專利名稱：一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中幀同步的實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線局域網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種提高IEEE 802.11a物理層接收端幀同步效率的一種無線局域網(wǎng)幀同步實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(OFDM)是一種多載波傳輸方案，通常用于移動環(huán)境和無 線局域網(wǎng)(WLAN),與傳統(tǒng)的單載波系統(tǒng)和CDMA系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)具 有以下的優(yōu)勢a)可以有效地對抗多徑傳播所造成的符號間干擾；b)多載波 系統(tǒng)可以有效對抗窄帶干擾，因為這種干擾僅僅影響系統(tǒng)的一小部分子載波。 與傳統(tǒng)的單載波系統(tǒng)和CDMA系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)的主要缺點在于a) 對于載波頻率偏移和定時誤差的敏感程度比單載波系統(tǒng)要高；b)多載波系統(tǒng)中 的信號存在較高的峰值平均功率比(PAR)使得它對放大器的要求很高。由于OFDM系統(tǒng)對頻率偏移和定時誤差比較敏感，而時頻域同步的準(zhǔn)確性又 對OFDM系統(tǒng)的性能有著重要的影響，因此，如何實現(xiàn)系統(tǒng)的幀同步是OFDM的 一個關(guān)鍵部分，現(xiàn)參考IEEE 802.11a物理層幀結(jié)構(gòu)，分析現(xiàn)有OFDM在WLAN中 幀同步的算法以及其存在的不足圖l是基于802.11a的OFDM收發(fā)機(jī)的簡化結(jié)構(gòu)。發(fā)射部分完成原始的高速二 進(jìn)制碼流到射頻信號的全部變換過程，二進(jìn)制輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過信道編碼交織、映 射到星座圖轉(zhuǎn)換為復(fù)星座符號，然后把復(fù)星座符號映射到子載波上，接著插入 導(dǎo)頻，得到調(diào)制了數(shù)據(jù)的子載波，然后通過IFFT，得到OFDM的時域符號，為 了使系統(tǒng)能夠?qū)苟鄰剿ヂ?，在符號之間插入保護(hù)間隔，將這組時域信號經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換，再調(diào)制到射頻上去，經(jīng)過放大發(fā)送出去，從而完成整個發(fā)送過程。接收 過程是發(fā)射過程的逆變換，多了同步和信道估計的處理過程。IEEE 802.11a協(xié)議中規(guī)定的物理層幀前導(dǎo)結(jié)構(gòu)如圖2所示，OFDM前導(dǎo)序列 (Preamble Training symbol)包括IO個重復(fù)的短訓(xùn)練序歹廿(short training symbol)和2個重復(fù)的長訓(xùn)練序列(Long training symbol),前導(dǎo)訓(xùn)練序列主要 用來做系統(tǒng)的同步、信道估計、頻偏估計、自適應(yīng)控制等。由于長訓(xùn)練符號和 短訓(xùn)練符號是已知的，通常的OFDM幀同步算法是通過信號的相關(guān)運算來實現(xiàn) 的。計算接收信號的延時自相關(guān)值時會出現(xiàn)一個相關(guān)值平臺，其自相關(guān)計算方法如下= S^(A +咖* (A: + w +丄)式中，r(n)是接收端收到的信號，A(ii)是相關(guān)計算的輸出，L是短訓(xùn)練符號 的長度。用上述算法可使用本地序列與接收序列的互相關(guān)來完成精確的定時同步，若 使用接收信號與短訓(xùn)練序號的本地序列進(jìn)行互相關(guān)運算，那么峰值就會出現(xiàn)在 短訓(xùn)練符號的末尾，互相關(guān)公式為式中，s(k)是本地存儲的短序列，r(k+ii)是接收端收到的信號，C(n)是互相關(guān)計算的輸出，L是短訓(xùn)練符號的長度。利用相關(guān)性可以很好地實現(xiàn)幀同步，但往往耗費了大量的資源，16個復(fù)數(shù)做 相關(guān)運算將耗費64個乘法器和62個加法器。因此，需要一種既能保證同步的準(zhǔn) 確性同時又能占用較少資源的幀同步方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的就是為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種占用較少資源且準(zhǔn)確實 現(xiàn)幀同步的用于正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中的幀同步方法。