端到端IEEE 802.15.4 PHY仿真
这个例子展示了如何生成波形，解码波形和计算IEEE®802.15.4™标准的不同PHY规范的误码率曲线[1]，使用ZigBee和UWB的通信工具箱™库。
背景
IEEE 802.15.4标准规定了低速率无线个人区域网络(lr - wpan)的PHY层和MAC层[1］．IEEE 802.15.4 PHY层和MAC层为ZigBee、WirelessHart®、6LoWPAN和MiWi等其他更高层标准提供了基础。这些标准应用于家庭自动化和传感器网络，并与物联网(IoT)趋势高度相关。
IEEE 802.15.4的物理层实现
最初的IEEE 802.15.4标准及其修订规定了多个PHY层，这些层使用不同的调制方案并支持不同的数据速率。万博1manbetx这些物理层是为特定频带设计的，在某种程度上是为特定国家设计的。本例提供了为原始IEEE 802.15.4规范中提出的物理层生成和解码波形的函数(OQPSK在2.4 GHz, BPSK在868/915 MHz)， IEEE 802.15.4b (OQPSK和ASK在868/915 MHz)， IEEE 802.15.4c (OQPSK在780 MHz)和IEEE 802.15.4d (GFSK和BPSK在950 MHz)。
这些物理层为PHY协议数据单元(PPDU)指定了一种格式，其中包括一个序言、一个帧开始分隔符(SFD)以及MAC协议数据单元(MPDU)的长度和内容。序言和SFD用于帧级同步。在下面的描述中，术语符号表示芯片序列的整数索引(根据IEEE 802.15.4标准)，而不是调制符号，例如复数。
OQPSK PHY:所有OQPSK PHY每4 PPDU位映射到一个符号。2.4 GHz OQPSK PHY将每个符号扩展到32个芯片序列，而其他OQPSK PHY将其扩展到16个芯片序列。然后，对芯片序列进行OQPSK调制，并传递给半正弦脉冲整形滤波器(或780 MHz波段的普通凸起余弦滤波器)。有关详细说明，请参见[1］．
BPSK PHY: BPSK PHY对PPDU位进行差分编码。每个产生的比特被分成15个芯片序列。然后，对芯片序列进行BPSK调制，并将其传递给一个正常的凸起余弦滤波器。有关详细说明，请参见[1］．
ASK PHY: ASK PHY仅使用BPSK调制作为前导和SFD。其余的PPDU位，如PHY报头(PHR)和MPDU首先映射到868 MHz频段中的20位符号和915 MHz频段中的5位符号。每个符号使用并行序列扩频(PSSS)或正交码分复用(OCDM)技术被扩展到32个芯片序列。然后对芯片序列进行ASK调制并传递给根凸起余弦滤波器。详细说明见[第12条]。1］．
GFSK PHY: GFSK PHY首先白的PPDU位使用模-2加法与PN9序列。然后对变白的比特进行GFSK调制。详细说明见[第15条]。1］．
波形生成，解码和误码率曲线计算
本代码说明了如何使用波形生成和解码功能的不同频段，并比较相应的误码率曲线。
EcNo = -25:2.5:17.5;% Ec/无误码率曲线范围SPC = 4;每片样品百分比msgLen = 8*120;比特长度百分比S = rng(54806);种子随机数生成器message = randi([0 1]，msgLen,1);发送报文百分比预分配向量以存储误码率结果:[berOQPSK2450, berOQPSK780, berBPSK, berASK915，.．.berASK868, berGFSK] = deal(零(1，长度(EcNo)));为idx = 1:长度(EcNo)%循环超过EcNo范围% O-QPSK PHY, 2450 MHz波形= lrwpan。PHYGeneratorOQPSK (.．.消息,spc,2450 MHz的）;K = 2;每个符号的%信息位信噪比= EcNo(idx) - 10*log10(spc) + 10*log10(K);received = awgn(波形，信噪比);Bits = lrwpan。PHYDecoderOQPSKNoSync (.．.收到,spc,2450 MHz的）;[~， berOQPSK2450(idx)] = biterr(message, bits);% O-QPSK PHY, 780MHz波形= lrwpan。PHYGeneratorOQPSK (.．.消息,spc,780 MHz的）;%或'868 MHz'/'915 MHz'信噪比= EcNo(idx) - 10*log10(spc) + 10*log10(K);received = awgn(波形，信噪比);Bits = lrwpan。PHYDecoderOQPSKNoSync (.．.