p p l i c a t i o no fw i e n e r f i l t e ri s v e r yd i f f i c u l ta n di t s h o u l db ei m p r o v e df a r t h e r i nt h i sp a p e r , t h ew i e n e r - f i l t e rs c h e m e s p r e s e n t e di sb a s e do ns p e c i a lc h a n n e lm o d e l i nt h i sc a s e ，t h er e l a t i v i t yi sp r e d e f i n e d s o w ea r ea b l et os e tt h ec o r r e s p o n d i n gc o e f f i c i e n to fw i e n e r f i l t e r i ft h er e a lc h a n n e l a c c o r d sw i t ho ra l m o s ta c c o r d sw i t ht h ep r e d e f i n e dc h a n n e l ，t h es y s t e m sp e r f o r m a n c e w i l lb ei m p r o v e da n dt h ec i r c u i tw i l la l s ob es i m p l i f i e d c o m p u t e rs i m u l a t i o n sr e s u l t v a l i d a t e st h i si m p r o v e m e n t 2 c h a n n e ls t a t ei n f o r m a t i o n ( c s i ) i sa p p l i e di n t ov i t e b id e c o d i n g ，a n dan e w m e t h o df o rg e t t i n gc s ii sp r e s e n t e d d a t ao fe a c hc a r r i e rh a v ed i f f e r e n tr e l i a b i l i t i e s b e c a u s eo fv a r i a b l ew i r e l e s sc h a n n e l s ，w h i c hm u s tb ec o n s i d e r e di nt h et i m eo fs o f t d e c i s i o nd e c o d i n g c o m p u t e rs i m u l a t i o n ss h o wt h a tt h es y s t e m sp e r f o r m a n c ew i l lb e i m p r o v e dg r e a t l yb e c a u s eo f t h ea p p l i c a t i o no f c s ii nt h ed e c o d i n g 3 t h es f b cs y s t e m sc h a n n e le s t i m a t i o nt h r o u g hi n t e r p o l a t i o na l g o r i t h mi ss t u d i e d i nt h ep a p e r , a n dc o m p u t e rs i m u l a t i o n sa r ep r e s e n t e d t h er e s u l ts h o w st h a tt h e a p p l i c a t i o no fi n t e r p o l a t i o na l g o r i t h mb r i n g sm u c hi m p r o v e m e n tt o s f b cs y s t e m s p e r f o r m a n c e 3 南京邮电学院硕士毕业论文 第一章绪论 1 1w l a n 的发展背景 第一章绪论 现代社会已经步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输即通信起着支撑 作用。由于人类社会生活对通信的需求越来越高，世界各国都在致力于现代通信技 术的研究与研发以及现代通信网的建设。 移动通信是现代通信系统中不可缺少的组成部分。顾名思义，移动通信就是指 通信双方至少有一方在移动状态中进行传输。