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802.11a仿真链路系统摘要IEEE 802.11a无线局域网，其物理层采用正交频分复用技术。
本文研究了基于IEEE 802.11a标准的物理层仿真平台的搭建。
而MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)与OFDM的结合被认为是下一代移动通信的必然选择，因此本文还对天线分集技术进行了研究，体现其对系统性能的提升。
本文首先介绍了IEEE 802.11a协议标准，接着介绍了OFDM系统的基本原理及其实现，然后基于802.11a协议标准进行了物理层仿真平台的搭建，形成发送端、信道、接收端三大部分，并着重研究了同步技术，包括分组检测、符号定时、频偏估计和载波相位跟踪。
通过仿真发现本仿真平台可以很好地检测到分组的到来，结合频偏估计和载波相位跟踪，可以明显地改善BER性能。
在上述工作的基础上，本文还重点研究了分组空时码，最大比例合并接收分集，通过仿真实现它们可以获得很可观的性能增益。
关键词：IEEE 802.11a，正交频分复用，同步，天线分集802.11a Simulation Link SystemAbstractThe physical layer of IEEE 802.11a WLAN adopts OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing). In this paper, the design of the physical layer simulator based on IEEE 802.11a standard is presented. Since the combination of MIMO (Multi-Input Multi-Output) with OFDM is regarded as a promising solution for the next generation mobile communication systems, the technology of antenna diversity is studied, which can improve the performance of the systems.The thesis firstly introduces the IEEE 802.11a standard, the basic principles and realization of OFDM. Then, based on the standard, the physical layer simulator which consists of transmitter, channel and receiver is designed. Emphasis is laid on synchronization, including packet detection, symbol timing, frequency estimation and phase tracking. Through simulation, we find that the simulator can detect the arrival of a packet correctly, and combining frequency estimation with phase tracking can improve the BER performance significantly.On the basis of above, we make research on Space-Time Block coding scheme and MRC(maximum ratio combining) receiver diversity. It is find through simulation that they can provide satisfactory diversity gain.Key Words: IEEE 802.11a, OFDM, Synchronization, Antenna diversity目录1 绪论 (1)1.1 无线局域网发展与现状 (1)1.2 研究目的 (2)1.3 研究方法及研究内容 (2)2IEEE802.11a的物理层规范 (4)2.1 IEEE802.11a物理层包括的协议功能 (4)2.2 PPDU帧结构 (5)2.3 PPDU编码过程 (6)2.4 802.11a的系统参数 (7)3 OFDM系统的基本原理 (8)3.1 