【導(dǎo)讀】本文詳細(xì)說明了當(dāng)今車載無線通信現(xiàn)狀，技術(shù)難點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。并介紹了車載無線。通信的基本知識(shí)及概念。對(duì)IEEE通信協(xié)議物理鏈路層做了簡單介紹，詳細(xì)分。析了對(duì)于這種高速移動(dòng)信道的相適應(yīng)的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)。選技術(shù)已被廣泛應(yīng)用，同時(shí)也是快速車載無線通信的關(guān)鍵技術(shù)。本文就基于OFDM，MIMO. 程的設(shè)計(jì)及仿真。將不同的序列打孔模式，交織，及同步復(fù)雜度進(jìn)行了比較，對(duì)通信的有效性，可。靠性這對(duì)矛盾體的進(jìn)行了很好地說明。有一定實(shí)際論證價(jià)值。實(shí)現(xiàn)了在可容忍誤碼率范圍內(nèi)，對(duì)內(nèi)存的可觀節(jié)省。卷積編碼器的狀態(tài)圖表示…………

　　

【正文】 均功率是單位的。對(duì)發(fā)射的信號(hào)加上循環(huán)前綴，這樣可以允許用圓周卷積代替線性卷積，然后再對(duì)上式進(jìn)行 FFT 后得到其頻域表達(dá)式： 1( ) ( ) ( )Nk ki i kiPR m H S m V mN ???? 1mM?? 式中的(), , (), ()k ki i kRmHSmVm分別表示第 k個(gè)天線的接收信號(hào)的第 m個(gè)子載波的頻域表達(dá)式，第 i個(gè)發(fā)射天線和第 k個(gè)接收天線之間的復(fù)信道增益，第 i個(gè)發(fā)射天線和第 k個(gè)接收天線之間的噪聲信號(hào)。如果信道增益是緩慢衰落的 .那么可以假定在一個(gè) T時(shí)間下表周期內(nèi)增益是恒 定的，而且將信道時(shí)為一個(gè)分快衰落信道是合理的，這樣第 個(gè)子載波的接收信號(hào)矢量采用矩陣表示如下： ( ) ( ) ( ) ( )PR m H m S m V mN?? 其中： 12()[(), (),...., ()]MRm RmRm Rm?； 12()[ , (),...., ()]MSm S Sm Sm? 12()[(), (),...., ()]MV V V V? 1 1 1 2 12 2 21( ) ( ) ( )( ) ( )()( ) ( )NNM M NH m H m H mH m H mHmH m H m??????? 我們可以對(duì) MIMO 系 統(tǒng)接收到的信號(hào)進(jìn)行 選擇分集策略，最佳比例組合策略，空時(shí) 第 20 頁 編碼等一系列措施來改善接收信號(hào)的信噪比，提高通信的有效性。選擇分集就是再接從不同接收天線上接受的信號(hào)，選擇信噪比最大的那組作為實(shí)際接收信號(hào)。對(duì)大比例組合（ MRC）進(jìn)行的介紹將在天線分集出給出詳細(xì)解釋 。 第 21 頁 4 無線通信鏈路仿真平臺(tái)搭建 無線鏈路層參數(shù)設(shè)定及信息序列生成 整個(gè)物理層 也就是無線通信可 分為 3 個(gè)模塊，即發(fā)射模塊，信道模塊和接收模塊 。如圖 （ 8） 所示。 圖 （ 8） 物理層仿真平臺(tái) 根據(jù) 協(xié)議規(guī)范設(shè)定仿真參數(shù) 采樣頻率 (SampFreq): 10MHz 即 10e6 卷積碼生成矩陣 (ConvCodeGenPoly): [1,0,1,1,0,1,1。 1 ,1,1,1,0,0,1] 子載波數(shù)目 (NumSubc): 52 IFFT (FFT)點(diǎn)數(shù) : 64 使用的子載波的下標(biāo) (UsedSubcIdx)： [7:32 34:59]39。 短訓(xùn)練符 號(hào) (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] 系統(tǒng)參數(shù) 設(shè)置 生產(chǎn)隨 機(jī)數(shù)據(jù) 卷積編碼比特打孔 調(diào)制 插入導(dǎo)頻 IFFT 加 CP 加前導(dǎo)訓(xùn)練符號(hào) 信道 交織 發(fā)射分集 空時(shí)編碼 分組 檢測(cè) 頻 偏 估 計(jì)及糾正 符號(hào) 定時(shí) FFT 并分離出前導(dǎo)，導(dǎo)頻和 數(shù)據(jù)符號(hào) 信道 估計(jì) 相位跟 蹤 接 收 分 集 （ MRC）和 空 時(shí) 解 碼 