Рисунок5- Структура сообщения физического уровня

Листинг №1 функции физического уровня

function [ L2_msgs_rcv msgType_rcv msgCount_rcv sigPower maxSKO errorFlag ] = phy_lvl( L2_msgs, msgCount, mProfile, SN, img, rMeasureFlag )

% L2_msgs - пакеты L2

% msgCount - количество передаваемых пакетов L2

% mProfile - профиль передачи 0 - QPSK,  1 - PSK-8

% SN - ОСШ в КС, SN = 0 - моделирование прохождения через КС отключено

% img - показ графиков, 0 - выкл. 1 - вкл.

% rMeasure - вывод в консоль данных радиоизмерений на ФУ, 0 - выкл. 1 - вкл.

%== Физический уровень передатчика ==%

    global noninfSubcarriers;

    global Nc;

    global ampPilot;

    trell = poly2trellis( 7, [ 171 133 ] );

    errorFlag = 0;

% Определяем тип пакетов L2

    if all( L2_msgs( 6:9 ) == [ 0 0 0 0 ] )

        msgType = 0;

    else

        msgType = 1;

    end

%% Формирование служебного поля

% Выбор типа модуляции для служебного символа 

    mParam = modem.pskmod( 4 );

    mParam.inputtype = 'bit';

    mParam.SymbolOrder = 'gray';

    mParam.PhaseOffset = 0;

% Формирование служебного символа

    serviceMsg = zeros( 1, Nc );

% Информация о виде модуляции

    serviceMsg( 1 ) = mProfile;

% Информация о типе сообщения

    serviceMsg( 2 ) = msgType;         

% Кол-во пакетов в сообщении

    msgLength = dec2bin( msgCount, 8 );

    for i = 1:8

        serviceMsg( 2 + i ) = str2num( msgLength( i ) );

    end

% Помехоустойчивое кодирование

    serviceMsg_c = convenc( serviceMsg, trell );

% Перемежение

    serviceMsg_cai = randintrlv( serviceMsg_c, 534 );

% Квадратурная модуляция

    IQ_service = modulate( mParam, serviceMsg_cai' );

%% Определение профиля передачи

    if mProfile == 0

        mPos = 4;

        mParam = modem.pskmod( mPos );

        ampPreamb_short = 0.75; % КУ усиления для выравнивания уровня преамбулы к данным

        ampPreamb_long = 1; % КУ усиления для выравнивания уровня преамбулы к данным

        ampPilot = 2; % КУ для пилот сигнала

    else

        mPos = 8;

        mParam = modem.qammod( mPos );

        ampPreamb_short = 5; % КУ усиления для выравнивания уровня преамбулы к данным

        ampPreamb_long = 5; % КУ усиления для выравнивания уровня преамбулы к данным

        ampPilot = 7; % КУ для пилот сигнала

    end;

%% Работа над пакетами L2

% Определяем размер пакета L2 исходя из его типа

    if msgType == 1

        packLength = 200;

    else

        packLength = 400;

    end

    L2_msgs_cai = [];

    for pack = 1:msgCount

        packStart = ( pack - 1 ) * packLength + 1;

        L2_msg = L2_msgs( packStart:( packStart +  packLength - 1) );

%% Канальное кодирование

% Помехоустойчивое кодирование

       L2_msg_c = convenc( L2_msg, trell );

% Перемежение

       L2_msg_cai = randintrlv( L2_msg_c, 534 );

       L2_msgs_cai = [ L2_msgs_cai L2_msg_cai ];

    end

%% Модуляция

% Размер передаваемого сообщения

    L2_msg_length = length( L2_msgs_cai );

% Количество поднесущих с информацией

    Nc_data = Nc - length( noninfSubcarriers ); % 50 поднесущих

% Формирование блока незначащих битов

    symbolGarbage = zeros( 1, symbolCounter * symbolLength - L2_msg_length );   

% Cообщение канального уровня

    data = L2_msgs_cai;

% Выбор модуляции

    mParam.inputtype = 'bit';

    mParam.SymbolOrder = 'gray';

    mParam.PhaseOffset = 0;

% Добавление незначащих битов

    if ( symbolCounter - L2_msg_length / symbolLength ) == 0

        data = [ data ]';

    else

        data = [ data symbolGarbage ]';

    end

% Квадратурная модуляция

    IQ_signal = modulate( mParam, data );

%% Формирование символов преамбулы

% Короткий символ преамбулы

    Preamb_shortline = sqrt( 13 / 6 )*[ 0 0 1+j 0 0 0 -1-j 0 0 0 1+j 0 0 0 -1-j 0 0 0 -1-j 0 0 0 1+j 0 0 0 0 0 0 -1-j 0 0 0 -1-j 0 0 0 ...