例如，移动台( 车辆，船舶，飞机， 或者行人) 与固定点之间，或者移动台之间的通信都属于移动通信的范畴。另外，还 有一种可移动的概念，即通信用户的位置是可变，但与严格意义的移动通信变化相 比，两者的无线信道特性有比较大的差别。 随着人们对移动通信专用化要求的进一步提高，某个特定区域内的无线移动通 信正成为国际标准化组织、各个厂商和科研机构开发的热点。虽然无线局域通信存 在性价比相对不高、速率较低、安全性较差等“先天不足”，但发展前景还是被i t 行 业所看好。如股票大厅、港口、医院、人烟稀少的地区，在这些铺设电缆投资巨大、 维修不便、气候恶劣但实时通信要求很高的特殊场合，使用无线局域网有其优越性。 无线局域网( w l a n ：w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ) 是从有线局域网中发展而来的一 种新技术，有效地将高速数据网络和移动性的应用结合在一起。它作为有线局域网 的补充，可以满足移动、重定位、特殊网络的要求，覆盖有线局域网难以设计的区 域。 无线局域网技术的成长始于2 0 实际8 0 年代中期，它是由美国联邦通信委员会 为工业、科研和医学频段的公共应用提供授权而产生的。自从1 9 7 7 年第一个民用局 域网投入运行以来，局域网以其广泛的适用性和技术方面的优势，获得了迅速的发 展，已经成为数据网络领域中基于宿主机的最流行的网络连接形式。 进入9 0 年代以来，随着个人数据通信的发展，功能强大的便携式数据终端以及 多媒体终端的广泛应用，为了实现任何人在任何地点均能实现数据通信的目标，要 南京邮电学院硕士毕业论文 第一章绪论 求传统的计算机网络由有线向无线，由固定向多媒体发展，这更进一步推动了无线 局域网的发展。 世界上第一个试验性无线局域网是1 9 8 7 年建立的，随后在医疗，零售，机场等 地方都出现了局域网。为了解决各厂商的无线局域网不能互连的弊端，i e e e8 0 2 1 1 委员会成立了。其着手制定无线局域网标准，并于1 9 9 7 年6 月制定了第一个无线局 域网标准i e e e 8 0 2 1 1 。与以太网相比，w l a n 较慢的数据速率成了进一步发展的 瓶颈a 为此i e e e 小组又推出了新的高速标准i e e e 8 0 2 1 l b 和i e e e 8 0 2 1 l a 。欧洲电 信标准化协会( e t s i ) 的宽带无线电接入网络( b r a n ) 小组也制定了h i p e r l a n 接入标 准。 目前，全球无线局域网市场处在三种不同标准相互竞争走向统一、各种新标准 蓬勃发展的战国时代。无线局域网技术的新发展表现为更高的速度、更好的互操作 性以及安全性。无线局域网具有的高灵活性和可靠性，可以立竿见影地提高生产率， 在各行业的广泛应用取得了引人瞩目的成果，展示了极为广阔的市场前景，它将创 造崭新的生活和工作风尚。 无线局域网相比有线局域网的优点： 1 移动性好。在服务区域，无线局域网用户可以随时随地访问信息。 2 设备安装快速，简单，灵活。无线局域网消除了不限的繁琐工作，网络可遍 及有线无法到达的地方。 3 扩展能力强。无线局域网可以组成多种拓扑结果，容易从少数用户的网络模 式扩展到成千用户的结构。 在无线通信中正交频分复用( o f d m ) 技术可以获得较高的数据速率，并对抗多 径衰落效应。它结合了多载波调制( m c m ) 和频移键控( f s k ) 调制，是一种非常有前 途的技术。多载波调制的原理是先把信息流分成几个并行的比特流，然后将每个这 样的数据流调制到单个载波或子载波上。在频移键控调制技术中数据是在一个载波 上传输，这个载波是在一个码持续时间内一系列正交的载波中的一个，载波间的正 交性是通过如下方式获得：用整数多个并行比特流的相反的码持续时问来分离载波。 南京邮电学院硕士毕业论文第一章绪论 采用正交o f d m 技术时所有的正交载波是同时传输的。o f d m 可以有效地对抗信 号波形间的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。 现在有三种国际性的w l a n 标准采用o f d m 技术作为物理层的规范，即欧洲 和北美的i e e e 8 0 2 1 l a ， 欧洲和北美的h i p e r l a n 2 ，以及日本的m m a c 。每个标 准都能在5 g h z 频带提供6 m b i t s 到5 4 m b i t s 的数据速率。本文是对i e e e 8 0 2 1 l a 基 带系统进行研究，由于这些标准的物理层十分相似，本文所作的研究同样适用于其 他w l a n 协议标准的系统。 