專利名稱：適用于802.11a系統(tǒng)的半盲式智能同步方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及OFDM系統(tǒng)的同步算法，是一種基于盲同步和非盲同步算法思想的半盲式智能同步算法。該算法適用于IEEE802.11a系統(tǒng)，屬于無(wú)線通信WLANs技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
IEEE802.11a系統(tǒng)采用的是OFDM多載波調(diào)制技術(shù)，與傳統(tǒng)的單載波系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)對(duì)同步誤差非常敏感，要實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于OFDM的通信系統(tǒng)，必須確保系統(tǒng)的精確同步，因此，同步技術(shù)是802.11a系統(tǒng)中的一個(gè)非常重要的關(guān)鍵技術(shù)。
下一代無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)要求能夠提供高速寬帶的多媒體業(yè)務(wù)，但在高速移動(dòng)的通信系統(tǒng)中，多徑傳播導(dǎo)致符號(hào)間干擾(ISI)是普遍存在的問(wèn)題。正交頻分復(fù)用(OFDM)具有抗多徑干擾能力強(qiáng)、頻譜利用率高等特點(diǎn)，因此非常適合于高速無(wú)線通信系統(tǒng)。近年來(lái)，0FDM技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于通用交換電話網(wǎng)(GSTN)、蜂窩無(wú)線電話(Cellular radio)、數(shù)字地面廣播電視(DVB-T)、地面綜合服務(wù)數(shù)字傳輸(ISDB-T)、不對(duì)稱數(shù)字用戶線系統(tǒng)(ADSL)、高性能無(wú)線局域網(wǎng)(HYPERLAN/2)、IEEE802.11a等標(biāo)準(zhǔn)中。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外有很多學(xué)者致力于研究OFDM系統(tǒng)的同步算法，也有很多論文具體介紹同步算法。對(duì)于OFDM的同步，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從各個(gè)側(cè)重點(diǎn)提出了很多算法，大致上可以分為兩大類非盲同步算法和盲同步算法。非盲同步算法即為先驗(yàn)知識(shí)符號(hào)的同步方法，大致分為有訓(xùn)練序列、導(dǎo)頻信息和循環(huán)前綴幾種形式。
非盲同步算法即為基于先驗(yàn)知識(shí)序列進(jìn)行的同步，傳輸準(zhǔn)確率高，但是缺點(diǎn)很明顯，估計(jì)所需符號(hào)較長(zhǎng)、估計(jì)精度和頻偏估計(jì)范圍較小。若要使系統(tǒng)的符號(hào)同步精確可靠，就必須增加非盲同步的長(zhǎng)度或者對(duì)大量的連續(xù)OFDM符號(hào)做相關(guān)。所以這種算法的副作用是有效信噪比會(huì)降低，同時(shí)系統(tǒng)不能適用于突發(fā)、信息間隔短的通信情況。因此，此方法不適用于基于分組的突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
盲同步算法不需要浪費(fèi)任何帶寬，但對(duì)系統(tǒng)的時(shí)間同步性能要求較高，同步估計(jì)準(zhǔn)確度有限。所以，盲同步算法比非盲同步算法的性能要差。
傳統(tǒng)的802.11a的同步是利用先驗(yàn)知識(shí)的符號(hào)來(lái)進(jìn)行的，但是不管是使用循環(huán)前綴、導(dǎo)頻信息還是訓(xùn)練序列，都勢(shì)必會(huì)造成一定的帶寬浪費(fèi)。而且如果系統(tǒng)要求的同步性能很高的話，這些先驗(yàn)的知識(shí)符號(hào)也會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的增加，必將會(huì)造成更多的浪費(fèi)情況，所以這種方法是以犧牲有效信噪比來(lái)達(dá)到同步目的的。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述方法中存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明考慮能同時(shí)減少帶寬浪費(fèi)和提高同步性能的需要，將盲同步算法和非盲同步算法結(jié)合起來(lái)，提出一種適用于802.11a系統(tǒng)的半盲式智能同步方法及裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是適用于802.11a系統(tǒng)的半盲式智能同步方法，在發(fā)送端OFDM成幀時(shí)，加入導(dǎo)頻信息和訓(xùn)練序列，補(bǔ)零后經(jīng)過(guò)IFFT運(yùn)算后加入循環(huán)前綴，接收端對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，其特征是還包括下列步驟(1)在接收端解調(diào)時(shí)加入相關(guān)檢測(cè)算法，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，對(duì)其相位和符號(hào)進(jìn)行同步估計(jì)預(yù)測(cè)，并輸出用來(lái)表示相位和符號(hào)的偏移值；(2)在發(fā)送端進(jìn)行延時(shí)和相位的補(bǔ)償。
