基于802.11波形和SDR的图像传输和接收
本示例演示如何将图像文件编码并打包到WLAN数据包中进行传输，然后解码数据包以检索图像。该示例还展示了如何使用软件定义无线电(SDR)进行无线局域网包的无线传输和接收。
简介
这个示例导入一个映像文件并将其分割到多个介质访问控制(MAC)服务数据单元(msdu)中。它将每个MSDU传递给wlanMACFrame函数创建MAC协议数据单元MPDU。这个函数还利用了awlanMACFrameConfig对象作为输入，它通过SequenceNumber财产。然后，该示例将MPDUs作为PHY层服务数据单元(PSDUs)传递给物理层。每个PSDU数据使用单个非高吞吐量(nonHT) 802.11a™WLAN数据包进行传输。控件创建WLAN基带波形wlanWaveformGenerator函数。该功能利用多个psdu，对每个psdu进行处理，形成一系列准备传输的物理层收敛过程(PLCP)协议数据单元(PPDUs)。
然后生成的波形通过加性高斯白噪声(AWGN)通道来模拟空中传输。随后,wlanMPDUDecode函数获取噪声波形并对其进行解码。然后,SequenceNumber在恢复的MAC帧配置对象中的属性允许示例按顺序对提取的msdu排序。多个接收的msdu中的信息位组合起来恢复传输的图像。此图表显示了接收器的处理过程。
或者，生成的WLAN波形可以通过空气传输，并使用这些支持的sdr接收。金宝app
模拟设备通信工具箱支持包金宝app®ADALM-Pluto广播
安装和设置模拟设备通信工具箱支持包ADALM-Pluto无金宝app线电
金宝app支持的硬件模拟设备通信工具箱支持包ADALM-Pluto无金宝app线电
USRP通信工具箱支持包金宝app®嵌入式系列收音机
Xilinx的通信工具箱支持包金宝app®Zynq®的电台
示例设置
运行示例前，请先设置通道变量为以下选项之一:
OverTheAir:使用SDR收发WLAN波形GaussianNoise:传输波形通过AWGN通道(默认)NoImpairments:传输波形无损伤通过
如果你设置通道来OverTheAir,设置设备名称指定的特别提款权:
设置为
冥王星使用ADALM-Pluto无线电(默认)设置为
E3xx使用USRP嵌入式系列收音机设置为
AD936x或FMCOMMS5使用Xilinx Zynq-Based Radio
频道=“GaussianNoise”；如果频道= =“OverTheAir”设备名称=
“冥王星”；结束
配置示例的所有范围和图。
为图像绘制设置句柄如果~ (“imFig”，“var”|| ~ishandle(imFig)% #好< SUSENS >imFig =图;imFig。NumberTitle =“关闭”；imFig。Name =“形象策划”；imFig。可见=“关闭”；其他的clf (imFig);%清晰数字imFig。可见=“关闭”；结束%设置频谱查看器spectrumScope = dsp。简介(.．.“SpectrumType”，的功率密度，.．.“SpectralAverages”10.．.“YLimits”(-90 -30),.．.“标题”，“接收基带WLAN信号频谱”，.．.“YLabel”，“功率谱密度”，.．.“位置”，[69 376 800 450]);为均衡WLAN符号设置星座图查看器refQAM = wlanreferencesymbles (64 qam）;星座图(.．.“标题”，“均衡无线局域网符号”，.．.“ShowReferenceConstellation”,真的,.．.“ReferenceConstellation”refQAM,.．.“位置”，[878 376 460 460]);
发射机的设计
本步骤介绍了WLAN发射机的一般过程。
导入图像文件并将其转换为十进制字节流
使用“WLAN工具箱”生成基带WLAN信号
将数据流打包成多个802.11a报文
如果使用SDR，这些步骤描述了SDR发送器的设置。
准备使用SDR硬件传输的基带信号
将基带数据发送到SDR硬件，以所需的中心频率进行上采样和连续传输
准备图像文件
从图像文件读取数据，将其缩放以进行传输，并将其转换为十进制字节流。图像的缩放通过减少二进制数据流的大小来降低质量。
二进制数据流的大小会影响传输图像数据所需的WLAN报文数。产生用于传输的WLAN报文的数量取决于这些因素。
图像缩放，在导入图像文件时设置
报文中所携带的数据的长度，由
msduLength变量所传输报文的调制编码方案值
缩放系数和MSDU长度的组合决定了WLAN传输所需的无线数据包数量。设置规模来0.2而且msduLength来2304需要传输11个WLAN无线数据包。增大缩放系数或减小MSDU长度会增加报文的传输量。