        1+j 0 0 0 1+j 0 0 0 1+j 0 0 0 1+j 0 0 ];   

    Preamb_shortSymb = ifft( Preamb_shortline );

% Выделение первых 16 отсчетов

    short = Preamb_shortSymb( 1:16 );

% Формирование 10 коротких символов преамбулы на основе выбранного набора

    Preamb_shortComplete = [ short short short short short short short short short short ];

% Длинный символ преамбулы

    Preamb_longline = [ 0 0 0 0 0 0 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 ...

        1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 ];

    Preamb_longSymb = ifft( Preamb_longline );

    Preamb_longComplete = [ Preamb_longSymb( 64 - 2 * 16 + 1:64 ) Preamb_longSymb Preamb_longSymb ];

% Окончательная сборка преамбулы (усиление чтобы выровнить уровень к уровню данных)

    Preamb_Full = [ ampPreamb_short * Preamb_shortComplete ampPreamb_long * Preamb_longComplete ];

 %% Сборка сообщения физического уровня

    l1Frame = [ Preamb_Full ofdmFrame ];

if img == 1

        figure( 1 );

        plot( abs( l1Frame ) );

        grid on

        title( 'Временная реализация сообщения физического уровня' )

    end;

%% Задержка сигнала на псевдослучайное кол-во отсчетов (от 0 до 200)

    l1Frame_delay = [ zeros( 1, randi( 200 ) ) l1Frame ];    

%% AWGN-канал

    if SN ~= 0

        l1Frame_rcv = awgn( l1Frame_delay, SN, 'measured' );

    else

        l1Frame_rcv = l1Frame_delay;

    end    

%== Физический уровень приемника ==%

%% Синхронизация

% Подготовка окна    

    sync_rcv = zeros(1, length( l1Frame_rcv ) - length( Preamb_Full ) );

% Сдвиг и расчет СКО

    for i = 1: ( length( l1Frame_rcv ) - length( Preamb_Full ) )

       searchBlock = l1Frame_rcv( i: ( i - 1 + length( Preamb_Full ) ) );

       sync_rcv(i) = sum( abs( searchBlock - Preamb_Full).^2 );

    end

% Нахождение минимума СКО и соответственно, начала преамбулы  

    [ SKO_min Preamb_Start_rcv ] = min( sync_rcv );

% Определение окончания преамбулы   

    Preamb_End_rcv = Preamb_Start_rcv + length( Preamb_Full );

% Отображение графика    

    if img == 1

        figure( 4 );

        plot( sync_rcv );

        grid on

        title( 'СКО между двумя блоками: скользящим окном и преамбулой' )

    end;

% Измерение мощности принятого сигнала

    sig = l1Frame_rcv( Preamb_Start_rcv:end );

    sigPower = sum(abs(sig(:)).^2)/length(sig(:));

    if rMeasureFlag == 1

        display( 'Мощность принятого сигнала:' )

        disp( sigPower );

    end

%% Выделение полей

% Выделение преамбулы, сервисного поля и поля данных

    Preamb_Full_rcv = l1Frame_rcv( Preamb_Start_rcv:Preamb_End_rcv );

    symbol_rcv = l1Frame_rcv( ( Preamb_End_rcv ):( Preamb_End_rcv + 64 - 1 ) );

    ofdmFrame_rcv =  l1Frame_rcv( ( Preamb_End_rcv + 64 ):end );

    IQ_service_rcv = fft( symbol_rcv' );

%% Демодуляция

% Настройка вида модуляции сервисного поля 

    mParam = modem.pskdemod( 4 );

    mParam.SymbolOrder = 'gray';

    mParam.PhaseOffset = 0;

    mParam.OutputType = 'bit';

% Демодуляция сервисного поля

    serviceMsg_cai_rcv = demodulate( mParam, IQ_service_rcv );

% Деперемежение

    serviceMsg_c_rcv = randdeintrlv( serviceMsg_cai_rcv, 534 );

% Декодирование по Витерби

    serviceMsg_rcv = vitdec( serviceMsg_c_rcv, trell, 7, 'cont', 'hard' );

% Определение профиля передачи

    mProfile_rcv = serviceMsg_rcv( 8 );

% Определение типа принятого сообщения

    msgType_rcv = serviceMsg_rcv( 9 );