OFDM的数学表示 (9)3.2 OFDM信号的频谱 (9)3.3 采用IDFT/DFT实现调制解调 (10)3.4 循环前缀 (11)4 802.11a协议物理层仿真平台的搭建 (13)4.1 仿真模型和系统参数设置 (13)4.1.1 根据802.11a协议规范设定仿真参数 (13)4.1.2 插入导频 (14)4.1.3 加循环前缀 (15)4.1.4 前导的生成 (15)4.2 同步 (17)4.2.1 分组检测 (17)4.2.2 符号定时 (20)4.2.3 频偏估计和载波相位跟踪 (21)4.2.3.1 频偏估计 (21)4.2.3.2 载波相位跟踪 (23)4.2.3.3 频偏估计和载波相位跟踪的性能仿真分析 (24)4.3 调制与编码 (24)4.3.1 调制 (24)4.3.2 信道编码 (26)4.3.2.1 卷积编码与比特打孔 (26)4.3.2.2 卷积码的译码 (27)4.3.2.3 卷积码的性能仿真 (28)4.3.3 交织 (28)4.4 仿真信道模型 (30)4.4.1 高斯加性白噪声信道（AWGN） (30)4.4.2 多径信道 (30)4.5 天线分集 (31)4.5.1 发射分集 (31)4.5.2 接收分集 (33)5结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录A 仿真平台及程序清单 (39)1 绪论1.1 无线局域网发展与现状无线局域网是指采用无线传输媒体的计算机局域网。
LTE系统物理层仿真平台的建立及实现1摘要：本文介绍了LTE物理层上下行链路的基本结构及其采用的关键技术，并使用Matlab 对系统物理层进行了仿真，对于LTE的研究有重要的意义，并将加速LTE的商用化进程。
关键词：LTE，物理层，OFDM，DFT-S-OFDMThe Realization of Simulation platform for LTE system PHT layerAbstract:This introduce the physical layer structure of up-down link and key technology of LTE,simulate the system by Matlab.It is very important for the research of LTE and also accelerating the commercial process of LTE.Key words:LTE,PHY layer,OFDM, DFT-S-OFDM1．概述近期伴随着WIMAX的崛起，3GPP也开始了UMTS技术的长期演进（LTE，Long Term Evolution）项目。
这项受人瞩目的技术被称为“演进型3G”（E3G，Evolved 3G）。
但只要对这项技术稍作了解，就会发现，这种以OFDM为核心的技术，与其说是3G技术的“演进”（Evolution），不如说是“革命”（Revolution），它和3GPP2空中接口演进（AIE）、WiMAX 以及最新出现的IEEE 802.20MBFDD/MBTDD等技术，由于已经具有某些“4G”特征，甚至可以被看作“准4G”技术。
目前已经确定了上下行信道的基本传输技术，上行SC（单载波）-FDMA，下行采用OFDM技术。
随着通信系统的规模和复杂度不断增加，传统的设计方法已经不能适应发展的需要，通信系统的模拟仿真技术越来越受到重视．传统的通信仿真技术主要分为手工分析与电路试验两种，可以得到与真实环境十分接近的结果，但耗时长，方法比较繁杂．而通信系统的计算机模拟仿真技术是介于上述两种方法的一种系统设计方法．它可以让用户在很短的时间内建立整个通信系统模型，并对其进行模拟仿真，本文使用matlab语言建立了LTE上下行链路的基本仿真平台。
最新大学物理实验仿真实验实验报告
实验目的：
1. 通过仿真实验加深对物理现象的理解。
2. 学习使用计算机辅助物理实验的方法。
3. 掌握数据分析和处理的基本技能。
实验原理：
本实验通过计算机仿真技术模拟物理现象，使学生能够在没有实际实验设备的情况下，也能进行物理实验的学习。
通过模拟实验，可以观察和分析各种物理规律，如牛顿运动定律、电磁学原理等。
实验设备和软件：
1. 计算机及显示器。
2. 物理仿真软件（如PhET Interactive Simulations）。
实验步骤：
1. 打开物理仿真软件，并选择合适的实验模块。
2. 根据实验要求设置初始参数和条件。
3. 运行仿真实验，观察物理现象的变化。
4. 记录实验数据，并进行必要的计算。
5. 分析实验结果，验证物理定律和公式。
6. 撰写实验报告，总结实验过程和结论。