输入图像文件并转换为二进制流fileTx =“peppers.png”；%镜像文件名fData = imread(fileTx);从文件中读取图像数据刻度= 0.2;%图像缩放因子origSize = size(fData);%原始输入图像大小scaledSize = max(floor(scale.*origSize(1:2))，1);%计算新的图像大小heightIx = min(圆(((1:scaledSize(1)) -0.5)。/规模+ 0.5),origSize (1));widthIx = min(圆(((1:scaledSize(2)) -0.5)。/规模+ 0.5),origSize (2));fData = fData(height,widthIx，:);%调整图片大小imsize = size(fData);%存储新的图像大小txImage = fData(:);图传输图像imFig。可见=“上”；次要情节(211);imshow (fData);标题(“传播形象”）;次要情节(212);标题(“接收到的图像出现在这里…”）;集(gca),“可见”，“关闭”）;
甘氨胆酸组(findall (,“类型”，“文本”)，“可见”，“上”）;
分片传输数据
拆分数据流(txImage)转换成更小的传输单元(msdu)msduLength．然后，为每个传输单元创建MPDUwlanMACFrame函数。每次调用此函数都会创建一个MPDU，对应于给定的MSDU和帧配置对象。接下来，使用创建框架配置对象wlanMACFrameConfig命令，配置MPDU序列号。然后依次将所有MPDUs传递到物理层进行传输。
为确保传输的MSDU大小不超过标准规定的最大值，请设置msduLength字段2304字节。为了使所有MPDU的大小相同，在最后一个MPDU的数据中添加0。
msduLength = 2304;MSDU长度(以字节为单位)numMSDUs = celll (length(txImage)/msduLength);padzero = msduLength-mod(length(txImage)，msduLength);txData = [txImage;zero (padZeros,1)];txDataBits = double(重塑(de2bi(txData, 8)'，[]，1));将输入数据流划分为片段bitsPerOctet = 8;数据= 0 (0,1);为我= 0:numMSDUs-1为每个MPDU提取图像数据(以字节为单位)frameBody = txData(i*msduLength+1:msduLength*(i+1)，:);创建MAC帧配置对象并配置序列号cfgMAC = wlanMACFrameConfig“FrameType”，“数据”，“SequenceNumber”,我);%生成MPDU[psdu, lengthMPDU]= wlanMACFrame(frameBody,cfgMAC，“OutputFormat”，“位”）;%连接psdu波形生成数据=[数据;psdu];% #好< AGROW >结束
生成802.11a基带WLAN信号
合成一个非ht波形使用wlanWaveformGenerator方法创建的非ht格式配置对象wlanNonHTConfig函数。在本例中，配置对象的带宽为20 MHz，一个发射天线，64QAM速率为2/3 (MCS 6)。
nonHTcfg = wlanNonHTConfig;%创建包配置nonHTcfg。MCS = 6;调制:64QAM速率:2/3nonHTcfg。numtransmit天线= 1;%发射天线数chanBW = nonHTcfg.ChannelBandwidth;nonHTcfg。PSDULength = lengthMPDU;设置PSDU长度
用每个包的随机整数初始化扰频器。
ramblerinitialization = randi([1 127]， nummsus,1);
设置过采样因子为1.5以产生30兆赫的波形进行传输。
Osf = 1.5;sampleRate = wlanSampleRate(nonHTcfg);%以Hz为单位的名义采样率生成按空闲时间分隔的基带NonHT报文tx波形= wlanWaveformGenerator(data,nonHTcfg，.．.“NumPackets”numMSDUs,“IdleTime”, 20 e-6,.．.“ScramblerInitialization”scramblerInitialization,.．.“OversamplingFactor”(osf);
配置SDR用于传输
如果使用SDR，设置发射机增益参数(txGain)以降低传输质量和损害所接收的波形。
