【文章內(nèi)容簡介】 決定了調(diào)制方式等一系列參數(shù)。表 （ 3） 為由 Rate 決定的參數(shù)。 表 （ 3） Rate 決定的參數(shù) IEEE 的 PPDU 幀結(jié)構(gòu)及編碼 這一節(jié)講述 了工作于 無線通信協(xié)議所 采用 OFDM 技術 和 MIMO技術的物理層（ PHY）， MAC 層和 幀結(jié)構(gòu)的編碼方法。 （ 1） 物理層匯聚功能 (PHY convergence function)，是由 PLCP(PHY Convergence Procedure)子層 來完成的。 匯聚功能 可以 將 與 PMD(Physical Medium Dependent)子層相應的 具體的物理實現(xiàn) 方法轉(zhuǎn)為 標準的物理層服務 (PHY service)， 再轉(zhuǎn)交 給 MAC 層。因此，匯聚功能 使 MAC 層可以不 考慮 PMD 子層實現(xiàn) 的的 具體 細節(jié)。 當 MAC 層發(fā)出指令時 ，PLCP 便需要準備指令所需要的 介質(zhì)協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (MPDU)。 PLCP 同時可以從無線煤質(zhì) 向MAC 層輸送數(shù)據(jù)幀 。 PLCP 為 MPDU 添加的頭 字段， 頭字段中 含 有 物理層 的 發(fā)送器和 物理層 接收器所需 地址 信息 等 。兩個物理層之間數(shù)據(jù)單元 的交換 是 PLCP 協(xié)議數(shù)據(jù)單元 （ 包含 PSDU(PHY sublayer Service Data Units)） 。 然 而 ， 兩個 MAC 層數(shù)據(jù)單元 的交換的是 MPDU(MAC Sublayer Protocol Data Units)，每個 MPDU 與 PPDU 內(nèi)的 一個 PSDU 相對應 。 Rate 數(shù)據(jù)速率 (Mbit/s) 調(diào)制方式 編碼速率 NBPSC NCBPS NDBPS 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 第 8 頁 （ 2） PMD 層：它的作用 是定義了 實現(xiàn) 兩個或者更多的 無線通信 站點之間通過無線 傳輸煤質(zhì) 發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的特點 ，和 具體 的 實現(xiàn)方法。為了實現(xiàn) PMD 層的 功能， PMD層 需 要直接面對無線煤質(zhì) ，并 需要 向 傳送 的數(shù)據(jù) 幀提供調(diào)制和解調(diào) 功能 。 PPDU 幀結(jié)構(gòu) 在發(fā)送端 ， PSDU 前 面需 要 添加 PLCP 前導和報頭以形成 PPDU。接收端， 這些添加的 前導和報頭可以 幫助解調(diào) 得到 PSDU。 PPDU 的 幀格式 如圖 （ 1） 所 示， 一個完整的 PPDU 幀由 由： 1)前導 (Preamble)； 2）信號段 (SIGNAL)； 3） 后續(xù)的數(shù)據(jù)段 (DATA)三部分 構(gòu)成。 PLCP 報頭包含以下 五 個域： 1） 數(shù)據(jù)包長度位 (LENGTH)； 2） 數(shù)據(jù)速率位 (RATE)；3） 保留位 (Reserved)； 4） 奇偶校驗位 (Parity)； 5） 業(yè)務位 (SERVICE)。在調(diào)制時，長度位 ， 速率位 ， 保留位，奇偶位 和 6 位 0 的 尾比特構(gòu)成 獨立 的 的 OFDM 符號， 我們這里用 SIGNAL 段 來 表示 它 。 圖 （ 1） PPDU 幀結(jié)構(gòu) 信號段 應用編碼速率為 1/2 的 BPSK 調(diào)制方式，這樣可以保證其較低的誤碼率 。 PLCP頭的業(yè)務位 ， PSDU 標 記做 DATA 域 ， 6 位 尾比特 和 填充比特 形成 數(shù)據(jù)區(qū) (Data)。 這 其中，數(shù)據(jù)的比特率 由 信號段的速率位 忽和長度位決定。因此， 速率位 忽和長度位也 決定 了調(diào)制方式和 編碼速率等一系列的 系統(tǒng)參數(shù)的選定 。 