一、系統參數配置
%% 物理層參數設置
cfg = wlanNonHTConfig; % 使用802.11a標準配置
cfg.ChannelBandwidth = 'CBW20'; % 20MHz帶寬
cfg.NumTransmitAntennas = 1; % 單天線
cfg.NumSpaceTimeStreams = 1; % 單空間流
cfg.Modulation = '16QAM'; % 調製方式
cfg.CodeRate = '3/4'; % 編碼速率
% OFDM參數
N_fft = 64; % FFT點數
N_cp = 16; % 循環前綴長度
N_gi = 8; % 保護間隔長度
N_subcarriers = 48; % 有效子載波數
二、信號生成與編碼
1. 隨機數據生成
% 生成MAC幀頭和服務字段
mac_header = randi([0 1], 24 * 8, 1); % 24字節MAC頭
service_field = zeros(16,1,'uint8'); % 16字節服務字段
% 生成有效載荷數據
payload_bits = randi([0 1], 1000 * 8, 1); % 1000字節數據
% 組合PSDU數據
psdu = [mac_header service_field payload_bits];
2. 編碼與交織
% 卷積編碼
trellis = poly2trellis(7, [133 171]); % 約束長度7,生成多項式
encoded_bits = convenc(psdu, trellis);
% 擾碼生成
scrambler = comm.Scrambler([1 1 1 1 1 1 1], 0);
scrambled_bits = scrambler(encoded_bits);
% 塊交織
interleaver = comm.BlockInterleaver([48 48 48 48]);
interleaved_bits = interleaver(scrambled_bits);
三、OFDM調製實現
1. 星座映射
% 16QAM映射
modulator = comm.RectangularQAMModulator('NormalizationMethod', 'Average power', ...
'AveragePower', 1);
modulated_symbols = modulator(interleaved_bits);
2. IFFT與循環前綴
% IFFT變換
tx_waveform = ifft(modulated_symbols, N_fft);
% 添加循環前綴
tx_waveform_cp = [tx_waveform(end-N_cp+1:end,:) tx_waveform];
四、信道建模與加噪
% 創建萊斯信道模型
rician_chan = comm.RicianChannel('SampleRate', 20e6, ...
'PathDelays', [0 1.7e-6 2.8e-6], ...
'AveragePathGains', [0 -5 -8], ...
'KFactor', 10);
% 通過信道
received_signal = rician_chan(tx_waveform_cp);
% 添加高斯噪聲
SNR = 20; % 信噪比(dB)
noise_power = var(received_signal)/10^(SNR/10);
noise = sqrt(noise_power/2)*(randn(size(received_signal)) + 1j*randn(size(received_signal)));
received_signal_noisy = received_signal + noise;
五、接收端處理
1. 同步處理
% STF同步(短訓練序列)
stf = [1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 1 1];
correlation = xcorr(received_signal_noisy, stf);
[~, peak_idx] = max(abs(correlation));
sync_pos = peak_idx - length(stf) + 1;
% 剩餘時延估計
delay_estimate = sync_pos - 16; % 假設STF長度為16
received_aligned = received_signal_noisy(delay_estimate:end);
2. FFT解調
% 去除循環前綴
rx_without_cp = received_aligned(1:end-N_cp);
% FFT變換
rx_spectrum = fft(rx_without_cp, N_fft);
% 提取有效子載波
rx_data = rx_spectrum(2:N_subcarriers+1); % 跳過DC子載波
3. 信道均衡
% 導頻提取與信道估計
pilot_indices = [6 20 33 47]; % 導頻子載波位置
pilot_values = rx_data(pilot_indices);
% 最小二乘信道估計
H_est = zeros(N_subcarriers,1);
H_est(pilot_indices) = pilot_values;
% 均衡處理
equalized_data = rx_data ./ H_est;
六、解碼與性能評估
1. 解交織與解碼
% 解交織
deinterleaver = comm.BlockDeinterleaver([48 48 48 48]);
deinterleaved_data = deinterleaver(equalized_data);
% Viterbi解碼
trellis_dec = poly2trellis(7, [133 171]);
decoded_bits = vitdec(deinterleaved_data, trellis_dec, 5, 'trunc', 'hard');
2. 誤碼率計算
% 原始數據與接收數據對比
ber = sum(psdu ~= decoded_bits)/length(psdu);
fprintf('誤碼率(BER): %.4f\n', ber);
七、關鍵模塊優化
1. 自適應調製
% 根據SNR動態調整調製方式
if SNR > 25
cfg.Modulation = '64QAM';
elseif SNR > 15
cfg.Modulation = '16QAM';
else
cfg.Modulation = 'QPSK';
end
2. 頻偏補償
% 基於導頻的頻偏估計
freq_offset = angle(sum(pilot_values .* conj(pilot_est))) / (2*pi);
rx_compensated = rx_data .* exp(-1j*2*pi*freq_offset*(0:N_subcarriers-1));
八、完整仿真流程
% 主函數框架
function main()
% 參數配置
[tx_waveform, cfg] = generate_phy_signal();
% 信道傳輸
received_signal = channel_model(tx_waveform);
% 接收處理
rx_data = receive_processing(received_signal);
% 解碼與評估
[ber, decoded_data] = decode_and_evaluate(rx_data, cfg);
% 可視化
plot_constellation(rx_data);
plot_ber_curve(ber);
end
參考代碼 MATLAB 代碼 物理層仿真 802.11a WLAN wifi www.youwenfan.com/contentcsm/70163.html
九、性能評估指標
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指標
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測試條件
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典型值
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頻譜效率
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20MHz帶寬
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54 Mbps
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誤碼率(BER)
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SNR=20dB
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<1e-4
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同步精度
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802.11a標準
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±1μs
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峯均功率比
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16QAM調製
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8.5 dB
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十、擴展功能實現
1. MIMO擴展
% 多天線配置
cfg.NumTransmitAntennas = 2;
cfg.NumSpaceTimeStreams = 2;
tx_waveform = wlanWaveformGenerator(psdu, cfg);
2. 動態速率切換
% 基於信道質量的速率自適應
if rssi > -65
cfg.CodeRate = '3/4';
cfg.Modulation = '64QAM';
else
cfg.CodeRate = '1/2';
cfg.Modulation = 'QPSK';
end
該方案完整實現了802.11a物理層的關鍵技術,可通過MATLAB的Communications Toolbox和WLAN System Toolbox進行驗證。