收到,spc,780 MHz的）;%或'868 MHz'/'915 MHz'[~， berOQPSK780(idx)] = biterr(message,bits);% BPSK PHY, 868/915/950 MHz波形= lrwpan.PHYGeneratorBPSK(message,spc);K = 1;每个符号的%信息位信噪比= EcNo(idx) - 10*log10(spc) + 10*log10(K);received = awgn(波形，信噪比);bits = lrwpan.PHYDecoderBPSK(received,spc);[~， berBPSK(idx)] = biterr(message,bits);%问PHY, 915 MHz波形= lrwpan。PHYGeneratorASK(消息、程控915 MHz的）;K = 1;每个符号的%信息位信噪比= EcNo(idx) - 10*log10(spc) + 10*log10(K);received = awgn(波形，信噪比);Bits = lrwpan。PHYDecoderASK(收到,spc,915 MHz的）;[~， berASK915(idx)] = biterr(message, bits(1:msgLen));%问PHY, 868兆赫波形= lrwpan。PHYGeneratorASK(消息、程控868 MHz的）;K = 1;每个符号的%信息位信噪比= EcNo(idx) - 10*log10(spc) + 10*log10(K);received = awgn(波形，信噪比);Bits = lrwpan。PHYDecoderASK(收到,spc,868 MHz的）;[~， berASK868(idx)] = biterr(message, bits(1:msgLen));% GFSK PHY, 950 MHz波形= lrwpan.PHYGeneratorGFSK(message,spc);K = 1;每个符号的%信息位信噪比= EcNo(idx) - 10*log10(spc) + 10*log10(K);received = awgn(波形，信噪比);bits = lrwpan.PHYDecoderGFSK(received,spc);[~， berGFSK(idx)] = biterr(消息，比特);结束百分比曲线误码率曲线图semilogy (EcNo berOQPSK2450,“o”EcNo berOQPSK780,“- *”，.．.EcNo berBPSK,”——+ 'EcNo berASK915,“- x”EcNo berASK868,.．.“s”EcNo berGFSK,“v”)传说(“OQPSK, 2450 MHz”，“OQPSK, 780 MHz”，.．.'BPSK, 868/915/950 MHz'，'ASK, 915 MHz'，.．.'ASK, 868 MHz'，“GFSK, 950兆赫”，.．.“位置”，“西南”)标题('IEEE 802.15.4 PHY误码率曲线')包含(芯片能量与噪声谱密度之比，Ec/No (dB)) ylabel (“方方面面”)轴([min(EcNo) max(EcNo) 10^-2 1])网格在
进一步的探索
ZigBee和UWB附加组件的通信工具箱库包含以下对象和函数:
lrwpan。PHYGeneratorOQPSK lrwpan。PHYDecoderOQPSKNoSync, and lrwpan.PHYDecoderOQPSK: Create and decode an IEEE 802.15.4 OQPSK waveform
lrwpan。PHYGeneratorBPSK和lrwpan。PHYDecoderBPSK:创建并解码IEEE 802.15.4 BPSK波形
lrwpan。PHYGeneratorASK和lrwpan。创建并解码IEEE 802.15.4 ASK波形
lrwpan。PHYGeneratorGFSK和lrwpan。PHYDecoderGFSK:创建并解码IEEE 802.15.4 GFSK波形
这些实用程序没有文档，它们的API或功能将来可能会改变。要查看这些实用程序的源代码，请使用编辑函数。例如，输入:
编辑lrwpan。PHYDecoderOQPSK
在MATLAB®命令行打开lrwpan。PHYGeneratorOQPSK．
选定的参考书目
1 -“IEEE局域网和城域网标准——第15.4部分:低速率无线个人区域网络(lr - wpan)”，见IEEE Std 802.15.4-2011 (IEEE Std 802.15.4-2006修订版)，卷，no. 1。， pp.1-314, 2011年9月5日，doi: 10.1109/IEEESTD.2011.6012487。
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