解調(diào) 解交織 Viterbi 譯碼 獲取發(fā)送數(shù)據(jù) 并 計(jì) 算BER、 PER 發(fā)射模塊 接收模塊 第 22 頁 長訓(xùn)練符 號(hào) (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(dǎo)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(shù)據(jù)子載波數(shù) (NumDataSubc): 48 導(dǎo)頻子載波數(shù) (NumPilotSubc): 4 導(dǎo)頻子載波位置 (PilotSubcIdx): [12 26 40 54]39。 數(shù)據(jù)子載波位置 (DataSubcIdx): [7:11 13:25 27:32 34:39 41:53 55:59]39。 額外的噪聲樣值（ ExtraNoiseSamples）： 500 程序中的參數(shù)名如括號(hào)內(nèi)所示。由于帶寬的限制， 協(xié)議只用了 52 個(gè)子載波，由于 FFT 一般為 2 的冪次方，因此進(jìn)行 FFT 運(yùn)算的 長度 至少為 64， 而且其中 8 個(gè)子載波沒有使用，使用的子載波的下標(biāo)標(biāo)示為 [7:32 34:59]。 同時(shí) 特 別 要注意 在仿真過程中 為了 使用 延時(shí)相關(guān)算法實(shí)現(xiàn)分組檢測(cè)， 我們 在前導(dǎo) (Preamble)之 前還加 入 了 500 個(gè)樣值的噪聲。 在程序中滑動(dòng)相關(guān)用于分組檢測(cè)，這時(shí)會(huì)用到短訓(xùn)練序列；符號(hào)定時(shí)將獲得短 訓(xùn)練序列的結(jié)束點(diǎn)，也就是長訓(xùn)練序列的起始位置；頻偏估計(jì)將應(yīng)用應(yīng)用長訓(xùn)練序列做出估計(jì)；載波相位跟蹤將利用導(dǎo)波進(jìn)行估計(jì)；信道估計(jì)將采用短，長訓(xùn)練序列進(jìn)行估計(jì)。 信息序列生成 信息序列的獲得在 matlab 里面是十分方便的。這里獲得 N 個(gè)隨機(jī) 01 序列 作為信息序列： Data=rand(1,N)0。即可。 無線鏈路層系統(tǒng)仿真 本文下面的所有部分都是圍繞搭建 無線鏈路仿真平臺(tái)展開的，涉及到卷積編碼，調(diào)制與解調(diào)，交織與解交織，同步估計(jì)等一些列問題。在這其中將 給出部分程序用以說明整個(gè)系統(tǒng)的理論創(chuàng)建與編碼實(shí)現(xiàn)的整個(gè)過程。使讀者有一個(gè)更加清晰的認(rèn) 第 23 頁 識(shí)。 4,2,1 信道編碼 在基本原理介紹部分已經(jīng)對(duì)信道編碼給出了相應(yīng)介紹。下面將就本文中重點(diǎn)沿街的卷積碼給出編碼方法，理想型維特比譯碼，截?cái)嘈途S特比譯碼的介紹。 卷積編碼與序列打孔 在基本原理介紹部分可知卷積編碼器按照子生成元表示法為Gj=(gj1,gj2…,g jm,…,g jl)，我們?nèi)舳x輸入的輸入序列 u=(u0, u1. u3……) 其中 ui為長度為 n的序列。如圖 33 所示的編碼器輸出有兩個(gè)分支。令其對(duì)應(yīng)的輸出分別為：1 1 1 1 1 10 1 2 3 4( , , , , .....)C CCCCC?；2 2 2 2 2 20 1 2 3 4( , , , , .....)CC?其對(duì)應(yīng)的編碼方程可寫為：1 1C u G??，2 2C u G??。生成的序列為：1 2 1 2 1 20 0 1 1 2 2( , , , , , .....)C cccccc?。 其中： ?表示卷積，這也就是卷積碼名字也的由來。 打孔（ puncturing）是壓模中的一種模 式。就是按照一定的模式把某些比特去掉，于是相當(dāng)于后面的比特前移，從而實(shí)現(xiàn)了比特率的調(diào)整，即實(shí)現(xiàn)了速率匹配，起到了去除多余碼字的作用，同時(shí)保證在這些碼字去除之后還能正確譯碼。在本設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同碼率卷積碼的打孔，速率分別為： R=3/4， 2/3， 1/2 三種。按照需要選擇就可實(shí)現(xiàn)不同碼率的卷積碼了。在卷積碼解碼前與打孔對(duì)應(yīng)就要做相應(yīng)的處理，即在以前打孔的位置補(bǔ)上 0 或 1 使獲得卷積碼輸出序列的碼率，這樣卷積碼才能真確解碼。