基于OFDM的80211a系统毕业设计

OFDM的子载波把整个信道划分成许多窄信道，尽管整个信道是有可能是极不平坦的衰落信道，但在各子信道上的衰落却是近似平坦的，这使得OFDM系统子信道的均衡特别简单，往往只需一个抽头的均衡器即可。

2.2OFDM的帧结构

IEEE802.11a关于无线局域网的规定中，其物理层汇聚协议（PLCP，Physical Layer Convergence Protocol）采用的是OFDM调制的技术标准。802.11a对OFDM的帧结构作了具体的规定，如图2-1所示，PLCP协议数据单元（PPDU，PLCP Protocol Data Unit）包括OFDM PLCP报头（Header）、PSDU、尾（Tail）比特以及填充（Pad）比特。

图2.1 PPDU帧结构

其中，报头包括速率（Rate）位，保留（Reserved）位、长度（Length）位、奇偶校验（Parity）位、尾比特和业务（Service）位。其中，长度位、速率位、保留位、奇偶校验位、尾比特构成一个OFDM符号，用信号（Signal）段表示。信号段采用的是BPSK调制，1/2的编码速率。业务位16bit、PSDU，再加上6个尾比特，以及填充比特构成数据（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2-2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2.2 OFDM的符号结构

2.3OFDM的编程过程

802.11a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~-22、-20~-8、-6~-1、1~6、8~20、22~26的OFDM子载波上。编号为-21、-7、7、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-21、-7、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。 2.4 802.11a的系统参数

表2.1为802.11a中规定的系统主要参数[1]。

表2.1 OFDM系统的主要参数

参数 参数值 抽样时间(chip duration) 50ns NSD(Number of data subcarriers) 48 数据子载波的个数 NSP(Number of pilot subcarriers) 4 导频子载波的个数 NST(Number of subcarriers,total) 52（NSD ＋NSP ） 总的子载波个数 抽样速率 20MHz OFDM符号间隔 4us(80chip) 循环前缀长度（保护间隔） 0.8us(16chip) FFT周期TFFT 3.2us(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 6、9、12、18、24、36、48、54Mbit/s 子载波频率间隔(Δf ) 0.3125MHz(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2.2为由Rate决定的参数。

表2.2 Rate决定的参数

数Rate 据速率调制方式 率 编码速NBPSC NCBPS NDBPS (Mbit/s) 1101 6 BPSK 1/2 1 48 24 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 2.5OFDM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。