為解決上述技術(shù)問題本發(fā)明的技術(shù)方案為一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中幀同步的實現(xiàn)方法，其利用前導(dǎo)訓(xùn)練序列在接收 端對幀的開始位置進(jìn)行檢測從而確保數(shù)據(jù)的正確接收，該方法包括如下步驟-(a) 、對每個時鐘接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存；(b) 、判斷是否接收到一個短訓(xùn)練符號長度的信號；(c) 、若接收到一個短訓(xùn)練符號長度的信號，將該長度的信號與設(shè)定的本 地參考序列進(jìn)行相關(guān)，接著對接收的信號依次向后滑動一個數(shù)據(jù)后仍為一個短 訓(xùn)練符號長度的信號再依次與設(shè)定的本地參考序列進(jìn)行相關(guān)，從而找出相關(guān)性 最大的一組短訓(xùn)練符號長度的信號，且該組信號的起始位置即為短訓(xùn)練符號的 起始位置，其中，所述的本地參考序列以表格的形式存儲；否則，繼續(xù)執(zhí)行步 驟(b);(d) 、在接收到一個長度的短訓(xùn)練符號的信號后，開始計算延時相關(guān)值，并根據(jù)步驟(C)中給出的短訓(xùn)練符號的起始位置，計算出兩個完整的短訓(xùn)練符 號的延時相關(guān)值，并以該延時相關(guān)值給出一閾值；(e)、繼而再每隔一個短訓(xùn)練符號長度的時鐘周期讀取一次延時相關(guān)值， 并將每次讀出的延時相關(guān)值與步驟(d)設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若小于上述閾值， 則求出長訓(xùn)練符號的起始位置。更進(jìn)一步地，所述的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)基于IEEE 802.11a WLAN，所述的 每個短訓(xùn)練符號包括16個信號。接收到的數(shù)據(jù)為經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行相關(guān)運算時取其高6位進(jìn)行運算。步驟(e)中在接收到第16個數(shù)后每個時時鐘都進(jìn)行計算，預(yù)設(shè)一個長度為 17的緩沖區(qū)，將接收到的16個數(shù)先存入移位緩沖器中，第17個時鐘到時，收到 的第17個數(shù)和第1個數(shù)做相關(guān)運算，存入累加器；第l個數(shù)據(jù)移出緩沖區(qū)，緩沖 區(qū)中原來的第2個數(shù)成為第1個數(shù)，第18個時鐘到時，收到的第18個數(shù)移入緩沖 區(qū)的第17個位置，和緩沖區(qū)中的第l個位置上的數(shù)做相關(guān)運算，相關(guān)運算結(jié)果和 前次的累加存入累加器；依次類推，共做16次相關(guān)運算，得到延時相關(guān)值。上 述利用時間換資源的方法可有效地節(jié)省資源，按照上述方法就只用一個乘法器 和一個累計器就能完成延時相關(guān)的計算。由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明的優(yōu)點為本發(fā)明一方面是利用接收 信號與參考序列的相關(guān)性準(zhǔn)確給出一個短訓(xùn)練符號的起始位置；另一方面根據(jù)給出的短訓(xùn)練符號的起始位置，利用延時相關(guān)給出長訓(xùn)練符號的起始位置，利 用該方法在保證幀同步準(zhǔn)確度的基礎(chǔ)之上可大大減少系統(tǒng)資源。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下對附圖進(jìn)行說明附圖l為正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的收發(fā)機(jī)原理框圖；附圖2為OFDM的訓(xùn)練結(jié)構(gòu)圖；附圖3是幀同步在系統(tǒng)中的位置，以及與前后模塊的接口示意圖； 附圖4是本發(fā)明幀同步方法運算流程框圖；附圖5是根據(jù)本發(fā)明的方法仿真得到的長訓(xùn)練符號起始位置對比曲線圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明-本發(fā)明以IEEE 802.11a WLAN中幀同步實現(xiàn)為本發(fā)明的最佳實施例。在 IEEE 802.11a WLAN的OFDM幀結(jié)構(gòu)中，如圖2所示，tl tl0為IO個重復(fù)的短訓(xùn)練符號，該符號由16個數(shù)據(jù)(信號)組成，每個數(shù)據(jù)分別由實部和虛部組成， 協(xié)議中給出了該短訓(xùn)練符號的時域參考值，如下表所示#弁ReIm00.0460.0461_0.1320麓20.013—0.07930.143一0.01340.0920扁0.143一0.0136—0.013—0.0797—0.1320皿80.0460.0469_0麓—0.13210_ 0.079—0.01311—0.0130.143120扁0.09213—0.0130.14314—0.079_0.013150.0020.132由上表可看出，短訓(xùn)練符號的數(shù)據(jù)只有七個數(shù)且每個數(shù)都有明顯的等級，而本地參考序列就是一個完整的短訓(xùn)練符號，由于短訓(xùn)練符號只包含7個非零 數(shù)，因此只需要建立7個表復(fù)用就可以完成互相關(guān)的運算。