1 2 无线信道估计的重要性 无线通信应用很广泛，其系统的性能主要受到移动无线通信环境的制约，无线 通信的媒介环境无线信道由于其衰落的程度而大大影响无线通信的质量。总的 来说，在无线环境中有两种影响：第一种是多径，由于从建筑物表面或其它物体反 射、散射而产生的短期衰落，通常移动距离是几百英尺：第二种是直接可见路径产 生的主要接收信号强度的缓慢变化，即长期场强变化。地面视距微波信道由于多径 时延差小，信道时变速率与实际通信数码率相比很小。因此可看成码元在时间量级 上信道是不变的，信道的缓慢变化在若干个码元期间是感觉不出来的。而在高频和 超高频无线信道中的情况则不同，信道变化率和码率相比较已经达到了不可忽略的 程度，并由于多普勒频移，在码元间隔和若干个码元间隔上已经可以感到信道特性 的变化，此时如果不加入信道估计部分，接收信号的质量将很差。 冲击响应是无线信道的重要特性，它包含了所有用于模拟和分析信道无线传播 的信息，这是因为移动无线信道可建模为一个具有时变冲击响应特性的线形滤波器， 其中时变是由于接收机和空间运动所引起。信道的滤波特性以任意时刻到达的多径 波为基础，其幅度与时延之和影响信道滤波。冲击响应是信道的一个有用特性- 可 用于预测和比较不同移动通信系统的性能，以及某一特定移动信道条件下的传播带 宽。移动无线信道的变化与移动无线信道的冲击响应直接相关。而信道估计接收机 能近似信道的冲击响应，逼近实际信道特性。 南京邮电学院硕士毕业论文第一章绪论 1 3 信道估计技术研究的现状 l 1 前的信道估计技术的研究非常火热，已经研究出的信道估计技术也很成熟。 传统的和现今实际的获得信道估计的方法是通过在发送端发送一个训练序列 ( t r a i n i n gs e q u e n c e ) ，在接受端测量接受序列，再通过拟合技术来实现，这种技术 称为标准输入输出技术。标准输入输出技术对时不变信道来说是非常有效的，仅仅 需要在每次通信发起时发送一段足够长的训练序列即可，但对快速时变信道，则必 须要周期性地发送训练序列，这就需要占用大量的信道带宽，大大降低了通信系统 的吞吐量( t h r o u g h p u t ) 。盲信道估计( b l i n de s t i m a t i o n ) 是在不发送已知训练序列的情 况下，利用信道的结构信息和输入特性，仅仅通过处理接受序列来获得信道估计的 技术。显然盲信道估计可以大大提高通信系统的吞吐量。如果有小部分的发送序列 在接受端是可知的，这部分序列能够提供给接受端关于信道的信息，因此通过线形 合并的策略将这些信息合弗进盲信道估计中，就形成了半盲信道估计( s e m i b l i n d e s t i m a t i o n ) 技术。 般来讲，o f d m 系统的信道估计技术有以下几种方法；最小平方估计( l s ： l e a s ts q u a r e ) 、最小均方误差估计( m m s e ：m i n i m u mm e a n s q u a r ee r r o r ) 、插值滤波器 等1 2 1 1 3 1 ，以及强壮信道估计方法、二阶或二阶以上的统计特性方法、最大似然方法、 信道的迭代估计等等。 对于8 0 2 1 1 a 系统来讲，每个帧前面的两个l o n gs y m b o l 训练序列的存在使得 标准输入输出技术成为8 0 2 1 1 a 信道估计技术的主流。 1 4 信道状态信息( c s i ) 在维特比译码中的应用 由于多径传输的影响使得接收的o f d m 信号的不同载波有蓉不同的信噪比 ( s n r ) ，处于新的频率响应凹槽处的载波具有很低的s n r ，而处于信道频率响应 峰值处的一下载波具有较高的s n r ，调制在高s n r 载波上的数据将比调制在低s n r 载波上的数据具有更高的可靠性。这个可靠性信息口q 做信道状态信息( c s i ) ， 它动态地反映了信道的变化情况。由信道变化所带来的这种非均匀的，即不公平的 南京邮电学院硕七毕业论文 第一章绪论 可信度，在软判决译码时必须予以考虑。因此，在o f d m 解调端的v i t e r b i 译码之 前，对c s i 进行提取是非常必要的。 1 5 本文的研究内容及其个人工作 本文致力于几个方面的研究，如信道估计技术和s f b c 发送天线分集技术等。 其中信道估计技术本文只涉及到l s 信道估计方法和m m s e 信道估计方法在各种信 道传输环境下的研究和性能分析。l s 信道估计方法是最简单的技术。w i e n e r 滤波 器是m m s e 准则下的最优滤波器，本文在固定的信道模型下根据m m s e 准则自行 设计并实现了w i e n e r 滤波器，并验证了其性能上的优势。 