接收端相關(guān)檢測(cè)時(shí)間估計(jì)公式為-12πarg(Σm=0LN-1|xm+1|2exp(-j2πm/N)),]]>其中，L為每幀符號(hào)數(shù)，N為每個(gè)符號(hào)的采樣值；接收端相關(guān)檢測(cè)相位估計(jì)公式為1Marg{Σk=1L(x(k))M}.]]>適用于802.11a系統(tǒng)的半盲式智能同步方法的裝置，包括發(fā)送端和接收端，發(fā)送端包括導(dǎo)頻信息模塊、訓(xùn)練序列模塊、循環(huán)前綴模塊；接收端包括盲同步估計(jì)模塊。其特征是在接收端設(shè)置頻率相位檢測(cè)模塊，用于預(yù)測(cè)系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)的頻率和相位偏移值；在發(fā)送端加入補(bǔ)償模塊，對(duì)接收端測(cè)量出的頻率和相位的偏差進(jìn)行補(bǔ)償，如圖1所示的相位/頻率補(bǔ)償模塊。
所述的導(dǎo)頻信息模塊遵循最大似然(ML)估計(jì)原理，采用導(dǎo)頻和保護(hù)間隔聯(lián)合進(jìn)行同步。
所述的訓(xùn)練序列模塊，基于訓(xùn)練序列的同步算法是在時(shí)域上將已知信息加入待發(fā)的OFDM符號(hào)，通常置于OFDM符號(hào)前或者由多個(gè)OFDM符號(hào)構(gòu)成的幀的前部。
所述的循環(huán)前綴模塊，循環(huán)前綴中的數(shù)據(jù)是一個(gè)OFDM符號(hào)后端數(shù)據(jù)的復(fù)制，是為了消除多徑所造成的符號(hào)間干擾(ISI)，在保護(hù)間隔內(nèi)填入的信號(hào)為循環(huán)前綴(CP)。
本發(fā)明的效果是適用于802.11a系統(tǒng)的半盲式智能同步方法，將非盲同步和盲同步的各自優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，能在不浪費(fèi)過(guò)多帶寬資源的前提下，更好地實(shí)現(xiàn)OFDM的同步，系統(tǒng)的同步預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度提高，帶寬浪費(fèi)減少。
IEEE802.11a系統(tǒng)仿真的符號(hào)長(zhǎng)度為64；調(diào)制方式為自適應(yīng)調(diào)制，可以根據(jù)系統(tǒng)需要進(jìn)行選擇，有1/2BPSK、3/4BPSK、1/2QPSK、3/4QPSK、1/216-QAM、3/416-QAM、2/364-QAM、3/464-QAM八種調(diào)制方式可以選擇；模擬的信道環(huán)境為多徑和AWGN信道，同時(shí)假設(shè)最大多普勒頻移為200Hz；接收端采用了均衡技術(shù)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行均衡，解調(diào)方式也是和發(fā)送端相對(duì)應(yīng)的，都由一個(gè)mode指示信號(hào)來(lái)控制；通過(guò)對(duì)最初輸入的信號(hào)和最后輸出的信號(hào)進(jìn)行比較，可以得出系統(tǒng)的傳輸包錯(cuò)誤概率、信噪比還有比特速率等參數(shù)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)、綜合考慮盲同步算法和非盲同步算法，將二者的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)。將非盲同步算法的先驗(yàn)知識(shí)符號(hào)長(zhǎng)度減小，即可以減少帶寬的浪費(fèi)；(2)、在接收端加入相關(guān)檢測(cè)的盲同步算法來(lái)進(jìn)行同步，并在發(fā)送端進(jìn)行補(bǔ)償。提高了同步的預(yù)測(cè)能力，并有效彌補(bǔ)了先驗(yàn)知識(shí)符號(hào)減少帶來(lái)的損失，減小了信噪比。本發(fā)明無(wú)論在帶寬浪費(fèi)還是信噪比等性能的表現(xiàn)上都具有一定的優(yōu)勢(shì)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明半盲式智能同步算法的系統(tǒng)框圖；圖2是本發(fā)明IEEE802.11a系統(tǒng)模型；圖3是本發(fā)明接收端盲同步相關(guān)檢測(cè)算法框圖。
