一种适用于OFDM-WLAN射频测试系统的定时同步方法

摘要

本发明公开了一种适用于OFDM-WLAN射频测试系统的定时同步方法，首先，利用矢量信号分析仪对待测件设备发射的WLAN射频信号进行处理，将其转换成采样率为F

说明书

技术领域

本发明涉及OFDM-WLAN射频测试系统，特别是涉及一种适用于OFDM-WLAN 射频测试系统的定时同步方法。

背景技术

无线局域网(WLAN)主要用于局部范围的无线接入，最早出现的无线局域网可以 追溯到1971年开发出的基于封包式技术的ALOHANet，它是第一次利用无线传输取代 有线传输的网络技术。无线局域网真正开始商用是在1997年IEEE制定了802.11标准 之后，经过多年的发展，无线局域网技术已经深入的融进人们的生活。

802.11标准是电气和电子工程师协会(IEEE)制定的无线局域网系列标准，主要用 于2.4GHz和5GHz免牌照频段的本地无线通信。现阶段常见版本包括802.11a、802.11b、 802.11g、802.11n，以及最近发布的802.11ac。IEEE 802.11ac作为最新的无线局域网标 准是在802.11n的基础上进行借鉴和优化的，它既具备无线技术的灵活性又支持千兆以 太网的大容量。802.11ac同802.11a/g/n一样采用正交频分复用(OFDM)技术作为物理 层调制方法，OFDM技术是建立在多载波通信的基础上发展而来的。OFDM技术同步使 用正交的子载波代替间距大的子载波大大提高了带宽效率，但是OFDM的子载波的正 交性导致其对载波偏移非常敏感，如果正交性遭到破坏，就会引起载波干扰。而定时同 步的准确性是正确估计载波偏移的前提，并且如果定时同步不准确会导致符号间干扰， 也会影响系统性能。

射频测试系统对生产WLAN设备有着重要的意义。射频测试系统可以对WLAN产 品的功率、频谱、频率偏移、相对星座图误差等指标进行测试，WLAN设备的生产商必 须确保产品的射频性能符合IEEE制定的标准，以确保产品的性能符合使用规范。同步 技术的优劣会影响射频测试系统的整体性能，传统的定时同步方法是将L-STF和L-LTF 相结合，步骤繁琐，定时同步精度也不高。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种仅采用L-STF就可实现精确定时同步，并且步 骤简单的适用于OFDM-WLAN射频测试系统的定时同步方法。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的适用于OFDM-WLAN射频测试系统的定时同步方法，包括以下的步 骤：

S1：利用矢量信号分析仪对待测件设备发射的WLAN射频信号进行处理，将其转 换为采样率为F_s的数字基带信号；

S2：对步骤S1中得到的数字基带信号进行定时同步处理，根据功率值的变化来获 取数据帧的上升沿位置和下降沿位置，截取上升沿位置和下降沿位置之间的数据作为完 整的一帧数据r(n)；

S3：利用步骤S2中得到的数据r(n)，通过L-STF实现定时同步，计算得到定时度 量函数M(n)；

S4：通过检测步骤S3中得到的定时度量函数M(n)的峰值位置，来获得精确的定时 估计位置。

进一步，所述步骤S2中上升沿位置通过以下的步骤计算得到：

S2.11：从经过预触发时间后的采样点开始，计算两相邻积分区间的功率；其中，两 相邻积分区间起始点的间隔为比较器延时乘以积分区间长度，积分区间长度由积分时间 和采样率共同决定；

S2.12：判断两相邻积分区间功率的比值，即后一个积分区间功率与前一个积分区间 功率的比值是否达到预先设定的门限值R_t；如果达到门限值R_t，则进行步骤S2.13；否 则，依据积分跳过时间的大小跳至下一对相邻积分区间，并重复步骤S2.11的操作；

S2.13：以步骤S2.12中得到的两相邻积分区间中的后一个积分区间作为计算起点， 计算后续各个积分区间的功率值，依次判断后续各个积分区间功率与步骤S2.12中得到 的两相邻积分区间中的前一个积分区间功率的比值是否都达到门限值R_t；如果都达到门 限值R_t，则进行步骤S2.14；否则，重复步骤S2.11的操作；

