60GHz OFDM无线通信系统的帧同步方案的制作方法
【专利摘要】本发明以探求60GHz无线通信系统快速精确帧同步为背景，提出了一种60GHz?OFDM无线通信系统快速精确帧同步方案。其主要思想是利用IEEE802.11ad标准中规定的帧头前导Golay互补序列的相关性。用接收到的前导Golay互补序列与本地保存的Golay互补序列做互相关，自适应地判决门限得到明显的相关峰，达到了精确同步的效果。为提高同步速度，采用隔点相关法和虚部相关法使计算量减少为原来的1／20。因此，本发明减小了系统运算的复杂度，实现了快速准确的帧同步检测，满足了该突发分组通信系统技术参数的要求。
【专利说明】60GHz OFDM无线通信系统的帧同步方案
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种60GHz OFDM无线通信系统的帧同步方案，针对IEEE802.1lad标准采用的60GHz OFDM无线通信系统，设计了适用于该系统的帧检测同步方案，以确定帧头的起始位，从而进行正确的解调。
【背景技术】
[0002]当前无线通信频谱资源的日趋紧张以及数据传输速率的不断提高，使得60GHz频段无线短距通信技术越来越受到关注，成为未来无线通信技术中最具潜力的技术之一。60GHz属于毫米波通信技术,面向PC、数字家电等应用，能够实现设备间数Gbps的超高速无线传输。毫米波与较低频段的微波相比，其特点是:①可利用的频谱范围宽，信息容量大；
②易实现窄波束和高增益的天线，因而分辨率高，抗干扰性好；③穿透等离子体的能力强；
④多普勒频移大，测速灵敏度高。60GHz原始数据的最高速度达到25000Mbps，而802.1ln标准和UWB只能分别实现600Mbps和480Mbps的传输速度。例如:用802.1ln需要近一个小时才能传完的DVD，用60GHz则只需要15秒。IEEE802.1lad规定的体制有多种，其中多载波正交频分复用(OFDM)技术被建议作为室内60GHz无线个人通信的物理层标准之一。多载波正交频分复用(OFDM)是一种高效的数据传输技术，它通过相互正交的子载波并行的传输数据，频带利用率高，抗多径干扰能力强。OFDM技术已在通信等领域得到广泛的应用，例如欧洲标准DAB、DVB、ADSL、IEEE802.1la和HIPERLAN II等。在传统窄带OFDM系统中，若定时偏差超前而不超过保护间隔，则只带来子载波间干扰(ICI)，需要用信道估计的方法在频域补偿，若滞后则还会带来符号间串扰(ISI)，造成信噪比损失，系统性能严重下降。
[0003]IEEE802.11ad标准规定了一种60GHz OFDM无线通信系统，其系统简略框图如图1所示，该系统的信道带宽为2.16GHz，传输速率可高达2.64Gbps，频带四个中心频率为57.24,59.40,61.56和63.72GHz，其频带划分如图2所示，在低速率时可分别使用，如需高速传输可合并使用。系统由4992点前导和15个OFDM符号组成。系统采用336点LDPC编码，16点QAM调制，FFT长度为512，其中336个信息子载波、16个导频子载波、3个直流子载波和157个空子载波。发送端IFFT后加入长度为128的CP作为保护间隔，组成长度为640的OFDM符号。每帧开始为前导序列，由短训练序列和长训练序列组成。短训练序列主要实现帧同步和频偏估计的功能，长训练序列主要实现信道估计。如图1所示，短训练序列由17个重复的128点Golay互补序列Ga组成，长训练序列由Gv、Gu和-Gb组成。其中
[0004]Gv= [-Gb Ga -Gb -Ga]
[0005]Gu= [-Gb -Ga Gb -Ga]
[0006]Ga和Gb为经过上采样的192点Golay互补序列。系统的帧结构如图3所示。
【发明内容】
[0007]本发明以探求60GHz无线通信系统快速精确帧同步为背景，提出了一种60GHz的OFDM无线通信系统快速精确帧同步方案。其主要思想是利用IEEE802.1lad标准中规定的帧头前导Golay互补序列的相关性。用接收到的前导Golay互补序列与本地保存的Golay互补序列做互相关，自适应地判决门限得到明显的相关峰，达到了精确同步的效果。为提高同步速度，采用隔点相关法和虚部相关法使计算量减少为原来的I / 20。因此，本发明减小了系统运算的复杂度，实现了快速准确的帧同步检测，满足了该突发分组通信系统技术参数的要求。
[0008]本发明的技术方案:
[0009]使用经过信道后帧头中的短训练序列，即17个重复的Golay互补序列与本地保存的Golay互补序列(Ga)进行互相关运算，以进行帧头检测。由于训练序列本身的相关性较好，且Golay互补序列中的每一个数值都能找到一个和其相反数最接近的数，所以在和数据部分做相关时抑制了毛刺的出现。这样使得相关峰值比较突出，利于精确同步。采用自适应判决门限值，可以实现训练序列的起始点相对于其它数据点有较高的峰值差，以便准确检测。通过隔点遍历的方法求帧头的精确起始位置，从而以减少进行相关运算量，降低复杂度。同时对于信噪比较好的信道情况，通过只计算数据实部或虚部的相关值，以降低系统的复杂度。
