80211p車載無線通信鏈路仿真畢業設計-全文預覽

　　

【正文】 的誤比特率在：1/1000 以下。它的主要思想是：對于每一級解碼器在網格圖中僅往回搜索 X 步，不在回到網格圖的出發點。而且，即使內存方面已經不是問題，但由于只有當接收到所有碼字時，才能給出譯碼結果，這個處理延時也是相當大的。　　　　　　　　 第 25 頁　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖（10） （a）t 2 和 t3 時該的譯碼過程圖（10） （b）t 4 時該的譯碼過程圖（10） （c）t 5 時該的譯碼過程　　　　　　　　 第 26 頁　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖（10） （d）t 6 時該的狀態度量計算圖（10） （e）t 6 時該的譯碼過程譯碼進行這里，則經完成譯碼，譯碼輸出比特為：1 0 0，成功地糾正了碼字中的一位錯誤碼元。　　　　　　　　 第 24 頁　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖（9） （2，1，3）卷積編碼器網格圖設 原信息比特為： 1 0 0 0 1 … 發送的碼字序列： 11 10 11 00 11… 接收到的碼字序列為： 10 11 00 11…譯碼將按照以下 5 個步驟進行：① 將 4 個狀態度量值清零，準備譯碼；② 計算接收碼字與各個相應支路碼字字之間的漢明距離；③ 在到達某一狀態的兩個狀態中，分別將這兩個前狀態的狀態度量值加在本次的分支度量值上作為當前新的狀態度量值的兩個候選值；④ 比較這兩個候選狀態度量值的大小，選擇其中較小的作為當前狀態的狀態度量值；⑤ 記錄所選擇的路徑，在下一時刻重復②⑤的過程，當比較完所有的接收序列路徑合為一條時就可以從網格圖中讀取譯碼比特。下面以（2，1，3）卷積碼的譯碼來講述理想型維特比譯碼過程。在網格圖描述中，譯碼過程只需要考慮整個路徑集合中那些能使似然函數取得最大值的路徑。打孔是分組進行的，這里與上面所述碼率相對應的打孔模式如下表（6）：碼率 組長 打孔位 保留位 3/4 6 4，5 1，2，3，6 2/3 4 4 1，2，3，5，6 1/2 6 無 1，2，3，4,，5，6 表（6） 打孔模式與碼率 卷積碼的譯碼 維特比譯碼卷積碼的最佳譯碼，是目前應用最廣泛的卷積碼譯碼方法，特別是在無線應用中。就是按照一定的模式把某些比特去掉，于是相當于后面的比特前移，從而實現了比特率的調整，即實現了速率匹配，起到了去除多余碼字的作用，同時保證在這些碼字去除之后還能正確譯碼。令其對應的輸出分別為： ；1110234(,.)CC?其對應的編碼方程可寫為： ， 。4,2,1 信道編碼 在基本原理介紹部分已經對信道編碼給出了相應介紹。即可。同時特別要注意在仿真過程中為了使用延時相關算法實現分組檢測，我們在前導(Preamble)之前還加入了 500 個樣值的噪聲。短訓練符號(ShortTrainingSymbols):sqrt(13/6)*[0 0 1+j 0 0 0 1j 0 0 0 1+j 0 0 0 1j 0 0 0 1j 0 0 0 1+j 0 0 0 0 0 0 1j 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 0]長訓練符號(LongTrainingSymbols):[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 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]導頻擾碼序列(PilotScramble):[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 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 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 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 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]數據子載波數(NumDataSubc): 48導頻子載波數(NumPilotSubc): 4導頻子載波位置(PilotSubcIdx): [12 26 40 54]39。　　　　　　　　 