基于IEEE802.11a链路仿真

通信与信息工程学院专业课程设计B报告专业班级：学生姓名：学号(班内序号):——————————————————————————装订线—————————————————————————————————报告份数：设计总成绩：-1-题目：基于IEEE802.11a链路仿真一、摘要IEEE802.11a是应用于无线局域网的802.11规范族中的一个规范，主要用在接入式集线器中，为无线ATM系统提供规范。使用IEEE802.11a规范的网络运行于无线频率在5.725GHz到5.850GHz之间的环境下。这个规范使用正交频分复用技术，这种技术尤其适合应用于办公室局域网。在IEEE802.11a规范中，使用52个正交频分多路复用副载波，数据速率可以达到54Mb/s。IEEE802.11a拥有12条不相互重叠的频道，8条用于室内，4条用于点对点传输。本次课程设计中，我们使用了matlab仿真平台，模拟了IEEE802.11a协议的实现过程，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。编程实现了IEEE802.11a协议的前导序列的生成，实现了对输入数据的加扰、解扰，卷积编码、解卷积编码，交织、解交织，星座映射、逆星座映射，以及同步的过程。通过仿真可发现本链路采用同步等技术可以明显地改善系统的BER性能。关键字：IEEE802.11a，正交频分多路复用，加扰，解扰，卷积编码，解卷积编码，交织，解交织，星座映射，逆星座映射，同步AbstractIEEE802.11aisusedinwirelessLAN802.11familyofspecificationsinaspecification,mainlyusedinaccesshubs,andprovidespecificationsforthewirelessATMsystems.Inbetween5.725GHzto5.850GHzenvironmentusingIEEE802.11astandardnetworkoperatinginradiofrequency.Thisspecificationusesorthogonalfrequencydivisionmultiplexing,thistechniqueisparticularlysuitablefortheofficeLAN.InIEEE802.11aspecificationusing52sub-carriersoforthogonalfrequencydivisionmultiplexing,thedataratecanreach54Mb/s.IEEE802.11anothave12overlappingchannels,eightforindoor,4forpointto-2-pointtransmission.Thecurriculumdesign,weusethematlabsimulationplatformtosimulatetheimplementationprocessIEEE802.11aagreement,namely:Fundamentalsofwirelesscommunicationsystemsdevelopmentandresearch,OFDMsystems,IEEE802.11aphysicallayerspecification,IEEE802.11asimulationsimulationplatformtobuildandlinkperformance.Simulationlinkwhichhasthreeparts:thetransmitter,channelandreceiver.ProgrammingIEEE802.11aleadersequencegenerationprotocol,therealizationoftheinputdatascrambling,descrambling,convolutioncoding,deconvolutioncoding,interleaving,de-interleaving,constellationmapping,inverseconstellationmappingandsynchronizationprocess.ThelinkcanbefoundbysimulationusingsynchronizationtechniquescansignificantlyimprovetheBERperformanceofthesystem.Keywords:IEEE802.11a,orthogonalfrequencydivisionmultiplexing,scrambling,descrambling,convolutionalcoding,convolutionalcodingsolution,interleaving,de-interleaving,constellationmapping,inverseconstellationmapping,synchronization二、引言无线局域网是不使用任何导线或传输电缆连接的局域网。无线局域网使用无线电波作为数据传送的媒介，传送距离一般只有几十米。其主干网路通常使用有线电缆，无线局域网用户通过一个或多个无线接入点接入无线局域网。无线局域网现在已经广泛的应用在商务区，大学，机场，及其他公共区域。无线局域网最通用的标准是IEEE定义的802.11系列标准。无线局域网第一个版本发表于1997年，其中定义了介质访问接入控制层和物理层。物理层定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种无线调频方式和一种红外传输的方式，总数据传输速率设计为2Mbit/s。两个设备之间的通信可以自由直接（adhoc）的方式进行，也可以在基站（BaseStation）或者访问点（AccessPoint）-3-的协调下进行。1999年，加上了两个补充版本：802.11a定义了一个在5GHzISM频段上的数据传输速率可达54Mbit/s的物理层，802.11b定义了一个在2.4GHz的ISM频段上但数据传输速率高达11Mbit/s的物理层。2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家通用，因此802.11b得到了最为广泛的应用。1999年工业界成立了Wi-Fi联盟，致力解决符合802.11标准的产品的生产和设备兼容性问题。本次课程设计主要是对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。其中仿真链路又分为三个部分：发送端，信道，接收端。编程实现了IEEE802.11a协议的前导序列的生成，实现了对输入数据的加扰、解扰，卷积编码、解卷积编码，交织、解交织，星座映射、逆星座映射，以及同步的过程。三、软件设计1、802.11a的物理层标准及帧结构802.11是IEEE为无线网络专门制定的相关标准，它针对的是更小范围的无线局域网。应用于5GHz，最高支持54Mbps的速率。802.11a的物理层帧结构：速率位（Rate）、长度位（Length）、保留位（Reserved）、奇偶校验位（Parity）、尾比特（Tail）构成一个OFDM符号，用信号（Signal）段表示。信号段采用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-4-填充比特构成数据（Data）区。传送的信号就是PPDU段，其余的都是开销比特。下图是OFDM的符号结构：2、前导生成前导训练序列包括10个短训练序列，2个长训练序列。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频率的细同步。OFDM短训练序列由调制过的12个子载波组成。调制因子S为：S–26,26=(13/6)^1/2×{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,0,0,0,0,0,0,0,–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}其中乘以(13/6)^1/2是为了将52个子载波中的12个子载波的能量归一化。短训练序列根据下式产生：其中WTShort(t)为短训练周期长度0.8微秒的矩形时间窗。TShort=0.8微秒。WTShort(t)的幅度为1。NST=52，。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，312.5fKHz-5-调制因子L为：L–26,26={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,–1,1,1,1,1}长训练序列根据以下公式产生：其中WTLong(t)为长训练周期长度8微秒的矩形时间窗。TLong=8微秒，WTLong(t)幅度为1，NST=52，，。2.1前导生成软件设计流程图3、加扰码及解扰码去掉调制因子S中7连0中的一个去掉调制因子L中唯一一个0将调制因子S进行IFFT得到短训练序列short将调制因子L进行IFFT得到长训练序列long将short中的周期性的16个点重复10次加窗得到short_str取long中64个点的后32个点（GI2），再将64个点重复2次（T1，T2），再加窗得到long_str个点个Preamble==[shortstr,longstr]开始结束312.5fKHz21.6GIT-6-加扰码是为了防止随机错误，开始初始状态为全一状态，然后进行异或运算，移位得到127比特。协议规定需对DATA信息部分进行扰码。DATA域包括Service、PSDU、尾比特以及填充比特，在卷积编码之前首先需经一长度为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：74(x)1sxx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，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)：0000111011110010110010010000001000100110001011101011011000001100110101001110011110110100001010101111101001010001101110001111111。扰码器的结构如下图所示。3.1软件设计流程图-7-4、卷积编码及反卷积编码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n个码元，不仅决定于这段时间内的k个信息位，而且还取决于前1N段规定时间内的信息位，这时监督位监督着这N段时间内的信息。这N段时间内的码元数目nN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=1/2、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。对应的编码器如图所示：开始初始化加扰器，设置为全1状态将移位寄存器4和