创建一个sdrTransmitter对象使用sdrtx函数。设置中心频率、采样率、增益等相应的属性sdrTransmitter对象。对于通道5的802.11a信号，在2.4 GHz频段内，对应的中心频率为IEEE Std 802.11-2016的16.3.6.3节定义的2.432 GHz。
的sdrTransmitter对象使用传输重复功能从SDR上的双数据速率(DDR)存储器以循环方式传输基带WLAN波形。
如果频道= =“OverTheAir”txGain =－10；发射机性能%sdrTransmitter = sdrtx(deviceName);sdrTransmitter。BasebandSampleRate = sampleRate*osf;sdrTransmitter。CenterFrequency = 2.432e9;%频道5sdrTransmitter。Gain = txGain;流(\n生成WLAN传输波形:\n'）缩放归一化信号以避免射频级饱和powerScaleFactor = 0.8;tx波形= tx波形.*(1/max(abs(tx波形))*powerScaleFactor);%发射射频波形transmitRepeat (sdrTransmitter txWaveform);结束
的transmitRepeat功能将有空闲时间的基带WLAN报文传输到SDR，并将信号样本存储在硬件内存中。然后，该示例在空中连续传输波形，直到发射对象释放为止。
接收机的设计
下面列出的步骤描述了WLAN接收器的总体结构。
如果使用SDR硬件，则捕获传输的WLAN信号的多个数据包
检测数据包
对粗载波频偏进行了估计和校正
建立了精确定时同步。L-STF、L-LTF和L-SIG样本提供了精确的定时，以允许在L-STF的开始或结束时调整包检测
对微小的载波频偏进行了估计和校正
使用L-LTF对接收的信号进行信道估计
检测数据包的格式
解码L-SIG字段，恢复MCS值和数据部分的长度
解码数据字段，获取每个包内传输的数据
解码接收到的PSDU并检查帧检查序列(FCS)是否通过了PSDU
顺序解码的msdu基于
SequenceNumber属性在恢复的MAC帧配置对象中从所有传输的包中合并解码的msdu以形成接收到的图像
这个例子绘制了接收波形的功率谱密度(PSD)，并显示了均衡数据符号和接收图像的可视化。
接收方设置
如果使用SDR，则创建一个sdrReceiver对象使用sdrrx函数。的相应属性设置中心频率、采样率和输出数据类型sdrReceiver对象。
否则，应用高斯噪声txWaveform使用情况下函数或传递txWaveform直接进入接收器处理。
如果频道= =“OverTheAir”sdrReceiver = sdrrx(deviceName);sdrReceiver。BasebandSampleRate = sdrtransmit .BasebandSampleRate;sdrReceiver。CenterFrequency = sdrTransmitter.CenterFrequency;sdrReceiver。OutputDataType =“双”；的长度的两倍配置捕获长度%的传输信号，这是为了确保psdu按顺序接收。%在接收时，重复的MAC片段被删除。sdrReceiver。SamplesPerFrame = 2*length(tx波形);流(\n开始新的射频捕获。\n'rx波形= capture(sdrReceiver,sdrReceiver.)SamplesPerFrame,“样本”）;elseif频道= =“GaussianNoise”信噪比= 20;% dBrx波形= awgn(tx波形，信噪比，“测量”）;其他的%无减损rx波形= tx波形;结束
显示接收波形的功率谱密度。
spectrumScope。= SampleRate *osf;spectrumScope (rxWaveform);
接收处理
设计一个速率转换滤波器，用于将波形重采样到标称基带速率，用于接收机处理designMultirateFIR函数。
stop = 40;%阻带衰减ofdmInfo = wlanonhtofdminfo (“NonHT-Data”, nonHTcfg);OFDM参数SCS = sampleRate/ofdmInfo.FFTLength;子载波间距%txbw = max(abs(ofdmInfo.ActiveFrequencyIndices))*2*SCS;已用带宽百分比[L,M] =大鼠(1/osf);maxLM = max([L M]);R = (sampleRate-txbw)/sampleRate;TW = 2*R/maxLM;%过渡宽度b = designMultirateFIR(L,M,TW, stop);
