一种提高ofdm系统中符号同步精度的方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高OFDM系统中符号同步精度的方法，该方法包括：从接收到的数据中选择出有效数据，其中有效数据为接收端检测到帧数据后的时域短前导数据；对所述有效数据进行信道模式识别，识别出有用信号所在的子信道；针对所述的信道模式识别结果，给出对应的阈值计算函数；对所述有效数据进行延时自相关运算得到延时自相关结果，并计算该延时自相关结果的均值；计算所述的有效数据的平均能量；将所述延时自相关结果的均值和所述有效数据的平均能量代入阈值计算函数，得到该接收帧的符号同步阈值；将所述延时自相关结果与所述符号同步阈值进行比较，得到精确同步点的范围。本发明提高了OFDM系统中符号同步精度且具有较宽的应用范围。
【专利说明】一种提高OFDM系统中符号同步精度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及OFDM【技术领域】，尤其是一种提高OFDM系统中符号同步精度的方法。【背景技术】
[0002]802.1lac作为WLAN中的最新标准，它不但提高了载波效率，而且也大大提高了系统的稳定性。802.1lac在保证性能提升的同时也保证了与先前版本的兼容性(包括802.lla\n)。
[0003]802.1lac中OFDM帧具有四种格式，每种格式最开始都是短前导(STF)，紧接着是长前导(LTF)。短前导的作用是进行帧检测以确定是否接收到帧数据，并完成符号同步以确定长前导的起始位置，从而可以对发送信息进行解调和接收。短前导有10个周期，每个周期长度0.8 μ s ;长前导循环前缀为1.6us,重复的两个符号周期为3.2us,共长8us。802.1lac支持多种信道带宽，包括20MHz信道、40MHz信道、80MHz信道、160MHz信道和80+80MHZ信道。有用信息带宽在不超过信道带宽时，可以附加在这些信道的任何一个20MHz子信道、40MHz子信道、80MHz子信道或160MHz子信道中。
[0004]现有技术主要利用短前导和长前导的周期性和相关性进行符号同步，大概有如下几种方法:(1)使用本地存储的长前导序列与接收序列进行互相关运算，可以找出每个长前导周期的起始点，但是由于长前导周期较长，计算量大且延时较长，容易影响信道估计；
(2)使用本地存储的长前导序列循环前缀与接收序列进行互相关运算，由于循环前缀为半个周期的长前导符号，所以相关性较差，受短前导序列和噪声影响较大；(3)利用长前导序列的周期性进行延时自相关运算，并通过滑动窗口计算能量最大值可以得到长前导的起始点，但是计算量进一步增大，并不实用。(4)使用本地存储的短前导周期与接收序列进行互相关运算，可以找出每个短前导周期的起始点，但是不容易确定短前导的结束位置；(5)利用短前导序列的周期性进行延时自相关运算，由于短前导序列与长前导的相关性较差，当相关值减小到一定程度时可以给出同步点，但是该点受多径信道和噪声影响较大非常不精确。
[0005]综上所述，从计算量和时序延时的角度考虑，目前主要采用短前导互相关和自相关相结合的方法提高符号同步的精度。自相关和互相关结果如图2所示，自相关结果开始下降的位置为短前导最后一个周期的结束位置，当自相关结果下降到低于一定阈值的时候，可以确定短前导已经结束，最后一个互相关峰值即为长前导的起始位置。
[0006]上述提高符号同步精度的方法存在三个问题:1、没有考虑短前导与长前导的相关性。按照最大似然的理论，对于近似高斯分布的情况，阈值应该选在两个理论值的中点，所以阈值是在存在一个常数的基础上决定的。2、没有考虑噪声的影响。由于序列周期有限，进行延时自相关计算时噪声的相关结果并不是0，而是呈近似高斯分布，标准差较小。随着噪声的增大，相关结果的标准差增大，影响短前导结束位置的判断。3、没有考虑信道带宽的影响。如前所述，有效信号的带宽往往低于信道带宽，从而有效信号带宽外部的噪声对相关结果产生干扰，影响短前导结束位置的判断。[0007]由于上述问题的存在，经常造成符号同步点偏移准确同步点一个短前导周期。对此，有文献提出自相关阈值调整的方法，使得阈值根据接收信号的能量变化或者依据AGC调制给出自相关阈值。这些改进方法没有考虑信道带宽，同时阈值仅仅与能量的关系为线性，不能反映噪声大小的改变。因此需要依据不同的信道模式和噪声影响计算符号同步的最佳阈值。
