一種可靠的OFDM-WALN信號解調(diào)算法
陳鳳林 1,2,陳?亮 3,劉小剛 1,2
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201908/403611.htm?。?.中國電子科技集團公司第四十一研究所,安徽?蚌埠?233010;2.電子信息測試技術(shù)安徽省重點實驗室,安徽?蚌埠?233010;3.安徽省科學(xué)技術(shù)研究院,安徽?合肥?230031)
摘?要:本文針對OFDM-WLAN基帶信號提出了一種可靠的解調(diào)算法,OFDM-WLAN信號經(jīng)過變速率采樣后,運用了時頻域相結(jié)合頻偏矯估計方法,準(zhǔn)確地矯正頻偏,進而根據(jù)導(dǎo)頻點去除相偏,并成功應(yīng)用于不同調(diào)制方式基帶信號的解調(diào)。
關(guān)鍵詞:OFDM;信號同步;頻偏矯正;相偏矯正;星座圖
*項目基金:國家科技重大專項,增強移動寬帶5G終端模擬器(No.2017ZX03001021)
0 引言
近年來,由于互聯(lián)網(wǎng)在全球的快速發(fā)展,人民的工作與生活越來越依賴互聯(lián)網(wǎng),產(chǎn)生大量的WLAN服務(wù)需求。IEEE 802.11系列標(biāo)準(zhǔn)WLAN開始于20世紀(jì)90年代末,現(xiàn)在幾乎每一個筆記本電腦或智能設(shè)備都有一個內(nèi)置的WLAN卡。OFDM(正交頻分復(fù)用)作為一種高效的多載波調(diào)制方案,幾年來備受關(guān)注。由于OFDM能有效抑制多徑時延,且頻譜利用率較高,被廣泛認(rèn)為是在無線時變信道中實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾侄?。目前,許多具有廣闊應(yīng)用前景的WLAN標(biāo)準(zhǔn),都將OFDM作為核心方案。本文介紹一種時頻域相結(jié)合頻偏矯正方法實現(xiàn)WLAN信號的解調(diào)方法。主要包括變速率采樣、信號同步、粗頻偏估計、FFT、信道估計、細(xì)頻偏矯正、相偏矯正,最后得到分析結(jié)果。
1 物理層幀格式
物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PPDU)幀結(jié)構(gòu),主要包括前導(dǎo)碼(Preamble)、報頭(Header)和數(shù)據(jù)域(Data)部分,如圖1所示。
2 正交頻分復(fù)用(OFDM)
OFDM作為一種高效的多載波調(diào)制方案,能有效抑制多徑時延,且頻譜利用率較高,被廣泛認(rèn)為是在無線時變信道中實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾侄?。圖2顯示的是OFDM的系統(tǒng)框圖。
3 算法描述
本文介紹一種時頻域相結(jié)合頻偏矯正方法實現(xiàn)WLAN信號的解調(diào)方法。算法流程主要包括變速率采樣、信號同步、粗頻偏估計、FFT、信道估計、細(xì)頻偏矯正、相偏矯正。該方法的流程如圖3.
4 仿真及實例應(yīng)用
WLAN信號源采用的是SMW200A信號源,可以支持發(fā)射IEEE 802.11b/a/g/n等多個協(xié)議及多種調(diào)制方式的WLAN信號。
4.1 信號同步
PLCP前導(dǎo)碼包括10個短訓(xùn)練序列t 1 ~t 10 和2個長訓(xùn)練序列T 1 和T 2 組成,如圖4。GI2是短訓(xùn)練序列和長訓(xùn)練序列之間的保護間隔,數(shù)量為32;SIGNAL為包含一個OFDM信號的信令部分,后面的數(shù)據(jù)部分根據(jù)實際情況OFDM長度可變,每個OFDM信號前有16個保護間隔GI。
WLAN信號同步包括兩個步驟:功率觸發(fā)找到粗略同步點,再根據(jù)短序列滑動相關(guān)找到精確同步點。短序列滑動相關(guān)的結(jié)果值如下圖,可以看見最大值很明顯,當(dāng)前點就是要找的同步點。
4.2 頻偏矯正
在信號FFT處理之前,對時域信號進行同步及初步的頻偏估計和矯正,分別用到了PLCP前導(dǎo)碼中的短符號和長符號,初步頻偏估計主要是根據(jù)長符號與其參考信號的相關(guān)性。
細(xì)頻偏估計過程是在信號進行FFT處理之后由信道估計獲得,相偏估計值是由導(dǎo)頻點獲得。各個點的頻率偏移值如圖6,則線性擬合的斜率就是頻偏矯正用到的頻偏值。
4.3 實例應(yīng)用
通過上述算法解調(diào)不同調(diào)制方式的OFDM-WLAN信號,包括QPSK,16QAM,64QAM。解調(diào)的星座圖如圖7~圖9。
5 結(jié)論
本文設(shè)計并實現(xiàn)了OFDM-WLAN信號的基帶信號的解調(diào)過程,不同調(diào)制方式下基帶信號通過變速率采樣、信號同步、粗頻偏估計、FFT、信道估計、細(xì)頻偏矯正、相偏矯正后,解調(diào)結(jié)果穩(wěn)定,星座圖指標(biāo)良好,解調(diào)結(jié)果可靠。
參考文獻
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[4] IEEE Std 802.11a-1999(Supplement to IEEE Std 802.11-1999).
作者簡介:
陳鳳林,男,助理工程師,主要研究方向:信號與信息處理。
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