利用信道状态信息的维特比译码也是本文研究的一个重点。本文提出一种信道 状态信息( c s i ) 的提取方法，并对利用仿真对性能进行了验证。 s f b c 也是本文研究的一个重点。本文根据s f b c 原理对系统进行性能的研究 和分析，并对插值算法，c s i 在s f b c 系统中的应用做了研究，并进行仿真，验证 其性能的优势。 本人的独立工作： 结合i e e e 8 0 2 1 l a 协议，构建了仿真平台，并对其进行描述。 构建了瑞利多径信道模型。 构建了固定模型下的维纳滤波方法，对其在瑞利信道下进行仿真验证。 对信道状态信息在维特译码中的应用进行仿真验证。 提出一种额的c s i 方法，对其进行仿真验证。 s f b c 系统中，利用c s i 的信道估计方法进行仿真验证。 s f b c 系统中，利用插值算法的信道估计进行了仿真验证。 南京邮电学院硕士毕业论文 第二章8 0 2i l a 基带仿真系统的构建 第二章8 0 2 1 l a 基带仿真系统的构建 i e e e 8 0 2 1l a 协议是i e e e 计算机协会的l a n m a n 标准委员会1 9 9 9 年制定的 无线局域网协议标准。本文的基带仿真系统是根据此协议而搭建，目的是验证其 基本性能并进行该系统的算法研究和仿真，下面结合协议简单介绍仿真方案的构建 和各个部分的实现方法。 2 1 帧结构 速率i 保留位i 跃度j 奇偶位l 尾帧l 服务域lp s d u 数据i 尾帧i 添加位 4 比特l1 比特1 1 2 比特1 1 比特 6 比特1 1 6 比特i1 6 比特l o f d m 编码 ( b p s i ( ，r = l 2 ) o f d m 编码 ( 速率在s i g n a l 域决定) l p l c p 帧头 s i g n a l 域 1 1 2 符号一个o f d m 符号 数据域 图2 1 帧结构 如图2 1 是物理层传输数据帧的结构1 4 i ，包括o f d m 帧前导，帧头，分组服务 数据单元( p s d u ) ，尾比特和奇偶校验比特。在调制的时候，帧长( l e n g t h ) ，传输 速率( r a t e ) ，保留比特和奇偶比特组成一个单元，称之为s i g n a l ，它使用b p s k 方式进行调制，编码速率为t 2 。帧头部的s e r v i c e 部分和p p d u ( 包括6 个0 的 尾比特和附加比特) 称为d a t a ，它是用r a t e 部分定义的传输速率进行传输，可 以构成多个o f d m 符号。s i g n a l 符号的尾比特使得尾比特接受后能够迅速解调出 r a t e 和l e n g t h 。 2 28 0 2 1 l a 系统基带仿真流程介绍 8 0 2 1 1 a 系统基带仿真系统可以用一个流程图来表示，仿真系统可以用图2 2 来 描述整个仿真系统的流程。其中发信部分是把从m a c 层接受到的比特流进行处理， 南京邮电学院硕士毕业论文 第二章8 0 2 1 l a 基带仿真系统的构建 然后经过发射器进行信号传输。传输数据经过传输信道，被接收机接收后进行与发 送部分相反的处理就可以得到发送端的原始比特流数据。 在我们的仿真系统中，根据需要，我们把传输信道分为两种情况，即a w g n 信 道和a w g n + 瑞利多径衰落信道两种信道模型。关于信遭模型这一部分我们将在后 面进行详细的介绍。 对发送部分和接收部分而言，从图2 2 可以看出，接受信号在进行信道估计， 也就是进行信号补偿之后，其处理过程与发送部分恰恰相反，因而我们在对仿真系 统进行介绍的时候只需对发送部分进行详细介绍即可，接受部分做相应的简单的介 绍。 8 0 2 1 1 a 系统物理层的发送部分也就是信号发送前的编码部分，由许多步骤组 成，其基本的处理过程如图2 。2 所示，由扰码。卷积编码，交织，映射，导频插入， 反付氏变换以及插入保护间隔组成，最终实现数据由比特( b i t s ) 流变成符号( s y m b o l s ) 流。 数据比特流的生成_ 叫! ! 堕h 查塑垫堕h 壅璺p | 堕塑一! ! ! ! ! 堡垒r 1 垦笪叁壅塑 发信部分ni乒i鬲再i 一 匝寸呻 传输环境 l 陌磊函磊卜婶 i 信道估计 燃精 志 匣2 28 0 2l l a 系统基带仿真平台流程 2 2 1 数据比特流的产生 首先产生p l c p 的前导部分，这一部分主要由l o 个重复的短训练序列和两个重 南京邮电学院硕士毕业论文 第二章8 0 2 1l a 基带仿真系统的构建 复的长训练序列组成，其中1 0 个短训练序列用于接收端的a g c 、分集选择、定时 和频率获取，2 个长训练序列被接受端用来进行信道估计和频偏纠正的。