第三章 Simulink 模擬平台
3.2 建立 IEEE 802.16 模擬系統
在第二章對於 IEEE 802.16 OFDM 實體層的詳細規格介紹後，我們使用 Simulink 平台來將規格作實現，設計出一軟體傳送機。首先將不同的通道編碼及 調變模式分別設定成 Mode0-Mode6，然後依序完成每一模式之子系統，最後再 將每一子系統作整合，完成完整的系統。表3.1 說明每一模式的通道編碼與調變 對照表。
表3.1 單一模式的通道編碼與調變對照表
Mode Modulation
Uncoded block size (bytes)
Coded block size (bytes)
Overall coding rate
RS code CC code rate
0 BPSK 12 24 1/2 (12,12,0) 1/2 1 QPSK 24 48 1/2 (32,24,4) 2/3 2 QPSK 36 48 3/4 (40,36,2) 5/6 3 16-QAM 48 96 1/2 (64,48,8) 2/3 4 16-QAM 72 96 3/4 (80,72,4) 5/6 5 64-QAM 96 144 2/3 (108,96,6) 3/4 6 64-QAM 108 144 3/4 (120,108,6) 5/6
我們先以Mode4(16-QAM RS(80,72,4) CC5/6)為範例，一步一步的解說如何 以 Simulink 來建構此傳收機，圖 3.1 是 Mode4 的子系統架構圖，在其中可以看 到包含了通道編解碼、資料調變解調變、OFDM 調變及通道模型。圖 3.2 為通道 編碼子系統，包括了隨機化、前置錯誤更正碼及交錯器，在隨機化後安插了一位 元組長度的0，其原因是為了使後面的迴旋編碼器暫存器狀態能回到 0。隨機化 是由PN Sequence Generator 及 XOR 閘所完成，如圖 3.3。圖 3.4 為前置錯誤更正 碼中的RS 編碼區塊，以 RS (N=255, K=239, T=8)為母碼，利用 Simulink 提供之
RS 編碼器，在縮短穿刺成需求的碼率，在 Mode4 中為 RS(80,72,4)。圖 3.5 為前 置錯誤更正碼中的迴旋編碼區塊，以迴旋碼碼率1/2 為母碼，利用穿刺得到需求 的碼率，在Mode4 中為迴旋碼率為 5/6。OFDM 傳送區塊包括了兩部份，分別是 反傅立葉運算及添加保護區段，如圖3.6 所示。圖 3.7 說明了在經過反傅立葉運 算之前，資料會先加入導引載波、保護頻帶及前置碼的方塊表示。
圖 3.1 Mode4 子系統架構圖
圖 3.2 通道編碼子系統
圖 3.3 隨機化子系統
圖 3.4 RS 編碼子系統
圖 3.5 迴旋編碼子系統
圖 3.6 OFDM 傳送區塊
圖 3.7 OFDM 傳送區塊子系統
通道是信號傳收的實際環境，在不同的通道環境下之系統效能成為評估一個 系統好壞的考量重點。在此我們提供了三種通道模式可以選擇：Flat fading、
Dispersive fading 及 No fading (AWGN；白高斯雜訊通道)，還可以設定雜訊比及 都卜勒頻率值。圖 3.9 表示建構通道子系統的內部方塊，我們在之中使用了 Multipath Fading 與 AWGN Channel 來建置通道模型。。
圖 3.8 通道選擇，都卜勒頻率及 SNR 設定
我們在此特別介紹RS 解碼子系統的設計，在此不是使用 Simulink 內建之方 塊，而是使用 Xilinx blocksets，那是因為內建之 RS 解碼器無法解穿刺後的 RS 編碼，無法達到系統的需求，於是整個RS 解碼子系統都是由 Xilinx blocksets 所 構成，如圖3.10 所示，圖中的 earasure 腳位是用來定義收到之碼字中確定錯誤的 位置。
圖 3.10 RS 解碼子系統
看完單一模式的子系統描述之後，我們依序建置了其他模式之子系統模型，
並對各模式作誤碼率的模擬。圖3.11 為 IEEE 802.16 OFDM 系統於相加性白高斯 雜訊通道之誤碼率對雜訊比。圖3.12 則為 IEEE 802.16 系統於雷利衰減通道之誤 碼率對雜訊比。在雷利衰減通道之下，通道特性變差時會持續一段時間，造成誤 碼率急劇上揚。故原本於相加性白高斯雜訊通道中之下墬的曲線會被拉直成緩步 下降的直線。
-5 0 5 10 15 20 25 10-6
10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100
SNR (dB)
BER
BPSK+RS(12,12,0)+CC(1/2) QPSK+RS(32,24,4)+CC(2/3) QPSK+RS(40,36,2)+CC(5/6) 16-QAM+RS(64,48,8)+CC(2/3) 16-QAM+RS(80,72,4)+CC(5/6) 64-QAM+RS(108,96,6)+CC(3/4) 64-QAM+RS(120,108,6)+CC(5/6)
圖 3.11 IEEE 802.16 OFDM 系統於相加性白高斯雜訊通道之效能
10-4 10-3 10-2 10-1
BER
BPSK+RS(12,12,0)+CC(1/2) QPSK+RS(32,24,4)+CC(2/3) QPSK+RS(40,36,2)+CC(5/6) 16-QAM+RS(64,48,8)+CC(2/3) 16-QAM+RS(80,72,4)+CC(5/6) 64-QAM+RS(108,96,6)+CC(3/4) 64-QAM+RS(120,108,6)+CC(5/6)
圖3.13 表示完整 IEEE 802.16 OFDM 系統，它包含了七種模式之整合，還有 雜訊比的估測子系統，計算錯誤率方塊。我們利用雜訊比及錯誤率資訊，繪出其 相關圖形，可見圖3.14~3.17。圖 3.14 表示了未經過等化器之原始訊號，圖 3.15 表示經過等化器調變之後的訊號，可以發現已經抓回在圖 3.14 中偏移之相位。
圖3.16 可看見通道之相位偏移圖。圖 3.17 則是誤碼率與雜訊比對應圖。
圖 3.13 完整 IEEE 802.16 OFDM 系統
圖 3.14 未經過等化器之訊號
圖 3.16 通道之相位偏移圖
圖 3.17 誤碼率與雜訊比對應圖