具體實(shí)施例方式
適用于802.11a系統(tǒng)的半盲式智能同步方法，在發(fā)送端OFDM成幀時(shí)，加入導(dǎo)頻信息和訓(xùn)練序列，補(bǔ)零后經(jīng)過(guò)IFFT運(yùn)算后加入循環(huán)前綴，接收端對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，其特征是還包括下列步驟(1)在接收端解調(diào)時(shí)加入相關(guān)檢測(cè)算法，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，對(duì)其相位和符號(hào)進(jìn)行同步估計(jì)預(yù)測(cè)，并輸出用來(lái)表示相位和符號(hào)的偏移值；(2)在發(fā)送端進(jìn)行延時(shí)和相位的補(bǔ)償。接收端相關(guān)檢測(cè)時(shí)間估計(jì)公式為-12πarg(Σm=0LN-1|xm+1|2exp(-j2πm/N)),]]>其中，L為每幀符號(hào)數(shù)，N為每個(gè)符號(hào)的采樣值；接收端相關(guān)檢測(cè)相位估計(jì)公式為1Marg{Σk=1L(x(k))M}.]]>圖1中，本發(fā)明半盲式智能同步算法的系統(tǒng)框圖，在發(fā)送端，在OFDM信號(hào)模塊與導(dǎo)頻信息模塊和訓(xùn)練序列模塊相連，加入導(dǎo)頻信息和訓(xùn)練序列的OFDM信號(hào)經(jīng)過(guò)IFFT調(diào)解后，加入循環(huán)前綴，經(jīng)過(guò)相位/頻率補(bǔ)償后發(fā)送。在接收端，接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)去循環(huán)前綴模塊進(jìn)行去循環(huán)前綴處理，然后經(jīng)過(guò)FFT解調(diào)，解調(diào)后分別經(jīng)去訓(xùn)練序列模塊、均衡器、去導(dǎo)頻信息模塊、解調(diào)和檢測(cè)同步干擾模塊進(jìn)行處理。
圖2中，適用于802.11a系統(tǒng)的半盲式智能同步方法的裝置，包括發(fā)送端和接收端，發(fā)送端包括導(dǎo)頻信息模塊、訓(xùn)練序列模塊、循環(huán)前綴模塊，在接收端設(shè)置頻率相位檢測(cè)模塊(參見圖3)，用于預(yù)測(cè)系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)的頻率和相位偏移值；在發(fā)送端加入補(bǔ)償模塊，對(duì)接收端測(cè)量出的頻率和相位的偏差進(jìn)行補(bǔ)償。導(dǎo)頻信息模塊遵循最大似然(ML)估計(jì)原理，采用導(dǎo)頻和保護(hù)間隔聯(lián)合進(jìn)行同步，訓(xùn)練序列模塊，基于訓(xùn)練序列的同步算法是在時(shí)域上將已知信息加入待發(fā)的OFDM符號(hào)，通常置于OFDM符號(hào)前或者由多個(gè)OFDM符號(hào)構(gòu)成的幀的前部，循環(huán)前綴模塊，循環(huán)前綴中的數(shù)據(jù)是一個(gè)OFDM符號(hào)后端數(shù)據(jù)的復(fù)制，是為了消除多徑所造成的符號(hào)間干擾(ISI)，在保護(hù)間隔內(nèi)填入的信號(hào)為循環(huán)前綴(CP)。
圖3中，接收端盲同步相關(guān)檢測(cè)算法，信號(hào)方波時(shí)鐘恢復(fù)模塊經(jīng)過(guò)分離器后，輸入到延時(shí)估計(jì)模塊進(jìn)行延時(shí)估計(jì)運(yùn)算，方波頻率恢復(fù)模塊經(jīng)過(guò)M-PSK相位恢復(fù)模塊后，輸入到相位估計(jì)模塊進(jìn)行相位估計(jì)運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果發(fā)送到發(fā)送端進(jìn)行延時(shí)和相位補(bǔ)償。
本發(fā)明作為一種半盲式的智能同步算法，同時(shí)結(jié)合IEEE802.11a系統(tǒng)，能夠?qū)μ岢龅陌朊な酵椒椒ㄟM(jìn)行測(cè)試。
首先，根據(jù)協(xié)議搭建出IEEE802.11a系統(tǒng)，最開始的系統(tǒng)并沒(méi)有加入任何同步算法，所得參數(shù)如表1第1行所示。
然后，我們?cè)谳斎攵薕FDM成幀的時(shí)候加入了導(dǎo)頻信息和訓(xùn)練序列，并且加入了循環(huán)前綴，再次在該平臺(tái)上進(jìn)行仿真，得出的參數(shù)值參見表1第2行。可見加入了這些先驗(yàn)知識(shí)的序列后，系統(tǒng)的同步性能得到了一定的提高。