其中帧前 导部分要加上保护间隔( 0 0 。 第二部分是产生p l c p 头部。根据要传输的数据的传输速率( r a t e ) ，帧长 ( l e n g t h ) 和服务域( s e r v i c e ) 的要求用相应的比特来填充到p l c p 头部的相应 的位置。r a t e 和l e n g t h 用编码速率为1 2 的卷积编码进行编码，然后用b p s k 方法来调制，产生一个独立的o f d m 符号，称之为s i g n a l 符号。为了能够可靠 而及时的检测到r a t e 和l e n g t h ，帧头部要插入6 个0 的尾比特，s i g n a l 的具 体结构如图2 3 所示。s i g n a l 符号也要进行卷积编码、交织、b p s k 编码调制、导 频插入、傅立叶变换、插入保护间隔，最终用6 m b i 讹的速率进行传输。s i g n a l 符号没有经过扰码处理。 r 盯e ( 4 b i t s ) r ir 2r 3 oi1 2 i 曰岍h ( 1 2 b i t s ) s l g n a l t a i l ( 6 b i t s ) 轴i i 艮鼢鼬f 1 9 鼬0 砘lr 1 2 r 1 3 r 1 4 r 1 5 6 r l t 哺8 i r l 9 l h or e 1r ur 2 3 l h 4 345i6789i l oi l l | 1 21 1 31 1 41 1 51 1 61 1 71 1 81 1 9b o1 2 1 | 2 2b 3 比特传荆粳序 图2 3s i g n a l 的比特分配 表2 1 r a t e 的比特转换 r a t 日m b p s ) r t - r j 61 1 0 1 91 l l l 1 2 0 1 0 l 1 80 l 】l 2 41 0 0 1 3 61 0 l l 4 80 0 0 l 5 40 0 i l r a t e 是系统要求的数据传输速率，其转换的比特占4 位，r a t e 的b i t s 的转换 南京邮电学院硕士毕业论文 第二章8 0 2ll a 基带仿真系统的构建 关系如表2 1 所示。 l e n g t h 是一个无符号类型的长度为1 2 个b i t s 的整型数据，表示媒体接入控 制层要求物理层传输的数据长度。 下一步，根据数据传输要求的速率计算n d s ( 每个o f d m 符号的数据比特数) ， r ( 编码速率) ，n b p s c ( 每个o f d m 子载波的比特数) 和n c b p s ( 每个o f d m 符号的编码 比特数) 。这些参数与传输速率的关系如表2 - 2 所示 表2 2与传输速率有关的参数 数据速率调制方式编码速率每个子载波每个o f d m 符号每个o f d m 符号 ( r )编码比特数编码比特数数据比特数 ( n b p s c ) f n c b p s ) 硝d b p s ) 6b p s k1 2l4 82 4 9b p s k3 4l4 83 6 1 2 q p s k l 229 64 8 1 8 q p s k 3 429 67 2 2 4 1 6 q a m l ，2 4 1 9 29 6 3 6 1 6 q a m 3 441 9 21 4 4 4 8 6 4 q a m 2 ，362 8 81 9 2 5 4 6 4 0 a m 3 4 62 8 82 1 6 把p s d u 连接到s e r v i c e 的后面。用0 比特( 至少要有6 位) 对生成的数据比特 流进行扩充，使得产生的数据长度是n d b p s 的倍数。扩充后的比特流就组成了数据 分组的d a t a 部分。用户数据( 也就是图2 。l 中的p s d u 部分) 在这一部分中用随机 产生的0 、1 序列来模拟。因为用户数据也是随机的，因而在理论上是可行的。 2 z 2 扰码 用一个非零伪随机序列对扰码器进行初始化，产生一个扰码序列，并用这个扰 码序列跟输入的数据比特流进行x o r ( 异或运算) 。用6 个0 的非扰码比特代替d a t a 后面的六个0 扰码比特( 这些比特的作用是让卷积编码器在一帧结束后返回到0 状 态，为下一帧的编码做准备，叫做“尾比特”) 。 扰码器的结构如图2 4 所示： 量堕堡皇兰堕堕主兰些堡奎 苎三主! 塑：! ! ! 墨堂堕壅墨竺塑塑堡 扰码器的生成多项式可以表达为 s ( x 1 = x 7 + x 4 + l 2 2 3 卷积编码 图2 4 扰码器的结构 d a t a i n d e s e r a m b l e d d a t a o u t 用编码速率为1 2 的卷积编码器对扩充以后的扰码数据流进行卷积编码，并对 卷积编码输出的数据流进行削码( p u n c t u r e ) 处理，用这种方法来达到要求的编码速率 l 2 ，2 3 或3 4 。 