將IEEE802.11p是應用于汽車通信的特殊環境時，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]，為此對該頻段下無線局域網的媒體訪問控制（MAC）和物理層（PHY）作了規范。其最終愿景是建立一個允許車與車之間或車輛與路邊設施之間通信的網絡[2]。物理層采用OFDM技術[3],主要提供了物理層匯聚功能，由PHY 匯聚規程（PLCP）支持，它定義了一種能將PLCP服務數據單元（PSDU）映射成適合在兩個或更多關聯的站點(STA)之間發送、接收用戶數據和管理信息幀的方法。

    PLCP子層的物理層服務數據單元（PSDU）和物理層協議數據單元（PPDU）幀之間的編碼關系如圖1所示[4]。PLCP報頭包括需發送數據的長度(8 bit二進制)，發送數據的速率，保留比特，用于檢錯的奇偶校驗比特以及服務字段。其中長度位、速率位、保留位、奇偶校驗位外加用于解碼的6 bit尾比特構成了一個獨立的信號段OFDM符號，不同的速率對應的調制參數如表1所示。

    信號段OFDM采用固定的BPSK調制。報頭中的服務字段和后面的PSDU，尾比特以及填充比特組成了按信號段所要求的數據發送速率的數據段OFDM符號，尾比特是為了維特比解碼狀態歸零所設，填充比特則是擴展數據比特個數以構成完整的數據OFDM符號。
    每個PPDU幀前面還需PLCP前導碼以便于接收端分集選擇、定時捕獲和頻率捕獲等[5]。前導碼無需卷積編碼解碼，信號字段雖進行卷積編碼，但是采用固定的1/2碼率編碼，不存在刪余編碼問題。數據字段比特則需要根據信號字段提供的可選的速率信號解出對應的碼率，從而進行相應的刪余解碼方式。
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對（2,1,7）卷積碼進行刪余比特得出的。（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。編碼約束長度為7，故編碼寄存器共有26=64個狀態。輸出A和B生成的多項式分別為gA=1338, gB=1718，輸入數據在時鐘作用下進入移位寄存器，編碼器按照輸出多項式進行抽頭模2求和，每一節拍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射端的效率，通常在一定規律的位置上進行刪余，接收端解碼前在相應刪余位置上插入啞元0或1。
    從碼率為1/2的編碼器產生（n-1）/n碼率的刪余編碼方法：把信息比特以n-1位分組，經（2,1,7）編碼器，產生的碼字為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。

    從仿真結果可以看出：(1)隨著仿真的隨機碼元個數的增加，由插入啞元導致的Viterbi譯碼誤碼率均趨于穩定; (2)隨機碼元個數一定時，3/4刪余編碼譯碼中插入啞元為0時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；而當碼率為2/3的刪余編碼譯碼中插入啞元為0時引起的誤碼率整體上略大于啞元為1的誤碼率，此時選用啞元1。因此譯碼時需根據碼率選擇插入啞元。
    實驗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致的維特比譯碼的誤碼率。選用的隨機碼元數目同樣滿足表達式5。仿真結果如圖7和圖8所示。

    從仿真結果可以看出,隨著隨機碼元數的增加，不同碼率卷積碼的誤碼率逐漸趨于平穩，3/4碼率下的維特比譯碼誤碼率普遍高于2/3碼率所產生的誤碼率，這與不同碼率卷積碼譯碼時插入的啞元數目的多少有直接的關系。
    本文針對IEEE802.11p 物理層要求的幾種卷積碼，結合協議物理層幀的碼元構成，討論了刪余編碼的實現方法，同時按照比特刪余圖案給出了通過添加碼元進行維特比譯碼的方式。通過對符合幀要求的隨機信源誤碼率的仿真實驗，比較了不同插入啞元和碼率對維特比譯碼的影響，分析了不同條件下比特錯誤率的統計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人為地在刪余位置上插入固定啞元以及啞元數目多少造成的。后續的工作應結合實際信道傳輸，仿真復雜無線信道尤其是多徑干擾[8]和插入啞元共同影響下整個系統誤碼率的性能。
參考文獻
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