一种基于IEEE 802.11ac的OFDM系统的定时同步方法

摘要

本发明请求保护一种基于IEEE 802.11ac的OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)系统的定时同步方法，涉及移动通信技术，实现在发送多帧数据的情况下正确检测出帧的起始位置。本方法主要步骤可分为：首先将接收信号进行采样，并检测数据量是否大于最小帧的数据量，然后将非甚高吞吐量中的本地序列进行扩充，再进行反傅里叶变换和拓展，最后通过采样之后的数据与处理过后的本地序列进行相关，构成一个代价函数，从而正确检测到一帧数据的起始位置。本发明利用接收信号自身特性、IEEE 802.11ac帧结构的特性以及非甚高吞吐量的训练序列的特性，三者相结合，降低了定时同步算法的实现复杂度，从而为帧定时同步提供了一种简单而又有效的解决方案。

说明书

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，特别是涉及一种基于IEEE 802.11ac的OFDM系统的定时同步方法。

背景技术

OFDM是一种多载波高速扩频传输技术，被广泛用于WLAN(Wireless Local AreaNetworks，无线局域网络)传输当中，例如IEEE 802.11ac协议。虽然在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交、频谱相互重叠，不但减小了子载波间的相互干扰，又提高了频谱利用率，但是相应的对接收机同步要求就会特别高，所以定时同步作为接收机处理的第一步，就显得尤为重要。如果定时不够准确的话，就会到导致系统性能急剧下降。

对于IEEE 802.11ac的OFDM系统的数据传输，一般是采用前导序列实现同步。分别利用非甚高吞吐量的短训练序列和长训练序列来进行帧的粗同步和细同步，很多文献都提出基于此类的算法，例如文献《IEEE 802.11n MIMO-OFDM无线局域网系统的定时与频率同步》。该文献虽然能有效检测出帧的起始位置，但是此类算法计算量巨大、复杂度较高，而且非甚高吞吐量中的短训练序列和长训列序列之间存在弱相关性，在信噪比较低的情况下，此方案就很有可能出现帧起始点误判的情况。

此外，研究出简单、有效的定时同步技术对生产WLAN设备商有着重大的意义。通过测试WLAN产品的星座图矢量均方误差、IQ(In-phase and Quadrature-phase，同相和正交相位)偏移、载波频率误差等性能指标，确保厂商的生产的设备是符合IEEE制定的标准，促进国内制作WLAN设备技术的发展。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种在多径衰落新倒下具有较好的检测性能，而且相比于通常定时同步做法的复杂度更低的基于IEEE 802.11ac的OFDM系统的定时同步方法。本发明的技术方案如下：

一种基于IEEE 802.11ac的OFDM系统的定时同步方法，其包括以下步骤：

A、在发送端用信号源发送射频信号，在接收端提取出接收到的信号，并将并将该接收的信号数据y(k)变换为采样率为F_S的基带数字信号y₁(k)，其中k为信号的位置，并判断截取数据段长度是否满足(满足指数据段长度大于或等于)最小帧的长度L；

B、将IEEE 802.11ac帧结构中的非甚高吞吐量中的短训练序列S_L-STF进行首尾补零扩充，并进行IFFT反傅里叶变换，得到本地序列的时域信号Short(t)；

C、将步骤B本地序列的时域信号Short(t)进行周期拓展；

D、利用接收数据和非甚高吞吐量中的短训练序列的相关性构造代价函数M(n)，其中n为代价函数的位置，采用滑动相关的方法，从而寻找到帧的定时同步位置。

2、根据权利要求1所述的基于IEEE 802.11ac的OFDM系统的定时同步方法，其特征在于，所述步骤A中最小帧的长度L是根据协议的调制方式确定的。

进一步的，所述步骤A中采样得到基带数字信号y₁(k)这一预处理步骤，使得接收的信号在接收端进行快速的解调，并且判断该段数据是否超过一帧的数据L，如果没有超过则不执行后续步骤，显示无法检测出完整的一帧信号。

进一步的，所述步骤B中非甚高吞吐量的短训练序列S_L-STF的载波数并不是2^N(N＝2,4,6L)个，不满足标准IFFT变换的规则，则通过补零扩充的方法使得满足IFFT的条件，再将频域信号转变成时域数据。

进一步的，所述步骤C是根据：IEEE 802.11ac信号帧的非甚高吞吐量的短训练序列部分是由10个相同的训练序列构成，从而扩充至与之数量相等。

进一步的，所述利用接收数据和非甚高吞吐量中的短训练序列的相关性构造代价函数M(n)，其中n为代价函数的位置，代价函数s_short(k)表示S(k)经过周期拓展之后的数据，然后k++，其中，k++表示自动加一，再次反馈回求取代价函数，继续遍历，直到遍历次数结束，共滑动的次数N＝length(y₁(k))-320，length()表示括号中数据串的长度；再次遍历整个代价函数，找到该函数的峰值V_peak(m)和相应的位置P_peak(m)，并记录峰值个数N，该峰值对应的位置P_peak(m)即是帧的起始位置。