第 20 頁　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　4 無線通信鏈路仿真平臺搭建 無線鏈路層參數設定及信息序列生成整個物理層也就是無線通信可分為 3 個模塊，即發射模塊，信道模塊和接收模塊。對發射的信號加上循環前綴，這樣可以允許用圓周卷積代替線性卷積，然后再對上式進行 FFT 后得到其頻域表達式： 1()()NkkikiPRmHSVm???1M?　　　　　　　　 第 19 頁　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　式中的 分別表示第 個天線的接收信號的第 個子載波的頻域表(),(),kkikRmHSVkm達式，第 個發射天線和第 個接收天線之間的復信道增益，第 個發射天線和第 個ik接收天線之間的噪聲信號。由 N 個發射天線發送，然后由第 k 個接收天線檢測 ，這樣 可以表示如()isl ()krl()kr下： 1()()NkkikiPrlhslv????1M?式中 是在時間下標 處第 個發射機天線和接搜集第 個天線之間的衰落信道。二 MIMO 作為典型的多天線系統，可以明顯提高傳輸速率，改善通信信號的信噪比。使得 OFDM 的廣泛應用成為可能。圖（7） OFDM 的頻譜 采用 IDFT/DFT 實現調制解調從上面的分析可知，要產生一個 OFDM 無線傳輸系統，首先需要產生 N 個正教的子載波，并且接收端需要對這 N 個正交的子載波進行時域和頻域同步。其頻譜如圖（7） 所示。 下面說明子載波間隔是在載波上符號間隔的倒數的物理意義。OFDM 便是這樣一種多載波調制，其子載波間隔是在載波上符號間隔的倒數，各子載波頻譜是相互重疊的這種重疊使得頻譜效率顯著提高。一般（n，k，L）卷積碼編碼器共有 2k(L1)個狀態，如果輸入信息序列長度為Mk+（L1）k（后（L1）k 個碼元為添加的全 0 碼元，以便與解碼器回到初始狀態） ，進入和離開每一個狀態的支路有 2k 個。網格圖橫軸表示時間，縱軸表示不同的狀態，狀態按照圖（5）依次排列。隨著信息的不斷輸入，編碼器就不斷的從一個狀態轉移到另一個狀態，并輸出相應的輸出值，形成對應于輸入信息序列的輸出序列。而編碼器的當前狀態取決于編碼器在當時各移位存儲器所存儲的內容，因此，稱編碼寄存器在任意時刻存儲的數為編碼器在這一時刻的一個狀態。0jmg? jm其中， 為移位寄存器的數目，n 為模 2 和加法器的數目。 圖（3） 卷積編碼器卷積碼有很多表示方法，下面將分別介紹：1. 子生成元表示法；2. 狀態圖表示法；3. 網格圖表示法。每一個 k 比特長的輸入序列對應一個 n 比特長的輸出序列。在下面我們將只對本文涉及的卷積碼做出介紹。由于實際信道存在噪聲和干擾的影響，使得經信道傳輸后所接收的碼元與發送碼元之間存在差異，稱這種差異為差錯。如果對 和 在進行上面的分割直到()k 1()k2()和 都只有兩個值這是運算量將大大降低，經過復雜的運算 FFT 算法與直接1X2計算 DFT 運算量比較為： 。將 N= 的序列 x(n)（n=0,1,2,3,4…..N1 ）先按照 N 的奇2L偶分為以下兩組。快速傅里葉變換就是按照這樣的基本思路發展起來的。設 x(n)為 N 點有限長序列，其 DFT 定義為： ；反變換定義為：10()()NnknxkXW????由上式可以看到除過 的指數符號不同，還相差一個 1/N 的常10()()nkNnxkXW???NW數乘因子，其余運算量是完全一樣的。　　　　　　　　 第 10 頁　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　3 基本原理介紹在本文的描述中用到了 FFT 算法，信道編碼技術，OFDM 技術，MIMO 技術等。(11) 將導頻放入編號為21，7，7 和 21 的 4 個子載波中，最后子載波總數為52。如 BPSK 或16QAM 等。　　　　　　　　 