实验数据与分析：
（此处应插入实验数据表格和分析结果，包括但不限于实验观测值、计算值、图表等）
实验结论：
通过本次仿真实验，我们成功地模拟并分析了（具体物理现象）。
实验结果与理论预测相符，验证了（相关物理定律或公式）的正确性。
同时，我们也认识到了仿真实验在物理教学和研究中的重要性和实用性。
建议与反思：
（此处应提出实验过程中遇到的问题、解决方案以及对未来实验的建议或反思）
注意：以上内容仅为模板，具体的实验数据、分析和结论应根据实际完成的仿真实验内容进行填写。
一、物理层仿真实验1、实验目的：初步掌握数字通信系统的仿真方法。
完成一个通信系统的搭建，并仿真得到相应的BER-Eb/No性能曲线，完成系统性能的分析。
2、实验原理通信系统仿真就是要通过计算机产生各种随机信号，并对这些信号做相应的处理以获得期望的结果，但是要求计算机产生完全随机的数据时不可能的，只能算是伪随机数。
从预测的角度看，周期数据是完全可以预测的，但当周期趋于无穷大时，可以认为该数据具有伪随机特性。
产生伪随机数的算法通常有：Wishmann-Hill算法产生均匀分布随机变量该算法是通过将3个周期相近的随机数发生器产生的数据序列进行相加，进而得到更大周期的数据序列。
定义三个随机数发生器：Xi+1=(171xi)mod(30269)Yi+1=(170yi)mod(30307)Zi+1=(172zi)mod(30323)以上三式中均需要设定一初始值（x0,y0,z0），这三个初始值一般称为种子。
产生的三个序列的周期分别是：30269、30307、30323。
将这三个序列组合相加即可得到一个周期更大的均匀分布随机序列：Ui=（Xi/30269+Yi/30307+Zi/30323）mod(1)逆变换法产生Rayleigh分布随机变量逆变换法的基本思想是：将一个不相关均匀分布的随机序列U映射到一个具有概率分布函数Fx(x)的不相关序列随机序列X，条件是要产生的随机变量的分布函数具有闭合表达式。
R=sqrt(-2σ2 ln(u))根据上式即可将均匀分布的随机变量映射为Rayleigh分布的随机变量。
根据Rayleigh分布随机变量产生Gussian分布随机变量通信系统中的噪声通常建模为白高斯噪声，其含义是功率谱是白的，信号分布是满足高斯的。
基于Rayleigh随机变量，可以方便的产生Gussian分布的随机变量。
关系如下：X=R*COS(2πu1)Y=R*SIN(2πu2)其中U1和U2分别是两个均匀分布的随机变量，产生的X和Y均为高斯随机变量。
CDMA多用户传输系统物理层仿真刘卜源;李良洪;安居;林秀珍;张淼【摘要】In order to research the capability of CDMA system resisting the multiple access disturbance and multipath interference, the simulation experiment for CDMA multi-user transmission systems was performed by comparing the influence of the modulation on system performance in the identical channel and comparing the performance of different channel systems which were modulated with the same method.The relationship between the capability of CDMA system (to resist the multiple access disturbance and multipath interference) and the orthogonal performance of the spread spectrum code was obtained by the experiment.The conclusions of CDMA system performanee were achieved by optimization.The features of various transmission models were verified by simulation examples.%为了研究CDMA系统抗多址干扰和多径干扰能力的目的,采用同一信道下比较调制对系统性能的影响,以及相同的调制方法下比较不同信道系统的性能的方法,做了对CDMA多用户传输系统的仿真实验,获得CDMA通信系统抗多址干扰和抗多径干扰能力与系统扩频码正交性能之间的关系,得到CDMA系统优化性能的结论,并通过仿真实例验证各种传输模型的特点.