如圖 （ 2） 所示， OFDM 的前導訓練序列 (Preamble training symbol)是 包 含了 10 個短訓練符號 (Short training symbol)（每個均為 16 位長） 和 2 個長訓練符號 (Long training symbol)（每個均為 64 位長） 。主要用于接收端 幀 同步、頻偏估計以 和信道檢測等。 第 9 頁 圖 （ 2） OFDM 的符號結(jié)構(gòu) PPDU 編碼過程 IEEE 物理層 對 PPDU 編碼過程給出了明確 的規(guī)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(chǎn)生 。 前導是 包含 ： 1） 10 了個長度為 16 的相同 短訓練序列 符號，用于接收機的 分集 選擇，定時捕獲和 粗頻率同步 等； 2） 2 個長為 64 的相同 長訓練符序列 符號， 用于信道估計和精細頻率同步 ； 3） 32 位的 保護間隔 ，用于消除場訓練序列和短訓練序列間的碼間干擾 。 (2) 由 發(fā)端 信息 的 特定的 速率 ，長度和業(yè)務 ，加 上恰 當?shù)谋忍?位形成 PLCP 頭。 PLCP中的 比特位 和 長度位采用碼率為 1/2卷積編碼，采用 BPSK編碼作為 一個 獨立 的的 OFDM符號。 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 。 這里將 Signal 編碼得到一個 OFDM 符號 采用相同的編碼過程 ： 1）卷積編碼； 2）交織 ； 3） BPSK 調(diào)制； 4）導頻插入； 5）傅立葉反變換； 6）為使數(shù)據(jù)速率 為 10Mbit/s，加 入 適當?shù)谋Ｗo間隔。 注意： Signal 處 不需要擾碼。 (3) 在發(fā)送端由比特位（ Rate），得到 一 個 OFDM 符號 含 有 的數(shù)據(jù) 的 比特數(shù)（記為NDBPS）。 由 編碼速率（ R），得到一 個 OFDM 子載波中的比特數(shù)（ NBPSC），和一 個 OFDM符號中 含有的 編碼 后 的比特數(shù)（ NCBPS）。 (4) 將 PSDU 加在業(yè)務位 (SERVICE)后 ，為了使數(shù)據(jù)段的長度達到 NDBPS 的整數(shù)倍有時還需要在尾部補多個 0。 經(jīng)過一系列調(diào)整 后的比特流 便 形成 數(shù)據(jù) 包中 Data 域 。 (5)由已知的非零序列產(chǎn)生偽隨機序列作為 擾碼， 將擾 碼 與調(diào)整后的信息 比特位 做異或運算。 (6) 最后 6 個經(jīng)過擾碼后的‘ 0’比特再用 6 個未經(jīng)過擾碼的‘ 0’比特 進行 替換 。（這 6 個‘ 0’比特能使接收端的卷積碼譯碼器回到初始的零狀態(tài)） 第 10 頁 (7) 對數(shù)據(jù) 流 進行 選定 速率的卷積編碼，再根據(jù) 打孔模式 進行打孔 (Puncture)。 (8) 先 將編碼輸出的數(shù)據(jù) 流 以 NCBPS 為 單位 劃分為 若干組， 再將 每一組 數(shù)據(jù)流 進行交織 (Interleaving)處理。 (9)以 NCBPS 為長度單位 選擇合適的調(diào)制方法 對數(shù)據(jù)流進行調(diào)制。 如 BPSK 或 16QAM等 。 (10) 調(diào)制后 得到的 復數(shù)信號 以 48 為 單位進行分組，每一組可 形成一個 OFDM符號。這些復數(shù)信號分別 映射到編號為 26~22， 20~8， 6~1， 1~ 8~20， 22~26 的子載波上。 0 編 號 的 子載波 設置為零可以忽略 。 (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(shù)為 52。 (12) 最終形成 編號為 26~26 的子載波 信號，再對該信號經(jīng)逆傅立葉變換 為時域信號。 將經(jīng)過逆傅里葉變換的 循環(huán)前綴形成 GI， 最終形成完整的信號。 (13)根據(jù)理想信道的中心頻率，對復基帶波形進行變頻到 RF 頻率上進行發(fā)射 。 第 11 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。