% Определение длинны принятого сообщения

    for i = 1:6

        msgLength_rcv( i ) = num2str( serviceMsg_rcv( 9 + i ) );

    end

    msgCount_rcv = bin2dec( msgLength_rcv );

% Если количество принятых сообщений получилось равным 0, считаем что оно

% равно 1. В этом случае уже ясно, что сообщение принято не верно

% , однако возможно

%  "угадать" количество пакетов L2. Если не угадаем, у КУ не сойдется

% контрольная сумма и он  сделает вывод о неверно

% принятом сообщении.

    if msgCount_rcv == 0

        msgCount_rcv = 1;

    end

% Определение профиля передачи поля данных

    if mProfile_rcv == 1

        mPos_rcv = 8;

        mParam = modem.qamdemod( mPos_rcv );

    else

        mPos_rcv = 4;

        mParam = modem.pskdemod( mPos_rcv );

    end;

    mParam.SymbolOrder = 'gray';

    mParam.PhaseOffset = 0;

    mParam.OutputType = 'bit';

% Определение типа сообщения

    if msgType_rcv == 1

       packLength_rcv = 400;

    else

       packLength_rcv = 800;

    end    

        OSpr = [ OSpr; IQ_sign ];

        IQ_sign_equalazied = IQ_sign ./ ( equInterpol ./ ampPilot ); % Непосредственно эквалайзер

        IQ_signal_rcv = [ IQ_signal_rcv IQ_sign_equalazied( infSubcarriers ) ]; % Формирование потока данных

    end;

% Квадратурная демодуляция закодированного и перемеженного пакета L2

    data_rcv = demodulate( mParam, IQ_signal_rcv );

% Определяем максимальное СКО среди IQ-символов

    [ maxSKO ] = IQ_maxSKO( IQ_signal_rcv, data_rcv, mPos_rcv );

    if rMeasureFlag == 1

        display( 'Максимальное СКО среди символов СКС принятого сигнала:' )

        disp( maxSKO );

    end

% Убираем лишние биты. Лишние биты появляются если

возникла ошибка в приеме полей типа, модуляции или длинны сообщения

%    в этом случае не совпадает фактическая и ожидаемая длинна принятого

%    информационного поля и если эти значения не уравнять возникнет ошибка

%    на этапе канального декодирования.

% Рассчитываем ожидаемую длинну информационного поля

    infoLength_rcv = ( packLength_rcv * msgCount_rcv );

% Рассчитываем фактически принятую длинну информационного поля

    data_size_rcv = size( data_rcv );

    dataLength_rcv = data_size_rcv( 1 ) * data_size_rcv( 2 );

% Если фактическая больше - уравниваем путем удаления лишнего.    

    if infoLength_rcv < dataLength_rcv

        for i =  dataLength_rcv:-1:( infoLength_rcv + 1 )

           data_rcv( i ) = []; 

        end

% Если фактическая меньше - критическая ошибка. В программной модели она

% может наступить только в случае не правильного приема служебного поля,

% на практике, только в случае неисправности в радиоинтерфейсе т.к.

% в других случае, если ожидаемая длинна на приемнике окажется больше чем

% переданная отправителем, приемник будет принимать шумы радиоканала

    elseif infoLength_rcv > dataLength_rcv

        errorFlag = 1;

    end

%% Отображение СКС

        figure( 3 );

        plot( IQ_signal_rcv, 'x' );

        grid on

        title( 'Сигнально-кодовое созвездие принятого сигнала' )

    end;

%% Канальное декодирование

    L2_msgs_rcv = [];   

% Если во время приема физический уровень обнаружил критическую ошибку

% которая не позволит ему произвести декодирование, он выдает на КУ

% пустой пакет трафика L2 и соответствующий поднятый флаг errorFlag

    if errorFlag == 0

        for pack = 1:msgCount_rcv

% Выделение кодированного и перемеженного пакета L2

            packStart = ( pack - 1 ) * packLength_rcv + 1;

            L2_msg_cai_rcv = data_rcv( packStart:( packStart +  packLength_rcv - 1) );

% Деперемежение

            L2_msg_c_rcv = randdeintrlv( L2_msg_cai_rcv, 534 );

% Декодирование по Витерби

            L2_msg_rcv = vitdec( L2_msg_c_rcv, trell, 7, 'cont', 'hard' );

            L2_msgs_rcv = [ L2_msgs_rcv L2_msg_rcv ];

        end

    else

        L2_msgs_rcv = zeros( 1, 400 ); % "избыточное"

        msgType_rcv = 0;

    msgCount_rcv = 1; 

    end

end

Графики,  полученные в ходе выполнения программы представлены на рисунках 7-9.