OFDM‑WLAN系统的定时同步硬件实现方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于OFDM‑WLAN系统的定时同步的实现方法，该方法结合噪声信号和长度为160点的STF序列实现定时同步，包括：计算n时刻接收信号与前(160‑L)时刻接收信号的相关运算的L点累加和M(n)；找到M(n)的最大值；设定合适的门限阈值，并寻找峰值，利用计数器记下当前时刻信号的索引位置以及自找到该峰值开始到峰值检测过程结束所经历的时延数；根据所获得的时延数对接收信号进行延时调整，最终确定数据符号起始位置；与此同时，可以利用较小的计算量和复杂度获得具有统计意义的接收信噪比参数。本发明专利技术提供的定时同步实现方法可以遏制同步过程中放大噪声带来的不利影响，寻找峰值时的可信度高，而且减少了相当一部分硬件资源的开销。

【技术实现步骤摘要】
OFDM-WLAN系统的定时同步硬件实现方法
本专利技术属于无线通信
，尤其是涉及OFDM-WLAN系统的定时同步过程。
技术介绍
正交频分复用(OFDM)是一种多载波调制技术，被广泛用于高速无线局域网(WLAN)传输中，例如IEEE802.lla/n/ac协议。OFDM系统可以有效消除符号间干扰(ISI)，但多径干扰又会使得子载波之间的正交性遭到破坏，从而产生子载波干扰(ICI)。引入带有循环前缀的保护间隔可以有效对抗ICI干扰，但这对于OFDM系统的接收机的同步要求较高，尤其是定时同步，如果定时同步不够精确，超出循环前缀的保护范围，将会引起系统性能的大幅度下降。对于OFDM-WLAN系统这种突发性数据传输模式，一般采用前导序列来实现同步，前导序列包括10个重复的短训练序列(STF)和2个重复的长训练序列(LTF)，主要用于系统同步、信道估计、频偏估计、自适应控制等。之前已有大量文献提出了基于短训练序列实现帧定时同步和长训练序列实现符号定时同步的全面算法。FPGA(Filed-Programmable Gate Array)是最常用的硬件开发半定制电路。众多与之相关的辅助开发产品也加速了 FPGA的更新发展的脚步，其开发范围也更加广泛。利用National Instruments (NI)的PXI平台进行WLAN-0FDM系统的FPGA开发，打破了硬件编程语言进行FPGA开发的传统，NI的LabVIEW基于图形语言的编程思想使得硬件开发更加便捷，开发周期大大缩短，使得硬件开发人员可以将更多精力放在算法实现上。然而，FPGA的资源毕竟是有限的，基于STF序列和LTF序列的同步方案虽然性能出色，但此类算法计算量较大，复杂度较高，这对整个WLAN-0FDM系统硬件设计提出了巨大的硬件资源的挑战，因此有必要寻求复杂度较低并且性能高效的算法。K Wang, J Singh and M Faulkner 在 “FPGA Implementation of an OFDM-WLANSynchronizer” 一文中提出了基于STF序列的一种“后向差分自相关”算法的定时同步方案，利用STF序列的周期性和强相关性以及STF序列和LTF序列间的弱相关性形成峰值。该算法计算量较小，但由于峰值容易受信道环境影而发生偏移或者误判，因而准确性不高。在图1所示的仿真图中，信号没有经过信道，没有任何噪声，图1中左侧第一个峰值为STF序列与LTF序列过度时产生的峰值，但数据字段也出现了较高的峰值，在硬件实现过程中这种伪峰值容易使峰值检测产生误判。后人提出了上述算法的改进算法，S卩“前向差分自相关”算法。在发送的STF序列前引入少量噪声序列，利用STF序列的周期性和强相关性以及STF序列和噪声之间的低相关性形成峰值从而实现符号定时同步。与此同时实现传统的帧定时同步算法，通过适当的延时调整，将帧定时同步使能信号和符号定时同步使能信号进行“与”操作，得到最终的数据符号起始使能信号，实现完整的定时同步。在图2所示的仿真图中，信号没有经过信道，没有任何噪声，图2中左测第一个峰值为STF序列与噪声序列过度时产生的峰值。该算法中，帧定时同步与符号定时同步产生的联合使能信号保证了搜索峰值的正确性，但相较于KWang, J Singh and M Faulkner提出的算法,该算法消耗了更多的FPGA逻辑资源,并且在实际信道环境中仍然有一定的同步出错概率。另外，差分自相关的思想涉及自相关值的减法操作，这对于信号中的噪声有放大的副作用，因而同步性能会有所下降。因此，WLAN-0FDM系统的同步实现不仅需要考虑精确性，同时也需要考虑硬件资源利用率。
技术实现思路
为了克服上述同步技术在硬件实现中遇到的问题，本专利技术提供了一种运算量较小、复杂度低、且能够快速准确地确定数据符号的起始位置的定时同步方法；与此同时，该算法的硬件实现可以利用较小的运算量和复杂度近似得到一个具有统计意义的接收信噪比参数。为实现上述目的，本专利技术提供了一种OFDM-WLAN系统的定时同步硬件实现方法，结合噪声信号和长度为160点的STF序列的自相关特性实现定时同步，包括以下步骤:(1.1)定义M(n)为η时刻接收信号与前(160-L)时刻接收信号的相关运算的L点累加和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种OFDM‑WLAN系统的定时同步硬件实现方法，结合噪声信号和长度为160点的STF序列的自相关特性实现定时同步，其特征在于，包括以下步骤：(1.1)定义M(n)为n时刻接收信号与前(160‑L)时刻接收信号的相关运算的L点累加和M(n)=Σm=0L-1r(n+m-(160-L))×r*(n+m)]]>(1.2)定义η为待定符号索引位置，当M(n)中的所有累加信息全部集中在STF序列时，即L点自相关运算都在STF序列范围内时，此时找到M(n)的最大值，即为STF序列的L点接收信号能量值；此时信号的索引位置η正好落在接收信号STF序列的尾部η=argmaxn(|M(n)|)]]>(1.3)设定一组合适的门限阈值(thre1,thre2)，并在门限阈值thre1～thre2的范围内寻找可能存在的峰值，并利用计数器记下当前时刻信号的索引位置η以及自找到该峰值开始到峰值检测过程结束所经历的时延数delaynum；(1.4)根据步骤(1.3)获得的delaynum对接收信号进行延时调整，最终确定数据符号起始位置。

【技术特征摘要】
1.一种OFDM-WLAN系统的定时同步硬件实现方法，结合噪声信号和长度为160点的STF序列的自相关特性实现定时同步，其特征在于，包括以下步骤: (1.D定义M(n)为η时刻接收信号与前(160-L)时刻接收信号的相关运算的L点累加和 2.根据权利要求1所述的0FDM-WLAN系统的定时同步硬件实现方法，其中，在进行符号定时同步的同时，执行以下步骤: (2.1)以接收的STF序列的信号能量为参考衡量整个信号的能量，即定义发射信号的预设L点能量阈值为P...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞菲，王孜，李恒，吕川，杨绿溪，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32