《電子技術(shù)應(yīng)用》
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IEEE 802.11p 下刪余卷積編碼譯碼方法的研究
來(lái)源：電子技術(shù)應(yīng)用2012年第8期
阮 崢， 景為平
南通大學(xué) 江蘇省集成電路設(shè)計(jì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 南通 226019
摘要： 應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)的無(wú)線接入?yún)f(xié)議IEEE802.11p，其物理層卷積編碼的碼率可通過(guò)對(duì)（2,1,7）卷積編碼器的刪余來(lái)實(shí)現(xiàn)。討論了刪余位置的圖案和算法，分析了在刪余位置插入不同啞元時(shí)維特比譯碼后誤碼率的統(tǒng)計(jì)特性。仿真的同時(shí)比較了固定啞元下不同碼率所引入的誤比特率。
中圖分類號(hào): TP393.04
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
文章編號(hào)： 0258-7998(2012)08-0116-03
Research on puncturing convolutional code for IEEE 802.11p
Ruan Zheng, Jing Weiping
Jiangsu Key Lab of ASIC Design, Nantong University, Nantong 226019, China
Abstract： IEEE802.11p, acts as wireless access protocol in the vehicular environment applied in the intelligent transportation systems, its convolutional code with three different code rate in the physical layer is achieved through(2,1,7) encoder. This paper proposed puncturing method that is omitting some encoded bits at specific position and inserting dummy metric in these places when utilize Viterbi decoder, discussed the selection on dummy metric, and finally compared BER results in inserting different dummy metrics and given code rate respectively.
Key words : intelligent transportation system; convolutional encode; puncturing; dummy metric

    將IEEE802.11p是應(yīng)用于汽車通信的特殊環(huán)境時(shí)，要求擁有1 000英尺的傳輸距離、支持多種傳輸速率、工作在5.9 GHz頻段[1]，為此對(duì)該頻段下無(wú)線局域網(wǎng)的媒體訪問(wèn)控制（MAC）和物理層（PHY）作了規(guī)范。其最終愿景是建立一個(gè)允許車與車之間或車輛與路邊設(shè)施之間通信的網(wǎng)絡(luò)[2]。物理層采用OFDM技術(shù)[3],主要提供了物理層匯聚功能，由PHY 匯聚規(guī)程（PLCP）支持，它定義了一種能將PLCP服務(wù)數(shù)據(jù)單元（PSDU）映射成適合在兩個(gè)或更多關(guān)聯(lián)的站點(diǎn)(STA)之間發(fā)送、接收用戶數(shù)據(jù)和管理信息幀的方法。

    PLCP子層的物理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元（PSDU）和物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PPDU）幀之間的編碼關(guān)系如圖1所示[4]。PLCP報(bào)頭包括需發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度(8 bit二進(jìn)制)，發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，保留比特，用于檢錯(cuò)的奇偶校驗(yàn)比特以及服務(wù)字段。其中長(zhǎng)度位、速率位、保留位、奇偶校驗(yàn)位外加用于解碼的6 bit尾比特構(gòu)成了一個(gè)獨(dú)立的信號(hào)段OFDM符號(hào)，不同的速率對(duì)應(yīng)的調(diào)制參數(shù)如表1所示。

    信號(hào)段OFDM采用固定的BPSK調(diào)制。報(bào)頭中的服務(wù)字段和后面的PSDU，尾比特以及填充比特組成了按信號(hào)段所要求的數(shù)據(jù)發(fā)送速率的數(shù)據(jù)段OFDM符號(hào)，尾比特是為了維特比解碼狀態(tài)歸零所設(shè)，填充比特則是擴(kuò)展數(shù)據(jù)比特個(gè)數(shù)以構(gòu)成完整的數(shù)據(jù)OFDM符號(hào)。
    每個(gè)PPDU幀前面還需PLCP前導(dǎo)碼以便于接收端分集選擇、定時(shí)捕獲和頻率捕獲等[5]。前導(dǎo)碼無(wú)需卷積編碼解碼，信號(hào)字段雖進(jìn)行卷積編碼，但是采用固定的1/2碼率編碼，不存在刪余編碼問(wèn)題。數(shù)據(jù)字段比特則需要根據(jù)信號(hào)字段提供的可選的速率信號(hào)解出對(duì)應(yīng)的碼率，從而進(jìn)行相應(yīng)的刪余解碼方式。
1（2,1,7）編碼器
    IEEE802.11p 物理層中卷積碼不同的碼率都是通過(guò)對(duì)（2,1,7）卷積碼進(jìn)行刪余比特得出的。（2,1,7）編碼器本身得到的是1/2碼率的碼字[6]。如圖2所示，1路輸入，2路輸出。編碼約束長(zhǎng)度為7，故編碼寄存器共有26=64個(gè)狀態(tài)。輸出A和B生成的多項(xiàng)式分別為gA=1338, gB=1718，輸入數(shù)據(jù)在時(shí)鐘作用下進(jìn)入移位寄存器，編碼器按照輸出多項(xiàng)式進(jìn)行抽頭模2求和，每一節(jié)拍1 bit輸入，2 bit輸出，其中輸出A先于輸出B之前。