[0010]本发明的有益效果:
[0011]本发明设计了一种60GHz OFDM无线通信系统的帧同步方案，该方案兼顾了帧同步性能与系统实现复杂度，用复杂度较低的算法来实现对帧头的检测，既保证了接收机快速准确的帧同步检测性能，又降低了实现成本，满足了 IEEE802.1lad作为突发通信的技术参数要求，对实现60GHz OFDM无线通信接收机具有实际指导意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是系统简略框图
[0013]图2是60GHz频带结构图
[0014]图3是前导同步序列结构图
[0015]图4是互相关算法滑动相关示意图
[0016]图5是SNR=IOdB时简化算法的归一化相关曲线
[0017]图6是M (d)峰值随SNR的变化曲线
[0018]图7是二种算法的同步均方误差
[0019]图8是不同信道下同步均方误差
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图和通过实施例对本发明的【具体实施方式】作进一步说明:
[0021]本发明设计了一种60GHz OFDM无线通信系统的帧同步方案，其特征在于:本方案包括以下步骤:
[0022]a.在进行帧同步时，为保证接收信号中至少有一个帧头，在接收端要缓存两个帧长的数据；
[0023]b.在进行帧同步时，将接收信号每192点分为一组送入互相关窗口与本地保存的Golay互补序列Ga做互相关，如图4所示。由于短训练序列是由17个重复的Golay互补序列组成，因此与本地Ga进入相关窗口做互相关时会在每个Ga的起始端出现峰值；[0024]c.在进行互相关运算时，为减少运算量，缩短同步捕获的时间，只对l+mXk(k=l、
2、3…，m为步进长度)处的数据点进行相关运算。整个遍历过程只出现4~5处相关峰值，如图5所示曲线I ;
[0025]d.取最后一个相关峰的位置，从该位置起到训练序列结束点附近逐点进行互相运算，确定训练序列结束的准确位置，即为一帧中信息数据的其实位置。如图5所示曲线2。
[0026]步骤b中对于信噪比较好的信道，在做互相关运算时，可以只计算数据实部或者虚部的互相关值，计算量减少为原来的1/4，如表1所示。
[0027]表1复数相关与实部(虚部)相关计算量比较
【权利要求】
1.一种60GHz OFDM无线通信系统的帧同步方案，其特征在于:本方案包括以下步骤: a.在进行帧同步时，为保证接收信号中至少有一个帧头，在接收端要缓存两个帧长的数据； b.在进行帧同步时，将接收信号每192点分为一组送入互相关窗口与本地保存的Golay互补序列Ga做互相关，如图4所示。由于短训练序列是由17个重复的Golay互补序列组成，因此与本地Ga进入相关窗口做互相关时会在每个Ga的起始端出现峰值； c.在进行互相关运算时，为减少运算量，缩短同步捕获的时间，只对l+mXk(k=l、2、3...，m为步进长度)处的数据点进行相关运算。整个遍历过程只出现4~5处相关峰值，如图5所示曲线I ; d.取最后一个相关峰的位置，从该位置起到训练序列结束点附近逐点进行互相关运算，确定训练序列结束的准确位置，即为一帧中信息数据的起始位置。如图5所示曲线2。
2.根据权利要求1所述的一种60GHzOFDM无线通信系统的帧同步方案，其特征在于:步骤b中对于信噪比较好的信道，在进行互相关运算时，可以只计算数据实部或者虚部的互相关值，计算量减少为原来的I / 4。如表1所示。 表1复数相关与实部(虚部)相关计算量比较_
3.根据权利要求1所述的一种60GHzOFDM无线通信系统的帧同步方案，其特征在于:步骤b所述的互相关峰值的判定采用自适应方法。由于峰值的大小彼此不相等，最大值出现的位置不确定，但相对于数据部分是突出的。因此，改自适应方法为:计算峰值中的最大值，取其最大值的0.4倍作为判决门限，第一个超过此门限的峰值即为帧的起始位置。
4.根据权利要求1所述的一种60GHzOFDM无线通信系统的帧同步方案，其特征在于:步骤c中步进m越大,贝U遍历计算量越小,经过相关计算能够出现的相关峰也就越少。因此，造成检测可靠性也随之降低，甚至在m取某些值下，恰好完全没有相关峰出现。经过对训练序列长度的分析，m取5时效果最好。此时遍历的次数为全遍历的I / 5，节约了同步捕获时间。
【文档编号】H04L27/26GK103532903SQ201310538149
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】吴虹, 陈坤, 林鹏 申请人:南开大学