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)005【总页数】3页(P69-71)【关键词】CDMA;扩频通信;Matlab;通信系统【作者】刘卜源;李良洪;安居;林秀珍;张淼【作者单位】军事交通学院基础部,天津300161;军事交通学院基础部,天津300161;军事交通学院基础部,天津300161;军事交通学院基础部,天津300161;军事交通学院基础部,天津300161【正文语种】中文【中图分类】TN929.53-34本文着重研究了通信系统的仿真过程，首先在同一信道下比较调制对系统性能的影响，接着比较在相同的调制方法下不同信道系统的性能。
LTE系统物理层发射链路仿真实现院系：通信与电子工程学院班级：通信102班姓名：陶清义学号：2010132108摘要LTE(Long Term Evolution)是3GPP长期演进项目，兼容目前的3G通信系统并对3G演进。
它具有高传输速率、高传输质量和高移动性的特性。
3GPP在工作计划中写入了长期演进(LongTerm．Evolution)的研究框架，并提出了未来在20MHz带宽上达到瞬时峰值下行100Mbps以及上行50Mbps的目标。
本文介绍了LTE物理层上下行链路的基本结构及其采用的关键技术，并使用Matlab对系统物理层发射链路进行了仿真，对于LTE的研究有重要的意义，并将加速LTE的商用化进程。
在复杂的移动信道环境中，为了达到这些特性，信道估计是不可缺少的一环。
而多入多出(MIMO)技术能够突破无线频率资源限制，大幅度地提高无线通信系统的频偏效率，也被作为LTE的一项核心技术来提高系统传输率。
关键词3G通信系统，LTE，无线通信目录摘要 (I)前言 (IV)第1章通信网LTE基本概念 (1)1.1 移动通信的发展 (1)1.2 LTE简介 (1)1.2.1 LTE的工作计划 (1)1.2.2 LTE的主要技术特征 (2)1.2.3 LTE的网络结构 (3)1.2.4 LTE的协议架构 (3)1.2.5 LTE的核心技术 (4)1.3 论文研究内容及组织结构 (5)第2章无线信道特性及LTE物理层概述 (6)2.1 无线信道的特性简介 (6)2.1.1 时延扩展 (6)2.1.2 相干带宽 (7)2.1.3 多普勒频移 (7)2.1.4 相干时间 (8)2.2 LTE物理层基本概念 (8)2.2.1 LTE帧结构 (8)2.2.2 LTE下行时隙结构和物理资源 (10)2.2.4 LTE下行物理资源分配 (11)第3章下行基带信号的产生流程 (13)3.1 下行物理信道基带信号处理流程 (13)3.2 系统设计 (14)3.2.1 信道编码 (14)3.2.2 调制/解调 (15)3.2.3 插入导频 (15)第4章搭建LTE系统物理层发射链路 (16)4.1 主要仿真模块的说明 (16)4.1.1系统参数设置 (16)4.1.2 导频序列的产生 (16)4.1.3 导频的映射图样及资源粒子映射 (17)4.1.4 信道估计 (21)4.2 LTE下行控制信道发射端实现方案 (21)4.2.1 完整仿真模型 (21)4.2.2 简化了的LTE链路级仿真模型 (23)总结 (24)参考文献 (25)前言当今社会已经进入了一个信息化的社会，没有信息的传递和交流，人们就无法适应现代化的快节奏生活和工作。
物理层仿真实验系别：通信工程系专业：通信工程系x级学号：姓名：吕XX实验时间：2014年6月30日撰写日期：2014年7月3日实验一：随机信号的产生1.1实验目的掌握各种伪随机序列的产生方法。
1.2实验原理1.2.1Wichmann-Hill 算法产生均匀分布随机变量该算法是通过将3个周期相近的随机数发生器产生的数据序列进行相加，进而得到更大的周期的数据序列。
定义三个随机数发生器：111(171)mod(30269)(170)mod(30307)(172)mod(30323)i i i i i i x x y y z z +++===以上三式中均需要设定一初始值，这三个初始值一般称为种子。
产生的三个序列的周期分别是：30269、30307、30323。
将这三个序列组合相加即可得到一个周期更大的均匀分布随机序列：mod(1)302693030730323i i i i x y z u ⎛⎫=++ ⎪⎝⎭1.2.2逆变换发产生Rayleigh 分布随机变量逆变换法的基本思想如图1.1所示，条件是产生的随机变量的分布函数具有闭合表达式。