打孔是分組進(jìn)行的，這里與上面所述碼率相對(duì)應(yīng)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(yīng)用最廣泛的卷積碼譯碼方法，特別是在無線應(yīng)用中。維特 比譯碼屬于概率譯碼基本思想是最大似然譯碼。它的基本思想是： 第 24 頁 對(duì)于長度為 L 的二進(jìn)制碼序列的最佳譯碼，需要對(duì)可能發(fā)送的 2L個(gè)不同的序列的對(duì)數(shù)似然函數(shù)（在實(shí)際中就是漢明距離或歐氏距離）進(jìn)行累加比較，選擇其中最大路徑度量值即最小漢明距離的一條作為譯碼結(jié)果輸出。但這是完全不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)檫@對(duì)存儲(chǔ)量的要求是不可估計(jì)的。在網(wǎng)格圖描述中，譯碼過程只需要考慮整個(gè)路徑集合中那些能使似然函數(shù)取得最大值的路徑。如果在某一節(jié)點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)某條路徑已經(jīng)不能獲得似然函數(shù)的最大值，那么就必須放棄這條路 徑，然后在剩下的幸村路徑中重新選擇譯碼路徑，這樣一直進(jìn)行到最后一級(jí)。由于這種方法較早的丟棄了那些不可能的路徑，從而減輕了譯碼的工作量，這就是著名的維特比算法。 理想維特比譯碼 譯碼算法 本文中采用的是（ 2,1,7）卷積碼，由于 7 級(jí)譯碼復(fù)雜。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。 譯碼算法 是依據(jù)卷積碼的網(wǎng)格圖編碼表示法來進(jìn)行的 。下面 將對(duì) （ 2， 1， 3）卷積碼 進(jìn)行 譯碼， 用以 說明 卷積碼的譯碼的思路 。圖 （ 9） 是（ 2， 1， 3）卷積編碼器網(wǎng)格圖。 圖 （ 9） （ 2， 1， 3）卷積編碼器 網(wǎng)格圖 設(shè) 原信息比特為： 1 0 0 0 1 ? 發(fā)送的碼字序列： 11 10 11 00 11? 接收到的碼字序列為： 0 10 11 00 11? 譯碼將按照以下 5 個(gè)步驟進(jìn)行 ： ① 將 4 個(gè)狀態(tài)度量值清零 ，準(zhǔn)備譯碼 ； 第 25 頁 ② 計(jì)算接收碼字與各個(gè)相應(yīng)支路碼字字之間的漢明距離 ； ③ 在 到達(dá)某一狀態(tài)的 兩個(gè)狀態(tài)中 ， 分別 將 這兩個(gè)前狀態(tài)的狀態(tài)度量值加在本次 的分支度量值 上 作為當(dāng)前 新 的狀態(tài)度量值的兩個(gè)候選值； ④ 比較這 兩個(gè)候選狀態(tài)度量值的大小，選擇其中較小的作為當(dāng)前狀態(tài)的狀態(tài)度量值； ⑤ 記錄所選擇的路徑，在下一時(shí)刻重復(fù)② ⑤的過程，當(dāng)比較完所有的接收序列路徑合為一條時(shí)就可以從網(wǎng)格圖中讀取譯碼比特。 圖 （ 10） 用來說明譯碼過程。這里狀態(tài)數(shù)是以編碼移位寄存器中的內(nèi)容從左到右的順序給出來的。即：狀態(tài) 0（ a=00） ,狀態(tài) 1（ b=10） ,狀態(tài) 2（ c=01） ,狀態(tài) 3（ d=11）。 圖 （ 10） （ a） t2 和 t3 時(shí)該的譯碼過程 圖 （ 10） （ b） t4 時(shí)該的譯碼過程 第 26 頁 圖 （ 10） （ c） t5 時(shí)該的譯碼過程 圖 （ 10） （ d） t6 時(shí) 該的狀態(tài)度量計(jì)算 圖 （ 10） （ e） t6 時(shí)該的譯碼過程 譯碼進(jìn)行這里， 則 經(jīng)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(cuò)誤碼元。 在譯碼時(shí)如果有兩條路徑的度量值相同 ， 那么譯碼器就隨機(jī)地選擇其中的 第 27 頁 一條路徑做為當(dāng)前狀態(tài)的 度量值 。 因此，在 進(jìn)行 譯碼 時(shí)， 可以用 回溯時(shí) 法得到輸出序列；對(duì)于某一特定狀態(tài)來說，前后 狀態(tài) 各有兩個(gè) ，其前狀態(tài)和后狀態(tài)都是固定的 截?cái)嗑S特比譯碼 從理想卷積碼的維特比解碼算法可以看到 ， 若 將 解碼算法 用于突發(fā)性通信方式 的幀長度過長 ， 由此帶來的計(jì)算延遲將是不能忍受的。而且，如 果采用非突發(fā)方式進(jìn)行通信，那么 接受到的數(shù)據(jù) 將