卷积编码器用的是工业标准的生成多项式，g o = 1 3 3 8 ，g = 1 7 1 8 ，编码速率为1 2 。 卷积编码器的结构如图2 5 所示，其中a 先于b 输出。 父 夸 ： )咂) 由 蒡 t 、r 一 a b 图2 5 卷积纬鸸器( k 一7 ) 更高的传输速率可以用削码( p u n e t u r i n g ) 来获得。削码是一个删除传输比特流中 的一些编码比特的处理过程( 这样可以减少传输比特数，增加编码速率) ，并在卷积 解码器中相应的位置插入0 来代替被删除的比特。图2 。6 是r = 3 4 和2 3 时的削码 南京邮电学院硕士毕业论文 第二章8 0 2 i l a 基带仿真系统的构建 方式。 削码速率( r = 3 4 ) 源比特 编码比特 削码比特 插入比特 解码比特 削码速率( r = 2 3 ) 源比特 编码比特 i 码比特 插入比特 解码比特 自0 去的比特 插入0 比特 图2 6r = 3 4 ，2 ，3 时的削码方式 接收端的卷积解码器一般用的是维特比序列最优算法。 2 2 4 交织 削去的比特 插入0 比特 将扰码后的比特流以n c b p s 为单位进行分组，其中的每一组都根据一定的交织 算法进行交织处理。所有的编码数据比特的交织都在一个o f d m 符号内进行，其交 织长度为o f d m 符号的长度。交织分两步转置进行处理。第一步转置确保相邻的编 码比特映射到非相邻的子载波，第二步保证相邻的编码比特交替的映射到星座点的 南京邮电学院硕士毕业论文 第二章8 0 2il a 基带仿真系统的构建 各个不同的星座点上，可以避免可靠性差的比特长时间运行。 设k 是第一步转置前的编码比特的予载波序号，i 是第一步转置后第二步转置 前的序号，而j 是第二步转置后调制映射前的子载波序号。 第一步转置的数学表达式为： 扛仃6modl，l，6)+麓k一1lk 0 1 6 ( 2 1 ) = ，。一1 、7 其中f l o o r ( ) 表示不大于括号内的参数的最大的整数。 第二步转置的数学表达式为： j = s x f l o o r ( ，j ) + ( + c 跚一n 。( 1 6 x i 鲫) ) m 。“ 1 i = o ，l ，一1 、 s 的值由每个子载波的编码比特数( n b p s c ) 决定的： s ：m a x ( ! 颦，1 )( 2 3 ) 解交织器对o f d m 符号进行与交织相反的转置，保证解交织后的数据是交织前 的顺序。这里设j 为第一步转置前的初始接受数据的子载波号，i 是第一步转置后第 二步转置前的子载波号，k 是第二步转置后的将要输入到卷积解码器之前的数据流 的子载波号。 所以，第一步转鬣的数学表达式为； 扛j n o 邮，j ) + ( ，+ f l o o 。( 1 6 f 侧) ) m o 血 f 2 钔 ，= o ，l ，一1 、。 这里的s 就是由公式( 2 。3 ) 定义。这一步的转置就是公式( 2 。2 ) 的反过程。 第二步转置的数学表达式为： 七2 1 6 。f 一( 一1 ) n 0 0 7 ( 1 6 。f ，) f 2 5 1 k = o ，l ，一l 、7 这一步的转置就是公式( 2 1 ) 的反过程。 2 2 5 映射调制 把交织后的数据流以n c b p $ 为单位进行分组，根据相应的调制编码表把每个比 南京邮电学院硕士毕业论文 第二章8 0 21 1 a 基带仿真系统的构建 特组转换成一个复数组。 8 0 2 il ao f d m 系统有四种调制方式，即b p s k 、q p s k 、1 6 q a m 、6 4 q a m ，选 择何种调制方式与速率有关。编码后的：进制数据序列以n b p s c ( 1 ，2 ，4 或6 ) 个比 特为单位进行分组，然后进行对应速率的q a m 调制。这些调制要按格雷编码映射 的方式进行。映射输出的数据是调制数据乘上一个归一化因子k m o d ，映射的对应 关系可以表示为： d = ( i + j q ) 足m( 2 6 ) 归化因子k ”o o 与基本的调制方式有关，如表2 3 所示。从传输过程的开始到 结束，调制有可能不同，因为信号从s i g n a l 变化到d a t a ，要求的传输速率不同。 归一化因子的作用就是把不同的映射方式产生的信号进行等功率处理。在实际的处 理中，归一化因子可以取个近似值，只要设备能够做到足够的调制精度就可以。 表2 3归一化因子k m 的定义 调制方式：k u o o b p s ；ki q p s k 1 j 1 6 q a m l ，而 6 4 q a m l ，石 i 与q 的对应关系如图2 7 所示。