进一步的，当IEEE 802.11ac信号为多帧时，首先清空代价函数峰值的最大位置的值及其左右各一个OFDM符号长度的数据，在预先设立的阈值τ情况下，在此重复遍历整个代价函数寻找峰值，找到代价函数的最大峰值，如果峰值与第一个检测出来的峰值差的模值已经超出了阈值，则说明帧的起始位置已经全部检测出来，完成了帧信号的定时同步；如果检测出来的峰值差的模值比阈值小，则继续寻找峰值，直到跳出循环，全部检测帧的起始位置d_start。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明提供一种仅仅利用非甚高吞吐量的短训练序列S_L-STF，实现对接收信号y(k)的帧定时同步。常规算法多是根据接收信号中非甚高吞吐量的短训练序列S_L-STF自身特性(由多个重复训练序列构成)进行盲估计，完成帧的粗同步，再利用非甚高吞吐量的长训练序列的最大似然算法进行细同步，本发明通过非甚高吞吐量的短训练序列S_L-STF进行预处理(先对序列首尾补零填充，再进行IFFT，最后进行周期拓展)，可使得对接收信号最大程度的互相关最大似然估计，这样不仅在确定估计帧起始位置的时候更精确，而且也不用再进行细同步这一步骤，从而降低算法的复杂度。此外，在多径衰落信道下，OFDM信号的循环前缀受到干扰，本发明相比于基于OFDM信号的循环前缀同步定时具有更高的准确性。

附图说明

图1是本发明的优选实施例接收信号的解解调框图；

图2为本发明的优选实施例802.11ac信号定时同步的流程框图；

图3为本发明的优选实施例802.11ac信号帧结构拓展框图；

图4为本发明的优选实施例802.11ac信号帧起始位置框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

基于本发明的实施实例，应用于IEEE 802.11ac的OFDM系统的定时同步估计。下面给出具体实施步骤：

1.在发送端从信源处调制出所需信号，其中，以带宽BW40Hz,MCS(ModulationCoding Scheme，调制编码方式)为4,N_ss(Spatial>

2.将接收到的信号进行采样，并预处理，如图2中虚线框图所示，具体步骤如下：

步骤201，接收到的信号理想采样率F_S为40Hz，所以要先将接收到的信号进行一个采样，从而对应上它的帧结构中非甚高吞吐量的短训练序列采样点个数D为320，

步骤202，在采样之后继续对数据进行处理的过程中，会先对几个参数定义，如滑动窗口W_T-SHORT为320，最小帧的长度

其中，N_L-STF、N_L-LTF、N_L-SIG、N_SIG-A、N_H-STF、N_H-LTF、N_SIG-B、D_DATA和N_ofdm分别为非甚高吞吐量中的短训练序列、长训练序列、信令段、甚高吞吐量中的信令段A、短训练序列、长训练序列、信令段B、数据段和一个OFDM符号所含有的点数，初始化峰值个数N＝0及设定一个阈值τ＝0.01。

步骤203，继步骤22后对数据进行一个判定，如果y₁(k)数据段的长度比帧的最小长度L还小，则检测结束，该数据段中不可能检测得到一帧的数据，故通常采样点的个数是约10个最小帧长度的数据，防止帧与帧之间的静默区的干扰，造成数据量不足，故此处以在接收端中提取40000个数据为例。

3.根据IEEE 802.11ac协议提取出40MHz带宽对应的非甚高吞吐量的短训练序列S_L-STF，同样的，对该数据进行处理：

步骤204，由于提取出来的非甚高吞吐量中的短训练序列S_L-STF在进行从频域变换到时域时并不满足2^N的格式，故对训练序列进行补零扩充为S(z)，其中z＝1,2,L,128，在将其从频域变换到时域当中，采用公式其中，△f为子载波间隔，k为时域信号的位置。

步骤205，将时域的本地序列进行周期拓展，使其满足40MHz带宽与所对应帧的非甚高吞吐量的短训练序列长度相等(参考图3)，S(k)经过周期拓展之后的数据s_short(k)个数为D。再将此序列进行取共轭，便于后面构造代价函数。

4.采样之后的数据为y₁(k)，滑动窗口W_T-SHORT为320，采用当滑动窗口，k＝1开始遍历，构造代价函数然后k++，其中，k++表示自动加一，再次反馈回求取代价函数，继续遍历，直到遍历次数结束，共滑动的次数N＝length(y₁(k))-320，length()表示括号中数据串的长度。

5.再次遍历整个代价函数，找到该函数的峰值V_peak(m)和相应的位置P_peak(m)，并记录峰值个数N，该峰值对应的位置P_peak(m)即是帧的起始位置。

6.而对于多帧的情况，就必须追加处理步骤，首先清空代价函数峰值的最大位置的值及其左右各一个OFDM符号长度的数据，防止峰值临近点对其他帧定时同步的检测造成干扰。在预先设立的阈值τ情况下，在此重复步骤5，找到代价函数的最大峰值，如果峰值与第一个检测出来的峰值差的模值已经超出了阈值，则说明帧的起始位置已经全部检测出来，完成了帧信号的定时同步；如果检测出来的峰值差的模值比阈值小，则继续步骤5，直到跳出循环，全部检测帧的起始位置d_start，如图4所示。

综上所述，本发明提供一种基于IEEE 802.11ac的OFDM系统的定时同步方法。相比于传统方法，由于在IEEE 802.11ac帧结构当中还存在高吞吐量的短训练序列和非甚高吞吐量的长训练序列都会对传统定时同步方法带来误差，所以传统方法会在此基础之上再利用非甚高吞吐量的长训练序进一步判定。本方法提供了一种简单而又有效的解决方案，适用于接收端基带信号处理。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。