将过采样波形重新采样到20兆赫，以便使用dsp。FIRRateConverter上面设计的系统对象和滤波器。
firrc = dsp.FIRRateConverter(L,M,b);rx波形= firrc(rx波形);
如果使用SDR，则SDR以循环的方式连续传输802.11波形。接收到的第一个数据包sdrReceiver可能不是第一个传输的数据包。这意味着数据包可能会被打乱顺序解码。为了使接收到的数据包能够按照正确的顺序重新组合，必须确定它们的序列号。的wlanMPDUDecode函数从每个包的解码的PSDU位解码MPDU，并输出MSDU和恢复的MAC帧配置对象wlanMACFrameConfig．的SequenceNumber属性可用于按传输顺序对msdu进行排序。
要显示每个包的解码后的L-SIG内容、EVM测量值和序列号，请检查displayFlag盒子。
displayFlag =
假；
设置接收方处理所需的变量。
rxWaveformLen = size(rx波形，1);searchOffset = 0;从样本中波形开始的%偏移量
在PSDU中获取所需的字段索引。
ind = wlanFieldIndices(nonHTcfg);Ns = ind.LSIG(2)-ind.LSIG(1)+1;OFDM符号中样本的百分比最小包长度是10个OFDM符号lstfLen = double(ind.LSTF(2));L-STF中样本数量的%minPktLen = lstfLen*5;pktInd = 1;fineTimingOffset = [];packetSeq = [];rxBit = [];%执行EVM计算evmCalculator = com . evm (“AveragingDimensions”，[1 2 3]);evmCalculator。MaximumEVMOutputPort = true;
使用一个而循环来处理收到的无序数据包。
而(searchOffset + minPktLen) < = rxWaveformLen数据包检测pktOffset = wlanPacketDetect(rx波形，chanBW,searchOffset,0.5);%调整数据包偏移量pktOffset = searchOffset+pktOffset;如果isempty(pktOffset) || (pktOffset+double(ind.LSIG(2))>rxWaveformLen)如果pktInd = = 1 disp ('**未检测到数据包**'）;结束打破；结束提取非ht字段并执行粗频率偏移校正%以允许可靠的符号计时nonHT = rx波形(pktOffset+(ind.LSTF(1):ind.LSIG(2))，:);coarseFreqOffset = wlanCoarseCFOEstimate(nonHT,chanBW);nonHT = frequencyOffset(nonHT,sampleRate，-粗频率偏移);%符号定时同步fineTimingOffset = wlanSymbolTimingEstimate(nonHT,chanBW);%调整数据包偏移量pktOffset = pktOffset+fineTimingOffset;%定时同步完成:检测到并同步数据包%在同步和之后提取非ht前导字段%执行频率校正如果(pktOffset+minPktLen)>rxWaveformLen) searchOffset = pktOffset+1.5*lstfLen;继续；结束流('\nPacket-在索引%d\n处检测到%d '、pktInd pktOffset + 1);提取前7个OFDM符号值的数据进行格式检测和% L-SIG解码nonHT = rx波形(pktOffset+(1:7*Ns)，:);nonHT = frequencyOffset(nonHT,sampleRate，-粗频率偏移);执行精确的频率偏移校正同步和%粗修正的序言字段lltf = nonHT(ind.LLTF(1):ind.LLTF(2)，:);%提取L-LTFfineFreqOffset = wlanFineCFOEstimate(lltf,chanBW);nonHT = frequencyOffset(nonHT,sampleRate，-fineFreqOffset);cfoCorrection = coarseFreqOffset+fineFreqOffset;CFO总人数使用L-LTF进行信道估计lltf = nonHT(ind.LLTF(1):ind.LLTF(2)，:);demodLLTF = wlanLLTFDemodulate(lltf,chanBW);chanEstLLTF = wlanLLTFChannelEstimate(demodLLTF,chanBW);%噪声估计noiseVarNonHT = helperNoiseEstimate(demodLLTF);立即使用3个OFDM符号进行数据包格式检测%跟随L-LTFwlanFormatDetect(nonHT(ind.LLTF(2)+(1:3*Ns)，:)，.．.chanEstLLTF、noiseVarNonHT chanBW);disp ([' '格式“检测到格式”]);如果~ strcmp(格式,“Non-HT”)流('检测到非ht格式\n'）;searchOffset = pktOffset+1.5*lstfLen;继续；结束恢复L-SIG字段位[recLSIGBits,failCheck] = wlanLSIGRecover(.．.nonHT (ind.LSIG (1): ind.LSIG (2):),.．.chanEstLLTF、noiseVarNonHT chanBW);如果failCheck流(' L-SIG检查失败'）;searchOffset = pktOffset+1.5*lstfLen;继续；其他的流(' L-SIG check pass \n'）;结束根据解码的L-SIG检索报文参数[lsigMCS,lsigLen,rxSamples] = helperInterpretLSIG(recLSIGBits,sampleRate);如果(rxSamples + pktOffset) > (rxWaveform) disp(长度'没有足够的样本解码包**'）;打破；结束对整个数据包应用CFO校正rx波形(pktOffset+(1:rxSamples)，:) = frequencyOffset(.．.rxWaveform (pktOffset + (1: rxSamples):), sampleRate, -cfoCorrection);创建一个接收非ht配置对象rxNonHTcfg = wlanNonHTConfig;rxNonHTcfg。MCS = lsigMCS;rxNonHTcfg。PSDULength = lsigLen;获取PPDU内的数据字段索引(rxNonHTcfg，“NonHT-Data”）;使用传输数据包参数和通道恢复PSDU位%估计从L-LTF[rxPSDU,eqSym] = wlanNonHTDataRecover(rx波形(pktOffset+ ..．.(indNonHTData (1): indNonHTData (2)),:),.．.chanEstLLTF、noiseVarNonHT rxNonHTcfg);星座(重塑(eqSym [], 1));%当前星座暂停(0);允许星座重绘释放(星座);释放之前的星座图refSym = wlanClosestReferenceSymbol(eqSym,rxNonHTcfg);[evm.RMS,维生素。= evmCalculator(refSym,eqSym);解码MPDU并提取MSDU[cfgMACRx,msduList{pktInd}，status] = wlanMPDUDecode(rxPSDU,rxNonHTcfg);% #好< * SAGROW >如果比较字符串(状态,“成功”) disp (“MAC FCS检查通过”）;存储测序信息packetSeq(pktInd) = cfgMACRx.SequenceNumber;将MSDU转换为二进制数据流rxBit{pktInd} =重塑(de2bi(hex2dec(cell2mat(msduList{pktInd}))，8)'，[]，1);其他的%解码失败如果比较字符串(状态,“FCSFailed”）% FCS失败disp (' MAC FCS检查失败'）;其他的% FCS通过，但遇到其他解码失败disp (“MAC FCS检查通过”）;结束由于本例中没有建模重传输，因此我们%从MPDU中提取图像数据(MSDU)和序列号，%，即使FCS检查失败。删除头和FCS。提取MSDU。macHeaderBitsLength = 24*bitsPerOctet;fcsBitsLength = 4*bitsPerOctet;msduList{pktInd} = rxPSDU(macHeaderBitsLength+1:end-fcsBitsLength);提取并存储序列号sequenceNumStartIndex = 23*bitsPerOctet+1;sequenceNumEndIndex = 25*bitsPerOctet-4;packetSeq(pktInd) = bi2de(rxPSDU(sequenceNumStartIndex:sequenceNumEndIndex)');MSDU二进制数据流rxBit{pktInd} = double(msduList{pktInd});结束显示已解码的信息如果displayFlag流('估计CFO: %5.1f Hz\n\n', cfoCorrection);% #好< * UNRCH >disp (“已解码的L-SIG内容:”）;流(' MCS: %d\n', lsigMCS);流('长度:%d\n', lsigLen);流('包中样品数量:%d\n\n', rxSamples);流(“维生素:\ n”）;流(' EVM peak: %0.3f%% EVM RMS: %0.3f%%\n\n'，.．.evm.Peak evm.RMS);流(“MAC序列控制字段内容:\n”）;流('序列号:%d\n\n'packetSeq (pktInd));结束%更新搜索索引searchOffset = pktOffset+double(indNonHTData(2));检测到重复包时完成处理。的%恢复的数据包括来自重复帧的位从复制帧中删除数据位如果length(unique(packetSeq)) < length(packetSeq) rxBit = rxBit(1:length(unique(packetSeq)));打破结束pktInd = pktInd+1;结束
在索引7处检测到数据包1
检测到非ht格式
L-SIG检查通行证
MAC FCS检查通过
在索引8647处检测到数据包2
检测到非ht格式
L-SIG检查通行证
MAC FCS检查通过
在索引17287处检测到包3
检测到非ht格式
L-SIG检查通行证
MAC FCS检查通过
在索引25927处检测到数据包4
检测到非ht格式
L-SIG检查通行证
MAC FCS检查通过
在索引34567处检测到数据包5
检测到非ht格式
L-SIG检查通行证
MAC FCS检查通过
在索引43207处检测到包6
检测到非ht格式
L-SIG检查通行证
MAC FCS检查通过
在索引51847处检测到数据包7
检测到非ht格式
L-SIG检查通行证
MAC FCS检查通过
在索引60487处检测到包-8
检测到非ht格式
L-SIG检查通行证
MAC FCS检查通过
在索引69127处检测到包9
检测到非ht格式
L-SIG检查通行证
MAC FCS检查通过
在索引77767处检测到数据包10
检测到非ht格式
L-SIG检查通行证
MAC FCS检查通过
在索引86407处检测到数据包11
检测到非ht格式
L-SIG检查通行证
MAC FCS检查通过
如果使用SDR，则释放sdrTransmitter而且sdrReceiver对象来停止802.11波形的连续传输，并允许对SDR对象属性进行任何修改。
如果频道= =“OverTheAir”释放(sdrTransmitter);释放(sdrReceiver);结束释放(spectrumScope);
重建图像
使用接收到的MAC帧重建图像。
如果~(isempty(fineTimingOffset) || isempty(pktOffset)) rxData = cell2mat(rxBit);startSeq = find(packetSeq==0);rxData = circshift(rxData，[0 -(startSeq(1)-1)]);%订购MAC片段%进行误码率计算bitErrorRate = com . errorrate;err = bitErrorRate(double(rxData(:)))，.．.txDataBits(1:长度(重塑(rxData [], 1))));流(\n误码率(BER):\n'）;流('误码率(BER) = %0.5f\n',犯错(1));流('误码数= %d\n'犯错(2));流('传输比特数= %d\n\n'长度(txDataBits));试一试decdata = bi2de(重塑(rxData(1:length(txImage)*bitsPerOctet)，8，[])');从接收到的数据重新创建映像流(\n从接收到的数据构建图像。\n'）;receivedImage = uint8(重塑(decdata,imsize));% Plot received image如果存在(“imFig”，“var”) && handle(imFig)如果Tx图是打开的图(imFig);次要情节(212);其他的图;次要情节(212);结束imshow (receivedImage);标题(sprintf (收到图片的));抓错误("**接收到的数据不足以重建图像。**"）结束结束
误码率(BER):
误码率(BER) = 0.00000
误码率= 0
传输比特数= 202752
根据接收到的数据构造图像。
进一步的探索
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