第9讲 802.11a OFDM基带发送端系统的搭建
自从20世纪80年代以来，OFDM技术开始逐渐被应用于各种双向无线数据业务中，他们大都是利用了OFDM可以有效消除信号多径传播所造成的符号键干扰（ISI）这一特征。首先得到广泛应用的是在广播式音频和视频领域，如数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）。DAB是在AM和FM等模拟广播基础上发展起来的，可以提供与CD相媲美的音质和其他新型数据业务。DAV标准于1995年由欧洲电信标准化协会（ETSI）制定，是第一个使用OFDM的标准。接着在1997年基于OFDM的DVB标准也开始投入使用。1998年7月，经过多次修改之后，IEEE802.11标准组决定选择OFDM作为WLAN（工作于5GHz频段）的物理层接入方案。
本讲主要对IEEE802.11a基带系统进行搭建、仿真、实际收发测试实验，重点在如何将基带算法通过Matlab语言实现并通过硬件平台在实际的信道中验证，并且对比实际信道和仿真信道的差异。本讲对OFDM和IEEE802.11a原理不做过多的描述，感兴趣的读者可以参考国内外已经出版的参考书。
9.1实验目的
通过学习IEEE802.11a基带系统帧结构，使用Matlab编程语言实现IEEE802.11a基带发送端的设计。通过射频发送，结合频谱仪观测，深入了解OFDM系统FFT变换、保护间隔、带宽与频谱特征等关键技术的实际体现。
9.2实验条件
YunSDR平台一套，Matlab2013a(及以上)软件环境，WiFi频段天线，频谱仪
9.3实验要求
使用Matlab搭建IEEE802.11a基带发送端，至少支持6Mbps~54MBps的一种模式。使用Matlab观察基带帧的时域波形和频域功率谱。通过YunSDR平台射频发送，使用频谱仪观测功率谱测量信号带宽等频谱特性。
9.4实验原理
IEEE802.11a基带物理层协议于1998年发布，读者可以参考“IEEE Std 802.11a-1999（R2003）”或中华人民共和国国家标准 “GB 15629.1101-2006”。下面对物理层帧结构的主要参数做简要介绍，表9-1给出了IEEE802.11a WLAN系统的基本参数。
在室内无线通道中，为了克服多径信道高达几百纳秒的时延扩展(一般按200ns计算)，IEEE802.11a WLAN系统建议保护间隔(CP)的长度为最大时延长度的3~4倍，即建议为800ns。而保护间隔（CP）的长度是整个标准设计中主要考虑的参数之一，它在一定程度上决定了其它标准参数的选择。为了提高数据传输率，降低CP在整个传送符号中的能量和时间比，标准设计OFDM符号时间为4us（其中OFDM数据符号时间为3.2us，CP时间为0.8us)。这样也就决定了子载波间隔的宽度为312.5KHz(子载波间隔为OFDM数据符号时间的倒数)。
IEEE802.11a对发送帧结构做了具体规定：每一帧由前导训练序列(Preamble)、Signal域和数据域构成。其中前导训练序列由短训练序列和长训练序列以及长短训练序列之间的保护间隔(GI2)构成。短训练序列由10个完全相同的短训练符号构成，长训练序列由2个完全相同的长训练符号构成。短训练符号和长训练符号的生成方式可参见标准文档。保护间隔(GI2)由长训练符号的第33-64位构成。前导主要完成自动增益控制(AGC)、分组同步估计、符号同步估计、频率同步估计和信道估计功能。要求在接收到实际数据进行正确译码前完成上述前导符号提供的功能。
训练序列后位Signal域，其中包括RATE和LENGTH部分，共24个bit构成。Signal中的信息bit经过BPSK和1/2的卷积编码，可以得到6Mbps的信息传输速率。RATE部分包括4个bit，用于传输OFDM数据符号的系统信息。SIGANL域后是数据域，以上训练序列signal和data构成一个完整的基带发送帧。调制方式、编码方式与数据速率的对应关系如表格9-2。