【发明内容】
[0008](一 )要解决的技术问题
[0009]本发明的目的是提供一种提高OFDM系统中符号同步精度的方法。
[0010](二)技术方案
[0011]为达到上述目的，本发明提供了一种提高OFDM系统中符号同步精度的方法，该方法包括:从接收到的数据中选择出有效数据，其中有效数据为接收端检测到帧数据后的时域短前导数据；对所述有效数据进行信道模式识别，识别出有用信号所在的子信道；针对所述的信道模式识别结果，给出对应的阈值计算函数；对所述有效数据进行延时自相关运算得到延时自相关结果，并计算该延时自相关结果的均值；计算所述的有效数据的平均能量；将所述延时自相关结果的均值和所述有效数据的平均能量代入阈值计算函数，得到该接收帧的符号同步阈值；将所述延时自相关结果与所述符号同步阈值进行比较，得到精确同步点的范围。
[0012]上述方案中，所述对所述有效数据进行信道模式识别，识别出有用信号所在的子信道的步骤中，所述信道模式识别是指依据各个子信道能量的不同识别出信号所在的子信道。
[0013]上述方案中，所述针对所述的信道模式识别结果，给出对应的阈值计算函数的步骤中，是依据信道模式识别结果，得到对应的阈值计算函数的简化或者近似函数。
[0014]上述方案中，所述对所述有效数据进行延时自相关运算得到延时自相关结果，并计算该延时自相关结果的均值的步骤中，所述延时自相关运算，其延时长度为所述短前导的一个周期。
[0015]上述方案中，所述计算所述的有效数据的平均能量的步骤中，所述有效数据的平均能量为短前导一个周期内的平均能量。
[0016]上述方案中，所述计算所述的有效数据的平均能量的步骤中，是对有效数据的实部和虚部分别求平方再求和，最后计算平均值得到平均能量。
[0017](三)有益效果
[0018]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:本发明的符号同步阈值计算方法，从实际考虑问题，综合考虑了噪声和信道带宽对于延时自相关计算和能量计算的影响，给出了精确的阈值计算方法，达到了较高的同步精度，其不仅可以应用于802.1lac中，对其他类似具有前导序列的OFDM系统均可以使用，具有较宽的应用范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1 为 802.1lac 的 HT-MIXED FORMAT PPDU 格式示意图。
[0020]图2为短前导序列延时自相关和互相关曲线。[0021]图3为本发明提供的提高OFDM系统中符号同步精度的方法流程图。
[0022]图4为依照本发明实施例的提高OFDM系统中符号同步精度的方法流程图。
[0023]图5为应用本发明的符号同步结果与其他结果对比图。
【具体实施方式】
[0024]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0025]本发明提供了一种提高OFDM系统中符号同步精度的方法，该方法首先通过信道模式识别确定具体的阈值函数，之后由相关值和能量值通过阈值函数的计算得到精确的符号同步阈值，由自相关运算结果和该阈值确定符号同步点的范围，通过符号同步阈值的精确计算提高符号同步的精度。
[0026]如图3所示，图3为本发明提供的提高OFDM系统中符号同步精度的方法流程图，该方法包括以下步骤:
[0027]步骤1:从接收到的数据中选择出有效数据，其中有效数据为接收端检测到帧数据后的时域短前导数据。
[0028]步骤2:对所述有效数据进行信道模式识别，识别出有用信号所在的子信道；其中所述信道模式识别是指依据各个子信道能量的不同识别出信号所在的子信道。
[0029]步骤3:针对所述的信道模式识别结果，给出对应的阈值计算函数；其中所述针对所述的信道模式识别结果，给出对应的阈值计算函数，是依据信道模式识别结果，得到对应的阈值计算函数的简化或者近似函数。