第 9 頁　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(6) 最后 6 個經過擾碼后的‘0’比特再用 6 個未經過擾碼的‘0’比特進行替換。由編碼速率（R） ，得到一個 OFDM 子載波中的比特數（ NBPSC） ，和一個OFDM 符號中含有的編碼后的比特數（N CBPS） 。在這里我們首先在 PLCP 頭加入 6 個‘0’ ，這樣使得檢測到比特位和長度位更加容易。 圖（2）OFDM 的符號結構 PPDU 編碼過程IEEE 物理層對 PPDU 編碼過程給出了明確的規定和說明，它的編碼過程主要包括以下 13 個步驟：(1) PLCP 前導的產生。這其中，數據的比特率由信號段的速率位忽和長度位決定。PLCP 報頭包含以下五個域：1）數據包長度位(LENGTH) ；2）數據速率位(RATE) ；3）保留位(Reserved)；4）奇偶校驗位 (Parity)；5）業務位(SERVICE)。為了實現 PMD 層的功能，PMD層需要直接面對無線煤質，并需要向傳送的數據幀提供調制和解調功能。PLCP 為 MPDU 添加的頭字段，頭字段中含有物理層的發送器和物理層接收器所需地址信息等。匯聚功能可以將與 PMD(Physical Medium Dependent)子層相應的具體的物理實現方法轉為標準的物理層服務(PHY service)，再轉交給 MAC 層。額外的噪聲樣值（ExtraNoiseSamples）：500 IEEE 系統參數表（2）為 無線鏈路層的系統參數：表（2） OFDM 系統的主要參數參數 參數值碼片時間(chip duration) 50nsNSD(Number of data subcarriers)數據子載波的個數 48NSP(Number of pilot subcarriers)導頻子載波的個數 4NST(Number of subcarriers,total)總的子載波個數 52（N SD ＋N SP ）抽樣速率 20MHzOFDM 符號間隔 4us(80chip)　　　　　　　　 第 6 頁　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　循環前綴長度（保護間隔） (16chip)FFT 周期 TFFT (64chip)調制方式 BPSK、 QPSK、16QAM、64QAM編碼方式 1/2 卷積，約束長度為 7，可選擇打孔比特速率 1123454Mbit/s子載波頻率間隔(Δf ) (20MHz/64)訓練 (Preamble)序列長度 16us(Tshort+Tlong)在 OFDM 的幀結構中， Signal 中的 Rate 決定了系統的比特速率，進而決定了調制方式等一系列參數。采樣頻率(SampFreq): 10MHz 即 10e6卷積碼生成矩陣(ConvCodeGenPoly): [1,0,1,1,0,1,1。其中 4 個子載波作為導頻子載波,用來監控頻率偏移，相位偏移，剩余的 48 個子載波用于傳遞有效地數據信息。從技術的角度來看， 是對 IEEE 進行了多處適于汽車的特殊環境進行了改進，使得熱點間切換更先進、更支持移動環境特點、加強了無線通信安全性、加強了無線通信的保密性等。　　　　　　　　 第 4 頁　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2 IEEE 的物理層規范 IEEE 物理層組成及功能DSRC（Dedicated Short Range Communications）是一種專門應用在車輛無線通信的技術，最早是由美國材料與試驗協會(ASTM)在 1992 年提出的。第三章介紹了本文相關的一些的基本原理。對 無線鏈路層建立起一個全面的認識。例如，帶寬變為 10 MHz，這降低了 的信息傳輸速率為 3～27 Mbit/s； 2） 的工作頻率為 ～ GHz。 　　　　　　　　 第 2 頁　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表（1） 車載無線通信技術比較IEEE 作為 IEEE 協議在車載通信方面的擴展，主要是對 DSRC 的媒體訪問控制層(MAC)和物理層(PHY)標準進行了設定。當前應用十分成熟的技術包括：1）微波通信技術；2）紅外通信技術；3）專用短程通信技術(Dedicated Short Range Communications，D