图1.1将一个不相关均匀分布的随机序列U 映射到一个具有概率分布函数Fx(x)的不相关序列随机序列XRayleigh 分布的分布函数：222220()exp 1exp 22r R y y r F r dy σσσ⎛⎫⎛⎫=-=-- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎰根据上面的逆变换方法有：221exp 2r u σ⎛⎫--= ⎪⎝⎭因此，r =根据上式即可将均匀分布的随机变量映射为Rayleigh 分布的随机变量。
1.2.3根据Rayleigh 分布随机变量产生Gaussian 分布随机变量基于Rayleigh 随机变量，可以方便的产生Gaussian 分布随机变量。
关系如下：22cos(2)sin(2)X r u Y r u ππ==或者22))X u Y u ππ==其中u1和u2分别是两个（0～1）之间均匀分布的随机变量，产生的X 和Y 均为高斯随机变量。
1.3实验内容根据实验原理部分，完成以下实验任务。
任务一：采用Willmann-Hill 算法产生10000个均匀分布的随机变量，根据两组种子做出随机序列的直方图（命令hist ），两组种子自行设定。
任务2：使用逆变换法产生其它分布的随机变量（Rayleigh ）设定sigma2为0.5、1和2，分别做出Rayleigh 随机变量序列的直方图，观察图形。
任务3：通过Rayleigh 分布随机变量产生Gaussian 分布随机变量，设定sigma2为1产生标准正态分布的随机变量，计算其方差并做直方图。
改变sigma2值观察直方图的变化。
1.4实验结果与分析任务一：均匀分布两组直方图如下由上图可看出，产生的随机序列满足（0～1）均匀分布。
任务二：Rayleigh 分布直方图由这三张图可看出，图像大致满足瑞利分布，且方差不同，瑞利分布的横坐标不同。
方差越大，图像在横坐标轴上的跨度越大任务三：通过瑞利分布随机变量产生高斯随机分布变量，方差为1计算其方差得：varx=1.0033；vary=1.0079与所设定的sigma2=1的值相接近。
实验二：QPSK系统仿真2.1实验目的掌握简单调制方法的基带仿真实现，以及AWGN信道和Rayleigh平坦衰落信道的建模，并完成在这两种信道下的误码率仿真。
2.2实验原理QPSK发射信号的等效基带格式和星座图Sk=A(cosφk+jsinφk)其中A为信号幅度，φk为调制相位，取值范围为(π/4,3π/4,5π/4,7π/4),比特与相位之间的映射关系如图2.1所示。
图1.2QPSK、8PSK、16QAM信号星座图2.3实验内容任务1：根据参考教材第一章的BPSK示例，采用实验一产生随机数的方法重新改写程序，并仿真的BER结果，将结果与示例仿真结果进行比较。
（提示：主要修改的内容有比特的产生、AWGN噪声的产生，即只要涉及需要随机数的地方均改用实验一中的方法得到）。
任务2：参考BPSK程序，搭建QPSK、8PSK、16QAM的基带仿真程序，仿真在AWGN信道和Rayleigh平坦衰落信道下的误码率性能，比较它们的误比特率和带宽效率，解释它们误码率性能差别的原因。
2.4实验结果与分析任务一：用实验一的方法产生的随机数和用matlab自带函数产生的随机数经过BPSK通信系统仿真的BER结果的比较。
如图，对这两种方法产生的随机数进行BPSK 仿真，其误码率几乎一致。
任务二：BPSK 、QPSK 、8PSK 、16QAM 在AWGN 信道下的仿真：以上四图分别是BPSK、QPSK、8PSK、16QAM在伪随机数下AWGN信道中的仿真曲线，可见其结果与理论曲线几乎重叠，这是在满足大数定理下的仿真结果。
BPSK、QPSK、8PSK、16QAM在Rayleigh信道下的仿真曲线：可见各个调制在AWGN 和Rayleigh 信道下的仿真结果几乎一致。
接下来为节省仿真时间，在比较他们之间的性能差异将直接利用理论值曲线进行比较。
BPSK 、QPSK 、8PSK 、16QAM 仿真在AWGN 信道下的误码率性能比较。
如上图所示，在相同信噪比下，BPSK 和QPSK 的误码率性能最好，8PSK 次之，QAM 最差，8PSK 和QAM 的误码率性能大致在同一数量级。
但是从带宽效率看，QAM 的带宽效率最高为4,8PSK 的带宽效率为3，QPSK 为2。
说明在相同信噪比下，带宽效率和误码率是一对矛盾互补的，它们分别对应着通信系统的有效性和可靠性。
QPSK 、8PSK 、6QAM 在Rayleigh 衰落信道下的误码率性能，并比较它们的比特率。
如上图可看出，在Rayleigh平坦衰落信道下BPSK、QPSK和8PSK的性能较在AWGN 信道下有较大的减少，要得到相同的误码率，Rayleigh信道下要使用比AWGN信道下更大的信噪比。