最后，在此平臺(tái)上對(duì)提出的發(fā)明進(jìn)行仿真，該發(fā)明將盲同步和非盲同步算法結(jié)合起來(lái)。對(duì)那些非盲同步序列進(jìn)行參數(shù)修改，減小同步符號(hào)的長(zhǎng)度，并使循環(huán)前綴的長(zhǎng)度變短，這樣就可以減小系統(tǒng)的帶寬浪費(fèi)。為了補(bǔ)償非盲同步減小帶來(lái)的損失，在接收端加入相關(guān)檢測(cè)其同步并在發(fā)送端進(jìn)行補(bǔ)償，通過(guò)仿真得出參數(shù)值見表1。這些參數(shù)都表明了該發(fā)明所提出的半盲式智能同步方法較之之前的兩種具有一定的優(yōu)勢(shì)。
表1各種同步算法仿真參數(shù)比較

權(quán)利要求
1.適用于802.11a系統(tǒng)的半盲式智能同步方法，在發(fā)送端OFDM成幀時(shí)，加入導(dǎo)頻信息和訓(xùn)練序列，補(bǔ)零后經(jīng)過(guò)IFFT運(yùn)算后加入循環(huán)前綴，接收端對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，其特征是還包括下列步驟(1)在接收端解調(diào)時(shí)加入相關(guān)檢測(cè)算法，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，對(duì)其相位和符號(hào)進(jìn)行同步估計(jì)預(yù)測(cè)，并輸出用來(lái)表示相位和符號(hào)的偏移值；(2)在發(fā)送端進(jìn)行延時(shí)和相位的補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于802.11a系統(tǒng)的半盲式智能同步方法，其特征是接收端相關(guān)檢測(cè)時(shí)間估計(jì)公式為-12πarg(Σm=0LN-1|xm+1|2exp(-j2πm/N)),]]>其中，L為每幀符號(hào)數(shù)，N為每個(gè)符號(hào)的采樣值；接收端相關(guān)檢測(cè)相位估計(jì)公式為1Marg{Σk=1L((k))M}.]]>
3.一種適用于上述各權(quán)利要求所述的802.11a系統(tǒng)的半盲式智能同步方法的裝置，包括發(fā)送端和接收端發(fā)送端包括導(dǎo)頻信息模塊、訓(xùn)練序列模塊、循環(huán)前綴模塊，；接收端包括盲同步估計(jì)模塊。其特征是在接收端設(shè)置頻率相位檢測(cè)模塊，用于估計(jì)系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)的頻率和相位偏移值；在發(fā)送端加入補(bǔ)償模塊，對(duì)接收端估計(jì)出的頻率和相位的偏差進(jìn)行補(bǔ)償。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的802.11a系統(tǒng)的半盲式智能同步方法的裝置，其特征是所述的導(dǎo)頻信息模塊遵循最大似然(ML)估計(jì)原理，采用導(dǎo)頻和保護(hù)間隔聯(lián)合進(jìn)行同步。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的802.11a系統(tǒng)的半盲式智能同步方法的裝置，其特征是所述的訓(xùn)練序列模塊，基于訓(xùn)練序列的同步算法是在時(shí)域上將已知信息加入待發(fā)的OFDM符號(hào)，通常置于OFDM符號(hào)前或者由多個(gè)OFDM符號(hào)構(gòu)成的幀的前部。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的802.11a系統(tǒng)的半盲式智能同步方法的裝置，其特征是所述的循環(huán)前綴模塊，循環(huán)前綴中的數(shù)據(jù)是一個(gè)OFDM符號(hào)后端數(shù)據(jù)的復(fù)制，是為了消除多徑所造成的符號(hào)間干擾(ISI)，在保護(hù)間隔內(nèi)填入的信號(hào)為循環(huán)前綴(CP)。
全文摘要
一種能夠降低傳輸包錯(cuò)誤概率、提高有效信噪比與信息傳輸速率以及減少帶寬浪費(fèi)，適用于IEEE802.11a系統(tǒng)的半盲式智能同步方法及裝置。裝置包括發(fā)送端和接收端兩部分發(fā)送端包括導(dǎo)頻信息模塊、訓(xùn)練序列模塊、循環(huán)前綴模塊；接收端包括盲同步估計(jì)模塊。該裝置的特征是在接收端設(shè)置頻率相位檢測(cè)模塊，用于估計(jì)系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)的頻率和相位偏移值；在發(fā)送端加入補(bǔ)償模塊，對(duì)接收端估計(jì)出的頻率和相位的偏差進(jìn)行補(bǔ)償。
文檔編號(hào)H04L12/28GK101039306SQ200710098868
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月28日
發(fā)明者李旭, 劉桓, 姚道倉(cāng), 宋甲英 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)