S2.14：将步骤S2.13中所述两相邻积分区间中的后一个积分区间的开始点的索引值 作为上升沿位置。

进一步，所述步骤S2中下降沿位置通过以下的步骤计算得到：

S2.21：从所述上升沿位置开始，计算两相邻积分区间的功率；其中，两相邻积分区 间起始点的间隔为比较器延时乘以积分区间长度，积分区间长度由积分时间和采样率共 同决定；

S2.22：判断两相邻积分区间功率的比值，即前一个积分区间功率与后一个积分区 间功率的比值是否达到预先设定的门限值R_t；如果达到门限值R_t，则进行步骤S2.23； 否则，依据积分跳过时间的大小跳至下一对相邻积分区间，并重复步骤S2.21的操作；

S2.23：以步骤S2.22中得到的两相邻积分区间中的后一个积分区间作为计算起点， 计算后续各个积分区间的功率值，依次判断步骤S2.12中得到的两相邻积分区间中的前 一个积分区间功率与后续各个积分区间功率的比值是否都达到门限值R_t；如果都达到门 限值R_t，则进行步骤S2.24；否则，重复步骤S2.21的操作；

S2.24：将步骤S2.23中所述两相邻积分区间中的前一个积分区间的开始点的索引值 作为下降沿位置。

进一步，所述步骤S3通过以下的步骤得到：

S3.1：利用所述步骤S2中得到的数据r(n)计算得到延迟窗口C的数据C(n)：

$\left(\begin{array}{c}C\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{L-1}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k)r(n+k+L)+\underset{k=0}{\overset{L-1}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k)r(n+k+2L)\\ +\underset{k=0}{\overset{L-1}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k)r(n+k+3L)+\underset{k=0}{\overset{L-1}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k)r(n+k+4L)\\ +\underset{k=0}{\overset{L-1}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k+L)r(n+k+2L)+\underset{k=0}{\overset{L-1}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k+L)r(n+k+3L)\\ +\underset{k=0}{\overset{L-1}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k+L)r(n+k+4L)+\underset{k=0}{\overset{L-1}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k+2L)r(n+k+3L)\\ +\underset{k=0}{\overset{L-1}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k+2L)r(n+k+4L)+\underset{k=0}{\overset{L-1}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k+3L)r(n+k+4L)\end{array}\right)$

其中，L为五分之一个L-STF周期序列的长度；

S3.2：利用所述步骤S2中得到的数据r(n)计算得到延迟窗口P的数据P(n)：

$P\left(n\right)=\frac{1}{5}\underset{k=0}{\overset{L-1}{\Sigma }}({\left|r(n+k)\right|}^2+{\left|r(n+k+L)\right|}^2+{\left|r(n+k+2L)\right|}^2+{\left|r(n+k+3L)\right|}^2+{\left|r(n+k+4L)\right|}^2)$

其中，L为五分之一个L-STF周期序列的长度；

S3.3：计算定时度量函数

进一步，所述步骤S4通过以下的步骤得到：

S4.1：设置合适的阈值T_h，按时间顺序，将M(n)在每个时刻上的值与阈值T_h依次 进行比较，当M(n)的值大于阈值T_h时就认为峰值即将出现，记录对应的时刻d的值以 及d时刻对应的M(d)的值；

S4.2：如果步骤S4.1中得到的d时刻之后出现的M(n)的值大于M(d)的值，则更新 记录M(d)和d的值为当前时刻的值；

S4.3：如果步骤S4.2中得到的d时刻之后的所有时刻对应的M(n)的值都小于M(d) 的值，则将M(d)的值作为所述定时度量函数M(n)的峰值，对应的时刻d作为所述定时 估计位置。

有益效果：本发明提供的适用于OFDM-WLAN射频测试系统的定时同步方法，仅 通过L-STF就可以实现精确的定时同步，相比于传统方法中利用L-STF和L-LTF联合 估计定时位置的方法，简化了定时同步的步骤，提高了同步的精度。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为上升沿位置检测的示意图；

图3为下降沿位置检测的示意图；

图4为步骤S3的流程图；

图5为一个L-STF的结构图；

图6为传统方法的定时度量曲线；

图7为本发明的定时度量曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而 不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价 形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

为了更好地说明本发明的技术内容，特举具体实施例并配合附图说明如下。本实施 例中的定时同步方法是在艾法斯(Aeroflex)生产的PXI3000系列射频(RF)模块化仪 表上实现，使用博通(Broadcom)公司的BCM43526芯片发射802.11ac标准的数据， 带宽为20MHz。