对b p s k 来讲，b 0 就决定了i 值；对q p s k 来 讲，b o 决定了l 值，而b i 决定了q 值：对1 6 q a m 来讲。b o b l 决定了i 值，而b 2 b 3 决定了q 值；对6 4 q a m 来讲，b o b l b 2 决定了l 值，而b 3 b 4 b 5 决定了q 值。其对应 关系如表2 4 2 7 所示： 表2 4b p s k 编码映射表 i 输入比特( b o ) l 输出 q 输出 o- l o 1lo 表2 5q p s k 编码映射表 l 输入比特( 瞄 i 输出 输入比特( b 1 ) q 输出 o一10一l -lll 翌蔓墅里兰堕堡主兰些堡壅 苎三兰! ! ! ：! ! ! 茎塑堕塞墨竺塑塑壁 b q 1 6 q a m 。 q b o b i b 2 b 3 + 1 l1 b o 0 0 1 00 1 l o1 1 1 01 0 1 0 l 二一， + 3 i一 - 1 1 0 0 1 10 1 1 11 l l l1 0 1 1 + l 1 1nl n 3- 1+ l+ 3 一十l _一一b o b 0 0 0 l叭0 11 1 0 l1 0 0 1 l l ! ，l 1 0 1l l 0 0 0 00 1 0 01 1 0 0 1 0 0 0 q 3 0 0 01 0 00 0 1 l o oo l l l 0 0o l o o o j1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 00 1 1 0 01 0 0 1 0 0 b 0 1 + 7 0 0 01 0 l0 0 1 1 0 io “1 0 10 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 11 l l l 0 10 1 1 0 l1 0 0 1 0 l + 5 0 0 01 1 10 0 l l l lo l l l l l0 1 0 1 1 11 1 0 l l il l l l l l0 1 1 1 l1 0 0 1 1 l + 3 0 0 01 1 00 0 1 “o0 1 1 1 1 00 l o h 01 1 0 1 1 0i l i l l 00 1 1 1 01 0 0 1 1 0 十l 7 o一3- l+ l+ 3+ 5+ 7 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 00 11 0 1 00 l o o l 0l i 0 0 1 01 1 1 0 1 01 0 1 0 1 01 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 l l0 0 1 0 1 10 1 1 0 1 lo 1 0 0 1 l l 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 l 1 0 1 0 1 11 0 0 0 1 1 3 0 0 0 0 0 l0 0 1 0 0 l0 1 1 0 0 l0 1 0 0 0 l1 1 0 0 0 11 1 1 0 0 1l o l 0 0 l1 0 0 0 0 1 - 5 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 00 11 0 0 00 1 0 0 0 01 1 0 0 0 01 1 1 0 0 01 0 1 0 0 01 0 0 0 0 0 7 6 4 q a m 图2 7b p s k ，q p s k ，1 6 q a m 和6 4 q a m 编码的星座图 b 2 b s b 4 b 5 南京邮电学院硕士毕业论文第二章8 0 21 l a 基带仿真系统的构建 2 61 6 q a m 编码映射表 输入比特i 输出 输入比特q 输出 ( h b 0( b 2 b ) 0 03 0 03 0 110 11 l l1 1 1l 1 031 0 3 表2 7 6 4 q a m 编码映射表 输入比特( b o b l b 2 1 i 输出 输入比特( b 3 b 4 b 5 )q 输出 0 0 070 0 07 0 0 150 0 15 0 1 130 1 1 3 o l olo l ol 1 1 011 1 0 l 1 1 131 1 l3 1 0 l51 0 1 5 1 0 07 1 0 07 2 2 6 导频插入 把生成的复数序列以4 8 为单位进行分组，每个分组都组成一个o f d m 符号。 