[0030]步骤4:对所述有效数据进行延时自相关运算得到延时自相关结果，并计算该延时自相关结果的均值；其中所述延时自相关运算，其延时长度为所述短前导的一个周期。
[0031]步骤5:计算所述的有效数据的平均能量；其中所述有效数据的平均能量为短前导一个周期内的平均能量，所述计算所述的有效数据的平均能量，是对有效数据的实部和虚部分别求平方再求和，最后计算平均值得到平均能量。
[0032]步骤6:将所述延时自相关结果的均值和所述有效数据的平均能量代入阈值计算函数，得到该接收帧的符号同步阈值。
[0033]步骤7:将所述延时自相关结果与所述符号同步阈值进行比较，得到精确同步点的范围。
[0034]下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
[0035]实施例一:一种提高OFDM系统中符号同步精度的方法，应用于OFDM系统符号同步阈值的计算中，以802.1lac的HT-MIXED FORMAT PPDU为例，在接收端需要对接收信号进行符号同步阈值的计算时，按照附图4所示的流程处理如下。
[0036]第一步，由接收到的数据中选择出有效数据。该有效数据为完成帧检测而确定接收到帧数据后的部分短前导数据。本实例中，假设完成帧检测之后只有3个符号长度的短前导时域数据。
[0037]第二步，对有效数据进行信道模式识别，指出有用信息所在的子信道。
[0038]具体地说，对于接收信道中每个20MHz带宽的子信道i，设计通带对应该子信道i且通带带宽为20MHz的数字带通滤波器A ;并对每个滤波器A滤波处理后的有效数据计算能量Ei。如果Ei超过一定阈值Te，则该子信道带有信息。从而得到接收帧的信道模式。
[0039]第三步，对所述的信道模式识别结果，给出对应的阈值计算函数；信道模式识别的结果不需要识别出有用信息在哪个子信道上，只需要知道占用了几个子信道。表一列出了部分信道模式对应的阈值计算函数:
[0040]
【权利要求】
1.一种提高OFDM系统中符号同步精度的方法，其特征在于，该方法包括: 从接收到的数据中选择出有效数据，其中有效数据为接收端检测到帧数据后的时域短前导数据； 对所述有效数据进行信道模式识别，识别出有用信号所在的子信道； 针对所述的信道模式识别结果，给出对应的阈值计算函数； 对所述有效数据进行延时自相关运算得到延时自相关结果，并计算该延时自相关结果的均值； 计算所述的有效数据的平均能量； 将所述延时自相关结果的均值和所述有效数据的平均能量代入阈值计算函数，得到该接收帧的符号同步阈值；以及 将所述延时自相关结果与所述符号同步阈值进行比较，得到精确同步点的范围。
2.根据权利要求1所述的提高OFDM系统中符号同步精度的方法，其特征在于，所述对所述有效数据进行信道模式识别，识别出有用信号所在的子信道的步骤中，所述信道模式识别是指依据各个子信道能量的不同识别出信号所在的子信道。
3.根据权利要求1所述的提高OFDM系统中符号同步精度的方法，其特征在于，所述针对所述的信道模式识别结果，给出对应的阈值计算函数的步骤中，是依据信道模式识别结果，得到对应的阈值计算函数的简化或者近似函数。
4.根据权利要求1所述的提高OFDM系统中符号同步精度的方法，其特征在于，所述对所述有效数据进行延时自相关运算得到延时自相关结果，并计算该延时自相关结果的均值的步骤中，所述延时自相关运算，其延时长度为所述短前导的一个周期。
5.根据权利要求1所述的提高OFDM系统中符号同步精度的方法，其特征在于，所述计算所述的有效数据的平均能量的步骤中，所述有效数据的平均能量为短前导一个周期内的平均能量。
6.根据权利要求1所述的提高OFDM系统中符号同步精度的方法，其特征在于，所述计算所述的有效数据的平均能量的步骤中，是对有效数据的实部和虚部分别求平方再求和，最后计算平均值得到平均能量。
【文档编号】H04L27/26GK103763294SQ201410030641
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】彭锦, 周立国, 姚小城, 崔秀伶, 方治, 鉴海防, 石寅 申请人:中国科学院半导体研究所