且對接收的數(shù)據(jù)選 擇有效的6位數(shù)據(jù)足以分辨出它們的等級，本發(fā)明選取IO位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 輸出結(jié)果的高6位，包括符號位6位，這樣可大大降低硬件的復(fù)雜度，且?guī)缀?沒有精度的損失。圖3為本發(fā)明幀同步方法在整個系統(tǒng)中的接口示意圖，在OFDM系統(tǒng)中，t1 tlO短訓(xùn)練符號用于實現(xiàn)能量檢測和自動增益控制(AGC)、幀同步以及信道估 計和粗頻偏估計，能量檢測和AGC以及信道估計和粗頻偏估計本領(lǐng)域技術(shù)人員 可采用慣用方法實現(xiàn)，其不是本發(fā)明要點，在此不再贅述。下面將結(jié)合圖4具體說明IEEE 802.lla WLAN中幀同步的實現(xiàn)方法，包括 第一步，接收并緩存數(shù)據(jù)，然后計算接收到的信號與本地參考序列的相關(guān)值，得出短訓(xùn)練符號的起始位置；第二步，在緩存到一個短訓(xùn)練符號長度的信號后 開始計算延時相關(guān)值，在本實施例中， 一個短訓(xùn)練符號的長度為16個，并根據(jù) 第一步給出的短訓(xùn)練符號的起始位置計算出兩個短訓(xùn)練符號的相關(guān)值；第三步， 根據(jù)第二步的結(jié)果，給出閾值和粗頻偏估計結(jié)果第四步，每隔16個時鐘讀出 一次延時相關(guān)的結(jié)果，然后與閾值比較，如果所得結(jié)果小于閾值則給出長訓(xùn)練 符號的起始位置，反之，繼續(xù)做延時相關(guān)計算。具體實施如下在第一步中，當(dāng)緩存了16個數(shù)據(jù)后，開始計算接收到的16個信號與本地參 考序列的相關(guān)值，本實施例中所有的數(shù)據(jù)都采用6bits的有符號數(shù)。在計算相關(guān) 值時，因為參考序列是已知的，且其只包含7個非零數(shù)，因此可以通過査表做乘 法運算，建立7個乘法表復(fù)用以完成互相關(guān)的運算。同時為了減小門延時，加入 了兩級流水。且為了達(dá)到更好的效果，表中的數(shù)值可調(diào)整。第二步中，計算延時相關(guān)值，為了節(jié)省資源，在接收到第16個數(shù)后每個時 時鐘都進(jìn)行計算，設(shè)立一個長度為17的緩沖區(qū)，接收到的16個數(shù)先存入移位 緩沖器中，第17個時鐘到時，收到的第17個數(shù)和第1個數(shù)做相關(guān)運算，存入 累加器；第l個數(shù)據(jù)移出緩沖區(qū)，緩沖區(qū)中原來的第2個數(shù)成為第1個數(shù)，第 18個時鐘到時，收到的第18個數(shù)移入緩沖區(qū)的第17個位置，和緩沖區(qū)中的第 l個位置的數(shù)做相關(guān)運算，相關(guān)運算結(jié)果和前次的累加存入累加器；依次類推， 共做16次相關(guān)運算，保證所得到的結(jié)果是十六個數(shù)據(jù)(一個短序列的長度)的 延時相關(guān)值。這樣就只用一個乘法器和一個累計器完成了延時相關(guān)的計算。移位緩沖區(qū)如下所示:D17D16D15D14D13D12D1D10D9D8D7D6D5D4D3D2Dl第三步中，根據(jù)第一步給出的一個短訓(xùn)練符號的起始位置，決定何時讀出 延時相關(guān)值，這樣第一次讀出的延時相關(guān)值就是兩個完整短訓(xùn)練符號的相關(guān)值， 可以根據(jù)所得的結(jié)果給出粗頻偏估計和設(shè)定閾值。由于幀同步是在完成能量檢 測后通過一使能信號觸發(fā)幀同步模塊工作的，因此，確保了該方法最先接收到的16個數(shù)據(jù)為一個完整的短訓(xùn)練符號。第四步中，從第一次讀出數(shù)據(jù)后每隔16個時鐘讀出一次延時相關(guān)值，然后 與閾值比較，當(dāng)小于閾值時，說明已經(jīng)接收到長訓(xùn)練符號的Gl的16個數(shù)據(jù)， 然后利用延時給出長訓(xùn)練符號的起始位置。圖5給出了本發(fā)明得到的長訓(xùn)練符號的位置與真實位置的比較結(jié)果，分別在不同信噪比的情況下給出了比較結(jié)果。其中*表示實際位置，O表示本發(fā)明得到 的結(jié)果。從對比情況看，本發(fā)明較為準(zhǔn)確地完成了幀同步。
權(quán)利要求