每个分组的复数符号都编号为0 到4 7 ，相应的映射到o f d m 符号的子载波编号为- 2 6 到2 2 ，2 0 到8 ，6 到1 ，l 到6 ，8 到2 0 ，2 2 到2 6 。子载波2 1 ，一7 ，7 ，2 1 用于 插入导频。这4 个子载波的作用是使相干检测能够消除频率偏差和相位噪声。0 载 波删除不用，最后用0 值填充。这样总共的子载波数为5 2 ( 4 8 - - 4 ) 。 2 2 7i f f t ( 反傅立叶变换) 复数流以n s d _ 4 8 个为单位进行分组，我们用d 幻代表复数，对应于第n 个o f d m 符号的第k 个子载波，即： 矾，。= d t + 。 k = 0 ，n s d l ，n = 0 ，j 一l( 2 7 ) 南京邮电学院硕士毕业论文第二章8 0 2 1 l a 基带仿真系统的构建 其中，n s y m 是o f d m 符号的个数。 这样一个o f d m 符号 d a t a 。( t ) 可以定义为： 锄脚( f ) ：喙舶) 【芝z 卢x p ( x t r m ( k ) z x f ( f 一) ) “。峙，2 ( 2 8 ) + “l 窆最e x p ( j 2 n k a f ( t - t o d ) k = - n s r 2 这里的函数m ( k 1 定义为这样的逻辑子载波序号：从0 到4 7 到频域序号从- - 2 6 到2 6 ，并跳过导频子载波和0 号子载波。 m ( ) = 青一2 6 i 一2 5 k 一2 4 哥一2 3 露一2 2 七一2 l 0 k 4 5 k 1 7 1 8 七2 3 ( 2 9 1 2 4 k 2 9 、 3 0 兰k 4 2 4 3 k 4 7 第n 个o f d m 符号的导频载波的分配方式由p 序列的傅立叶变换产生的。p 序 列可以定义为： 2 6 2 6 = 0 , 0 ，0 00l ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，1 ， 0 , 0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 , 0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，l0 , 0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，0 ，( 2 10 ) 0 , 0 ，0 ，0 ，0 ，o 一1 ，0 , 0 000 ， 导频子载波的极性由只序列控制，只是一个1 2 7 个数的数组的循环扩展产生 的，定义如下： e o l 2 6 r = ( 1 ，l ，l ，l ，一l ，一l ，一l ，l ，一l ，一l ，一l ，一l ，1 ，l ，一l ，l ，一l ，l ，l ， 一1 ，一1 ，l ，1 ，一l ，l ，1 ，1 ，l ，l ，l ，一l ，1 ，l ，l ，一l ，l ，l ，一l ，一l ，1 ，1 ， 1 , - l ，t ，- 1 ，一1 ，一1 ，1 ，一】，l ，一1 ，一l ，1 ，- 1 ，- 1 ，l ，l ，1 ，l ，1 ，一1 ， 一1 ，l ，l ，一l ，一1 ，l ，一1 ，1 ，一l ，l ，1 ，一l ，一l ，一1 ，1 ，l ，一l ，一1 ，一1 ， ( 2 1 1 ) 一l ，l ，一l ，一l ，l ，一1 ，l ，l ，l ，l ，一l ，l ，一l ，l ，一l ，l ，一l ，一l ，一l ，一l ， 一l ，l ，一l 。1 ，l ，一l ，l ，一l 。l ，l ，l ，一l ，一l ，l ，一l ，一l ，一l ，l ，l ，l ，一l ， 一l ，一l ，一l ，一l ，一l ，一l 只序列也可以用扰妈器来产生，扰码器的寄存器用全l 序列来初始化，产生的 输出序列中的l 用1 代替，0 用1 代替。序列中的每个数都用于一个o f d m 符号。 第一个数只用乘上s i g n a l 符号的导频子载波，而e 以后的数都用于d a t a 符号。 一堕星塑里堂堕堡主兰、业丝壅 苎三童! 塑：! ! ! 茎萱堕塞墨竺堕塑壁 子载波的频率分配如图2 8 所示 d o d 4p - 2 td 5 d 1 7 p t d l 8 d 2 3d cd 2 4 d 2 9 d 3 0 d 4 2p 2 id 4 3d 4 7 7 0 7 图2 8 子载波的频率分配 所以。个串行o f d m 符号可以表示为： 翻( f ) ：硫神一玎五) n = 0 ( 2 1 2 ) 南京邮电学院硕士毕业论文 第三章w l a n 的信道模型和信道估计技术 第三章w l a n 的信道模型和信道估计技术 3 1w l a n 的无线信