在相同信噪比下，QPSK的误码率会比8PSK小，但小的不是很多，而8PSK的带宽效率比QPSK高，所以在Rayleigh平坦衰落信道下，采用8PSK调制比QPSK更好。
实验三：直接序列扩频抗ISI研究3.1实验目的掌握直接序列扩频技术(DSSS)原理及基带仿真实现，理解扩频码设计对直接序列扩频抗多径干扰的影响。
3.2实验原理定义：扩展频谱技术一般是指用比信号带宽宽得多的频带宽度来传输信息的技术。
直接序列扩频就是用比信息速率高很多倍的伪随机噪声码（PN）与信号相乘来达到扩展信号的带宽。
扩过程(通过扩频码实现)，广义来说可以把扩频/解扩也堪称一种调制/解调。
通过扩频码的作用窄带信号变成了宽带信号。
因此，扩频系统具有良好的抗窄带干扰和抗多径(ISI)干扰的能力。
下图展示了DSSS系统抗窄带干扰的原理，其中S(f)是调制信号的频谱，经过扩频进入接收端的信号频谱为S(f)*Sc(f)，由于扩频码具有宽频特性，因此，信号带宽被展宽，如图1.3(b)所示，I(f)表示窄带干扰的频谱，其幅度超过有用信号，但经过解扩后，如图1.3(c)所示，由于扩频码的相关性，调制信号的功率得到恢复，而干扰信号的频谱被扩散，达到了抗窄带干扰的效果。
类似的由于扩频码的自相关特性，DSSS系统还有有效的抗ISI干扰，其频域原理如图3.3所示，其中H(f)=α+βe^-j2πfτ表示ISI信道的频域传递函数。
在直接序列扩频系统中，其扩频码的设计是整个系统的关键，扩频码的选择要求具有好的互相关性和自相关性，即要能有效的抗多用户干扰和抗ISI干扰。
为了抗多用户干扰，需要尽量选择互相正交的扩频码，为了抗ISI干扰，需要扩频码的自相关特性尽量满足一定的特性。
常用的扩频码序列有m序列、Golden序列等等。
接收机可采用相干接收机、RAKE接收机。
3.3实验内容根据DSSS技术原理搭建仿真系统，并完成下面的任务。
任务一：参考后面提供的程序，采用m序列替代程序中的随机序列作为扩频码，仿真其性能，完成与随机序列扩频性能之间的比较；任务二：在ISI信道下，研究m序列与golden序列抗ISI的性能。
3.4实验结果与分析任务一：比较m序列与随机序列的扩频性能高斯信道下采用m序列扩频和采用随机序列扩频，信噪比相同时，它们的误码率是大致也是相同的。
说明在无码间串扰的信道下m序列扩频与一般随机序列的性能没有显著差别。
任务二：在ISI信道下，m序列与golden序列抗ISI性能比较。
如上图所示，在ISI信道下，采用m序列和golden序列扩频都能够减少通信系统的误码率。
但是golden序列扩频的性能明显优于m序列的性能。
m序列需要在足够大信噪比下才能得到满意的误码率。
4实验小结4.1实验一实验小结在通信系统中的各种信号以及噪声、信道衰落都可以看作相应的随机过程，通信系统仿真就是要通过计算机产生各种随机信号，并依据通信原理对这些随机信号进行相应的处理，获取期望的结果。
这次的实验中，我掌握了Wichmann-Hill 算法，并利用此算法产生的均匀分布的随机变量变换得到了Rayleigh分布的随机变量，以及Gussian分布的随机变量，为后续实验奠定了基础。
4.2实验二实验小结在本次实验中，我利用上一个实验一产生的伪随机数，对BPSK、QPSK、8PSK 和16QAM通信系统进行了仿真，并且得到了和理论曲线一致的仿真曲线。
在实验过程中的第一个问题：我一开始采用10000个随机数作为信号源，发现仿真的结果与理论相距甚远。
后来通过分析，明白在误码率达到10^(-3)~10^(-5)时，仿真的结果在满足大数定理的情况下——即错误个数尽可能的大，实验数据至少要10^(7)数量级。
因此后来的实验中，我都采用另一种仿真模式，即设定错误限，在每次达到错误限之前一直产生伪随机源和伪随机噪声，直到达到大数定理，才完成仿真。
通过设定错误限来控制仿真的曲线稳定性。
最后得到几乎与理论曲线一致的仿真曲线。
在实验过程中的第二个问题：在进行仿真的过程中，我发现16QAM的仿真曲线与理论曲线不一致，虽然仿真曲线和理论曲线在数量级上一致，但仿真曲线的误码率总是高于理论曲线，并与其几乎平行。
这与其他的仿真中仿真曲线几乎与理论曲线重合的现象不一致，让我很费解。
后来分析，觉得这种现象产生的原因是，16QAM的星座图不是最好的星座图，在译码过程中，产生错误时，译码结果没有最小限度的减小错误的比特，也就是星座图上相邻两个码点距离过大。
通过修改星座图，我发现仿真曲线与理论曲线又一致了，下图是我修改后的星座图。
所有相邻的码字距离皆为1。
这样能最小化错误的比特数目。
4.3实验三实验小结这个实验中，我又重新上网搜索了m序列和golden序列的概念，并通过网上的一些描述原理，产生了两组m序列和golden序列作为扩频码，完成了实验的仿真。