1、一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中幀同步的實現(xiàn)方法，其利用前導(dǎo)訓(xùn)練序列在接收端對幀的開始位置進(jìn)行檢測從而確保數(shù)據(jù)的正確接收，該方法包括如下步驟(a)、對每個時鐘接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存；(b)、判斷是否接收到一個短訓(xùn)練符號長度的信號；(c)、若接收到一個短訓(xùn)練符號長度的信號，將該長度的信號與設(shè)定的本地參考序列進(jìn)行相關(guān)，接著對接收的信號依次向后滑動一個數(shù)據(jù)后仍為一個短訓(xùn)練符號長度的信號再依次與設(shè)定的本地參考序列進(jìn)行相關(guān)，從而找出相關(guān)性最大的一組短訓(xùn)練符號長度的信號，且該組信號的起始位置即為短訓(xùn)練符號的起始位置，其中，所述的本地參考序列以表格的形式存儲；否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟(b)；(d)、在接收到一個長度的短訓(xùn)練符號的信號后，開始計算延時相關(guān)值，并根據(jù)步驟(c)中給出的短訓(xùn)練符號的起始位置，計算出兩個完整的短訓(xùn)練符號的延時相關(guān)值，并以該延時相關(guān)值給出一閾值；(e)、繼而再每隔一個短訓(xùn)練符號長度的時鐘周期讀取一次延時相關(guān)值，并將每次讀出的延時相關(guān)值與步驟(d)設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若小于上述閾值，則求出長訓(xùn)練符號的起始位置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中幀同步的實現(xiàn)方法，其 特征在于所述的正交頻分復(fù)用系統(tǒng)基于IEEE 802.11a WLAN，所述的每個短 訓(xùn)練符號包括16個信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中幀同步的實現(xiàn)方法，其 特征在于接收到的數(shù)據(jù)為經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行相關(guān)運算時取其高6位 進(jìn)行運算。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中幀同步的實現(xiàn)方法， 其特征在于所述的本地參考序列的數(shù)值可調(diào)整。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中幀同步的實現(xiàn)方法，其 特征在于在步驟(a)執(zhí)行之前還設(shè)有能量檢測步驟。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中幀同步的實現(xiàn)方法，其 特征在于步驟(e)中在接收到第16個數(shù)后每個時鐘都進(jìn)行計算，預(yù)設(shè)一個長 度為17的緩沖區(qū)，將接收到的16個數(shù)先存入移位緩沖器中，第17個時鐘到時， 收到的第17個數(shù)和第1個數(shù)做相關(guān)運算，存入累加器；第l個數(shù)據(jù)移出緩沖區(qū)， 緩沖區(qū)中原來的第2個數(shù)成為第1個數(shù)，第18個時鐘到時，收到的第18個數(shù)移入緩沖區(qū)的第17個位置，和緩沖區(qū)中的第l個位置上的數(shù)做相關(guān)運算，相關(guān)運算結(jié) 果和前次的累加存入累加器；依次類推，共做16次相關(guān)運算，得到延時相關(guān)值。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中幀同步的實現(xiàn)方法，其 特征在于步驟(d)中，還同時完成粗略頻偏估計的計算。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中幀同步的實現(xiàn)方法，其 特征在于所述的粗略頻偏估計是根據(jù)延時相關(guān)值的虛部符號來判斷的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中幀同步的實現(xiàn)方法，包括如下步驟首先利用收到的數(shù)據(jù)與本地存儲短序列做互相關(guān)運算，每次向后滑動1個數(shù)據(jù)取一個短訓(xùn)練長度的數(shù)據(jù)，相關(guān)值最大時說明這時接收到的數(shù)據(jù)是一個完整短訓(xùn)練符號，給出一個短訓(xùn)練符號的起始位置；然后根據(jù)上述給出的起始位置，計算每一個短訓(xùn)練長度的數(shù)據(jù)的延時相關(guān)值，并給出閾值；繼續(xù)將接收到的每一個短訓(xùn)練符號長度的數(shù)據(jù)進(jìn)行延時相關(guān)運算，當(dāng)相關(guān)值小于閾值時，則給出長訓(xùn)練序列的起始位置。該方法在保證幀同步準(zhǔn)確度的基礎(chǔ)之上可大大減少系統(tǒng)資源。
文檔編號H04L27/26GK101325575SQ20081012243
公開日2008年12月17日 申請日期2008年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月28日
發(fā)明者姚小城, 寅 石, 肖宛昂, 鑒海防 申請人:蘇州中科半導(dǎo)體集成技術(shù)研發(fā)中心有限公司