根据本发明的较优实施例，适用于OFDM-WLAN射频测试系统的定时同步方法如 图1所示，包括以下的步骤：

S1：利用博通控制软件控制待测件BCM43526发射出制式为802.11ac、带宽为 20MHz、MCS为8的波形数据；利用PXI3035矢量信号分析仪对接收的数据进行射频 到基带数据的转换，设置其采样率F_s为40MHz；这时，802.11ac信号中的L-STF是长 度为320个采样点的周期序列，包括10个重复的长度均为32个采样点的部分，表示为 t1到t10，L-STF的结构图如图5所示。

S2：对步骤S1中得到的基带数据进行定时同步处理，根据功率值的变化来获取数 据帧的上升沿位置和下降沿位置，截取上升沿位置和下降沿位置之间的数据作为完整的 一帧数据r(n)；

S3：利用步骤S2中得到的数据r(n)，通过L-STF实现定时同步，计算得到定时度 量函数M(n)；

S4：通过检测步骤S3中得到的定时度量函数M(n)的峰值位置，来获得精确的定时 估计位置。

其中，步骤S2中上升沿位置的获取如图2所示，设置预触发时间pre_trigger＝30， 采样率F_s＝40e⁶Hz，门限值R_t＝15dB，最小时间MinOnTime＝20e^-6s，比较器延迟 ComDelay＝3，积分时间InTime＝20e^-8s，积分跳过时间InSkipTime＝150e^-9s。上升沿位置的检 测包括以下的步骤：

S2.11：从基带数据中第pre_trigger个采样点开始，计算两相邻积分区间的功率，如 图2中斜线阴影区域表示的第一对积分区间所示；其中，两相邻积分区间起始点的间隔 为比较器延时乘以积分区间长度，积分区间长度InPoint由积分时间InTime和采样率F_s共同决定，这里InPoint＝round(InTime×Fs)＝8；

S2.12：判断两相邻积分区间功率的比值，即后一个积分区间功率与前一个积分区间 功率的比值是否达到预先设定的门限值R_t，如果达到门限值R_t，则进行步骤S2.13；否 则，依据积分跳过时间InSkipTime的大小跳至下一对相邻积分区间，如图2中竖线阴影 区域表示的第二对积分区间所示，并重复步骤S2.11的操作；

S2.13：以步骤S2.12中得到的两相邻积分区间中的后一个积分区间作为计算起点， 计算后续各个积分区间的功率值，如图2所示，如果两个竖线阴影区域的功率之比满足 大于门限值R_t的条件，则继续计算后续1,2,3…各积分区间的功率，积分区间的个数 MCount由最小时间MinOnTime决定，实例中的Mcount＝MinOnTime/InTime＝100，然后 判断后续100个积分区间中每一个积分区间功率与步骤S2.12中得到的两相邻积分区间 中的前一个积分区间的功率比值是否都达到预先设定的门限值R_t；如果都达到门限值 R_t，则进行步骤S2.14；否则，重复步骤S2.11的操作；

S2.14：将步骤S2.13中所述两相邻积分区间中的后一个积分区间的开始点的索引值 作为上升沿位置。

类似上升沿位置的检测方法，步骤S2中下降沿位置的获取如图3所示，设置预触 发时间pre_trigger＝30，采样频率F_s＝40e⁶Hz，门限值R_t＝15dB，最小时间 MinOnTime＝20e^-6s，比较器延迟ComDelay＝3，积分时间InTime＝20e^-8s，积分跳过时间 InSkipTime＝150e^-9s。下降沿位置的检测包括以下的步骤：

S2.21：从得到的上升沿位置开始，计算两相邻积分区间的功率，如图3中斜线阴影 区域表示的第一对积分区间所示；其中，两相邻积分区间起始点的间隔为比较器延时乘 以积分区间长度，积分区间长度InPoint由积分时间InTime和采样率F_s共同决定，这里 InPoint＝round(InTime×Fs)＝8；