2 刪余編碼
    為得到更高要求的編碼率以提高發(fā)射端的效率，通常在一定規(guī)律的位置上進(jìn)行刪余，接收端解碼前在相應(yīng)刪余位置上插入啞元0或1。
    從碼率為1/2的編碼器產(chǎn)生（n-1）/n碼率的刪余編碼方法：把信息比特以n-1位分組，經(jīng)（2,1,7）編碼器，產(chǎn)生的碼字為2（n-1）bit，每2（n-1）bit刪除特定位置上的(n-2)bit，從而得出的碼字碼率為（n-1）/n [7]。具體的比特丟棄位置如圖3和圖4所示，這里采取的刪余圖案分別為（1 1 1 0 0 1）和（1 1 1 0），以滿足3/4和2/3的編碼速率。1代表該位比特保留，0表示該位比特丟棄。


    從仿真結(jié)果可以看出：(1)隨著仿真的隨機(jī)碼元個(gè)數(shù)的增加，由插入啞元導(dǎo)致的Viterbi譯碼誤碼率均趨于穩(wěn)定; (2)隨機(jī)碼元個(gè)數(shù)一定時(shí)，3/4刪余編碼譯碼中插入啞元為0時(shí)引起的誤碼率整體上小于啞元為1的誤碼率，故而選用啞元0；而當(dāng)碼率為2/3的刪余編碼譯碼中插入啞元為0時(shí)引起的誤碼率整體上略大于啞元為1的誤碼率，此時(shí)選用啞元1。因此譯碼時(shí)需根據(jù)碼率選擇插入啞元。
    實(shí)驗(yàn)2 分別在插入啞元為0和1兩種情形下，比較不同碼率卷積編碼導(dǎo)致的維特比譯碼的誤碼率。選用的隨機(jī)碼元數(shù)目同樣滿足表達(dá)式5。仿真結(jié)果如圖7和圖8所示。

 

 

    從仿真結(jié)果可以看出,隨著隨機(jī)碼元數(shù)的增加，不同碼率卷積碼的誤碼率逐漸趨于平穩(wěn)，3/4碼率下的維特比譯碼誤碼率普遍高于2/3碼率所產(chǎn)生的誤碼率，這與不同碼率卷積碼譯碼時(shí)插入的啞元數(shù)目的多少有直接的關(guān)系。
    本文針對(duì)IEEE802.11p 物理層要求的幾種卷積碼，結(jié)合協(xié)議物理層幀的碼元構(gòu)成，討論了刪余編碼的實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)按照比特刪余圖案給出了通過(guò)添加碼元進(jìn)行維特比譯碼的方式。通過(guò)對(duì)符合幀要求的隨機(jī)信源誤碼率的仿真實(shí)驗(yàn)，比較了不同插入啞元和碼率對(duì)維特比譯碼的影響，分析了不同條件下比特錯(cuò)誤率的統(tǒng)計(jì)特性并得出具體碼率下最佳譯碼啞元選用方案。這種誤碼除了信道干擾外完全是由維特比譯碼時(shí)人為地在刪余位置上插入固定啞元以及啞元數(shù)目多少造成的。后續(xù)的工作應(yīng)結(jié)合實(shí)際信道傳輸，仿真復(fù)雜無(wú)線信道尤其是多徑干擾[8]和插入啞元共同影響下整個(gè)系統(tǒng)誤碼率的性能。
參考文獻(xiàn)
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