下面首先對這些相關技術作出說明，這將有利于下文更好地展開。 FFT 算法的基本原理 快速傅里葉變換是 1965 年庫利（ ）和圖基（ ）在《計算數(shù) 學》發(fā)表了著名的的文章 “機器計算傅里葉級數(shù)的一種算法”，提出了 DFT 的一種快速算法，后來桑德 和圖基快速算法又相繼出現(xiàn)。經(jīng)過人們對算法的不斷改進和發(fā)展， DFT 的計算時間可以縮短一至二個數(shù)量級，從而使得 DFT 算法得到 了廣泛的應用。 設 x(n)為 N 點有限長序列，其 DFT 定義為：10( ) ( )N nkNnx k X n W? ????； 反變換定義為：101( ) ( )N nkNnx k X nWN??? ?由上式可以看到除過 NW 的指數(shù)符號不同，還相差一個 1/N 的常數(shù)乘因子，其余運算量是完全一樣的。 下面討論減少運算工作量的途徑。仔細觀察 DFT 的運算就可以看出利用系數(shù)nkNW固有的周期性 .就可以減少 DFT 的運算量。（ 1）nkNW的共軛對稱性：*()nk nkNNWW??； （ 2）nkNW的周期性：( ) ( )nk nNk kNnN N NW W W????；（ 3）nk的可約性：n mnkN mN?和//nk nkmN NmWW?； DFT 的運算量是于2成正比的，但是運用上面的nkNW的這些性質(zhì)，便可以對 DFT 的運算量極大節(jié)省。快速傅里葉變換就是按照這樣的基本思路發(fā)展起來的。它的基本算法基本上可以分為兩大類： （ decimationintime 縮寫為 DIT）；（ decimationinfrequency，縮寫為 DIF）。下面僅就 DIT 原理給出介紹。 算法原理： 先設序列的點數(shù)為 2L（ L 為整數(shù) ） ，如果不滿足這個條件，則可以人為地加入若干個 0 是的 原理滿足這個條件。將 N= 2L的序列 x(n)（ n=0,1,2,3,4… ..N1）先按照 N 的奇偶分為以下兩組。 第 12 頁 12(2 ) ( )(2 1) ( )x r x rx r x r??? ??? 0,1,3...... /21rN?? 則可將 DFT 化為：1 1 10 0 0() [()] () () + ()N N Nnk nk nkN N Nn n nXk DFTxn xnW xnW xnW? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?奇 偶 = /2 1 /2 12 (2 1)00(2 ) + (2 1)NNrk r kNNrrx rW x r W?? ??? ??? =/2 1 /2 1 212( ) + ( )( )rk k rkN N Nx rWW xrW 利用nkNW的可約性：2 /2NNWW?，則上式可表示為： /2 1 /2 1 21 2 1 200() () + ()( ) ( ) ( )NN rk k rk kN N N NrrXk xrW W x rW X K WX K????? ? ??? 式中 1()XK和 2()分別是 1xr和 2()的 N/2 點 DFT。由于( /2)/2 /2kr k N rNNWW??這樣了以得到： /2 1 /2 1( /2)1 1 /2 1 /2 100( /2) () () = ()NN k N r krNNrrX k N x rW x rW X k?????? ? ??? 同理可得到： 22( /2) ()XkN Xk??。再考慮到kNW的周期性：( /2) /2kN N k kN N N NW WW W? ? ??這樣就可以將 ()Xk表示為前后兩部分：前半部分 ()( 0,1,..., /21)Xkk??：12() () ()kNXk Xk WXk?? 后半部分 ()( /2,..., 1)XkkN N??： ( /2)1 2 1 2() ( /2) ( /2) () ()kN kNNXkXkN W XkN XkWXk???? ??? 這樣只要求的 0 到 N/21 區(qū)間的所有 1()Xk和 2()的值，即可求得 0 到 N1 區(qū)間內(nèi)的所有 ()Xk，這樣就大大節(jié)省了運算。如果對 1和 2Xk在進行上面的分割直到 1()Xk和 2都只有兩個值這是運算量將大大降低，經(jīng)過復雜的運算 F