面向IEEE802.11ac射频一致性测试的定时和频率同步技术研究

摘要

2013年底，IEEE正式发布了甚高吞吐量无线局域网通信标准802.11ac。射频一致性测试技术对量产802.11ac标准的产品有着重要的意义。本文主要针对IEEE802.11ac射频测试系统中的同步技术进行研究，主要的研究内容和工作如下:
　　首先，介绍了IEEE802.11系列标准的发展，详细介绍了802.11ac标准的物理层技术，包括OFDM调制方式的原理和特点、物理层帧结构、物理层重要参数和收发机仿真模型。介绍了射频一致性测试的意义以及本文所用的射频测试系统，对射频测试系统的主要指标包括频谱测试、频率测试、功率测试和调制测试等进行了比较详细的介绍和分析。
　　其次，分析了定时同步、载波频率同步和采样时钟同步技术对接收机性能的影响，研究并综述了多个经典的适用于OFDM系统的同步方法，包括数据辅助的同步算法和非数据辅助的同步算法。针对802.11ac系统的特性重点分析了基于训练序列的S&C方法、Moose方法、ESCA方法和基于循环前缀的最大似然(ML)估计方法，特别是针对S&C算法介绍和分析了其多个改进的方法，包括Minn算法、Park算法和一种独立于频偏的符号同步方法。
　　然后，在已有同步算法的基础上，针对IEEE802.11ac帧结构的特殊性和已有算法的不足提出了一种适合于射频测试系统的同步方案。为了解决S&C算法的平台问题，文章提出了一种改进的利用802.11ac短训练序列进行帧同步的方法，提出的方法利用短训练序列两两之间的相关性的累加和作为帧定时的度量函数，改进算法消除了相关平台的影响，在正确的定时位置产生明显的峰值，且改进方法在信道环境比较恶劣的情况下也能保持较好的性能;针对以往的符号同步算法在802.11ac系统中产生多余峰值的问题，文章提出了利用两个相关值的乘积作为符号定时度量函数的方法，改进方法只保留了长训练序列开始位置的唯一峰值，可以避免定位到其他错误位置;针对已有频偏估计算法不够准确的问题，提出了改进的频偏估计算法，改进的频偏估计算法对多个短训练序列的相关值得到的频偏估计值进行了平均运算，改进方法得到的测量结果在均值和方差上都更接近于业界先进的射频测试仪表的测量结果。
　　最后，完成了802.11ac接收机仿真平台的搭建，并按照处理流程详细介绍了接收机各个模块的设计和实现方法。将本文提出的同步方案应用于接收机的实现中，利用待测件和射频测试仪表发射的802.11 ac数据作为输入进行接收机性能的验证。通过对比对大批量数据测量的频偏估计值和相对星座误差结果可以证明本文提出的同步方案可以较好的工作在射频测试系统的接收机中，且整个系统具备稳定性强和精确度高的特点。