S2.22：判断两相邻积分区间的功率的比值，即前一个积分区间功率与后一个积分 区间功率的比值是否达到预先设定的门限值R_t；如果达到门限值R_t，则进行步骤S2.23； 否则，依据积分跳过时间InSkipTime的大小跳至下一对相邻积分区间，如图3中竖线阴 影区域表示的第二对积分区间所示，并重复步骤S2.21的操作；

S2.23：以步骤S2.22中得到的两相邻积分区间中的后一个积分区间作为计算起点， 计算后续各个积分区间的功率值，如图3所示，如果两个竖线阴影区域的功率之比满足 大于门限值R_t的条件，则继续计算后续1,2,3…各积分区间的功率，积分区间的个数由 最小时间MinOnTime决定，实例中的Mcount＝MinOnTime/InTime＝100，然后判断步骤 S2.22中得到的两相邻积分区间中的前一个积分区间功率与后续100个积分区间中每一 个积分区间功率的比值是否都达到预先设定的门限值R_t；如果都达到门限值R_t，则进行 步骤S2.24；否则，重复步骤S2.21的操作；

S2.24：将步骤S2.23中所述两相邻积分区间中的前一个积分区间的开始点的索引值 作为下降沿位置。

此外，如图4所示，利用L-STF的相关性获得定时度量函数的具体步骤如下：

S3.1：利用步骤S2中得到的数据r(n)计算得到延迟窗口C的数据C(n)：

$\left(\begin{array}{c}C\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{63}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k)r(n+k+64)+\underset{k=0}{\Sigma }{r}^{*}(n+k)r(n+k+128)\\ +\underset{k=0}{\overset{63}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k)r(n+k+192)+\underset{k=0}{\overset{63}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k)r(n+k+256)\\ +\underset{k=0}{\overset{63}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k+64)r(n+k+128)+\underset{k=0}{\overset{63}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k+64)r(n+k+192)\\ +\underset{k=0}{\overset{63}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k+64)r(n+k+256)+\underset{k=0}{\overset{63}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k+128)r(n+k+192)\\ +\underset{k=0}{\overset{63}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k+128)r(n+k+256)+\underset{k=0}{\overset{63}{\Sigma }}{r}^{*}(n+k+192)r(n+k+256)\end{array}\right)$

其中，L为五分之一个L-STF周期序列的长度，L-STF是总长度为320的重复的周期序 列，所以L＝64。

S3.2：利用所述步骤S2中得到的数据r(n)计算得到延迟窗口P的数据P(n)：

$P\left(n\right)=\frac{1}{5}\underset{k=0}{\overset{63}{\Sigma }}({\left|r(n+k)\right|}^2+{\left|r(n+k+64)\right|}^2+{\left|r(n+k+128)\right|}^2+{\left|r(n+k+192)\right|}^2+{\left|r(n+k+256)\right|}^2)$

其中，L为五分之一个L-STF周期序列的长度，L-STF是总长度为320的重复的周期序 列，所以L＝64。

S3.3：计算定时度量函数

最后，步骤S4通过以下的步骤得到：

S4.1：设置合适的阈值T_h＝0.5，按时间顺序，将M(n)在每个时刻上的值与阈值T_h依次进行比较，当M(n)的值大于阈值T_h时就认为峰值即将出现，记录对应的时刻d的 值以及d时刻对应的M(d)的值；

S4.2：如果步骤S4.1中得到的d时刻之后出现的M(n)的值大于M(d)的值，则更新 记录M(d)和d的值为当前时刻的值；

S4.3：如果步骤S4.2中得到的d时刻之后出现的M(n)的值都小于M(d)值，则将 M(d)的值作为所述定时度量函数M(n)的峰值，对应的时刻d作为所述定时估计位置。

传统方法的定时度量曲线如图6所示，本发明的定时度量曲线如图7所示。对比图 6和图7的结果可以看出，传统方法的定时同步方法在只利用L-STF时定时度量曲线会 出现相关平台，并且由于802.11ac帧结构中VHT-STF的存在出现了多余的峰值，这样 会导致同步位置难以准确的定位，必须再利用L-LTF进行一次精确的定时同步；而本方 法仅仅利用L-STF就能获得只有一个尖锐的峰值的定时度量曲线，消除了传统方法中定 时度量曲线出现相关平台的问题，只需找到峰值的位置就能判断出定时同步的位置。因 此，本方法提高了定时的精度，简化了定时的步骤，适合使用在射频测试系统的基带信 号处理中。