一种基于wifi系统的频偏估计方法和装置与流程

本发明涉及频偏估计技术领域，具体涉及一种基于wifi系统的频偏估计方法和装置。

背景技术：

对于通信系统中的接收机而言，采样晶振的精度误差会造成频率偏差，这种频率偏差会造成接收机的整体性能损失。一般接收机经过频偏估计和频偏补偿后，频偏影响会得到抑制；但是由于信道环境和噪声影响，频偏估计可能不精确，这样在数据解调的过程中，该不精确的频偏估计会直接影响接收机的性能，特别是对于数据帧比较长的系统，这个问题就显得尤其的突出。

对于wifi中ofdm系统(11a/g/n等)而言，也有相同的问题。在wifi物理层分组结构中，短训练字段(stf)和长训练字段(ltf)被引入，用于进行频偏估计。其中stf处于分组开始部分，其被用于初始频偏估计，接收机使用初始频偏估计的频偏粗估计结果对stf后面的内容(包括ltf)进行频偏补偿，然后利用后面的ltf继续进行精频偏估计和精频偏补偿。

以802.11a的分组结构为例，其分组结构如下：

由此可知，短训练序列长度是8us。如下式所示，stf在一个码元里占有12个子载波，用64长的ifft，它可以生成个3.2us的时域序列。该序列重复2.5次就可以生成10个短码元，总长度为8us。

stf的时域波形如图1所示，stf拥有10个重复的长度为0.8us的短码元，其拥有比较好的相关特性和低峰均比功率。stf可以用于初始频偏粗估计。由于码元的重复，在相隔0.8us(或者在取样频率为f_samp＝20mhz时为16个采样点)的stf中，两个取样相位差允许对频率偏移的评估。这个操作以解决发送设备和接收设备间高达±625khz的频率偏移。

以802.11a的分组结构，采样频率为20mhz为例，假设接收stf信号为r(n),n＝0,1,..,159,那么频偏估计结果为：

其中arg(.)是求相位操作，conj(.)是共轭操作，n为初始频偏估计所使用到的码元数，其最大值是10；δt为采样间隔，这里δt＝50ns。

在wifi物理层分组结构中的stf中，现有的初始频偏估计仅仅利用相隔0.8us(1个短码元)的采样点的相位差来计算频偏估计结果。假如信噪比比较高的情况下，现在的初始频偏估计技术是没有问题的；但是当信噪比比较低的情况下，因为噪声影响，现在的初始频偏估计技术精度不准确，这种不精确的初始频偏估计结果会造成后面的频偏精估计和接收机整体的性能损失。

技术实现要素：

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种基于wifi系统的频偏估计方法和装置。

本发明公开了一种基于wifi系统的频偏估计方法，包括：

步骤1、利用相隔一个和多个短码元的采样点的相位差，计算两采样点的频偏估计结果；

步骤2、对计算得到的多个两采样点的频偏估计结果进行加权和，得到wifi系统的初始频偏估计结果。

作为本发明的进一步改进，所述步骤1，包括：

利用n个0.8us短码元，采样频率为20mhz，分别利用相隔(0.8*l)us的两采样点的频偏估计结果为：

式中：

为相隔(0.8*l)的两采样点的频偏估计结果；

arg(.)为求相位操作；

conj(.)为共轭操作；

δt为采样间隔。

作为本发明的进一步改进，所述步骤2，包括：

式中：

fest为wifi系统的初始频偏估计结果；

w(l)是各个利用相隔(0.8*l)us的两采样点的相位差计算所得的频偏估计结果的权重值。

本发明还公开了一种基于wifi系统的频偏估计装置，包括：

第一计算模块，用于利用相隔一个和多个短码元的采样点的相位差，计算两采样点的频偏估计结果；

第二计算模块，用于对计算得到的多个两采样点的频偏估计结果进行加权和，得到wifi系统的初始频偏估计结果。

作为本发明的进一步改进，所述第一计算模块，用于：

利用n个0.8us短码元，采样频率为20mhz，分别利用相隔(0.8*l)us的两采样点的频偏估计结果为：

式中：

为相隔(0.8*l)的两采样点的频偏估计结果；

arg(.)为求相位操作；

conj(.)为共轭操作；

δt为采样间隔。

作为本发明的进一步改进，所述第二计算模块，用于：

式中：

fest为wifi系统的初始频偏估计结果；

w(l)是各个利用相隔(0.8*l)us的两采样点的相位差计算所得的频偏估计结果的权重值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明不仅仅利用相邻短码元的相位差进行频偏估计，同时也结合非相邻码元的相位差进行频偏估计，使相位差合并增益增大，具有更好的抗噪声特性，从而使得初始频偏估计结果更精确。

附图说明

图1为stf的时域波形图；图2为本发明一种实施例公开的基于wifi系统的频偏估计方法的流程图；

图3为本发明一种实施例公开的基于wifi系统的频偏估计装置的框架图；

图4为现有初始频偏估计方法和本发明提供的初始频偏估计方法计算所得到的频偏估计误差对比图；

图5为现有初始频偏估计方法和本发明提供的初始频偏估计方法计算所得到的频偏估计误差的方差对比图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

在wifi物理层分组结构中，stf拥有10个0.8us重复短码元。本发明提供的频偏估计的方法和装置针对于背景技术中存在的问题，不仅仅利用相邻码元的相位差进行频偏估计，同时也结合非相邻码元的相位差进行频偏估计，其具体实施方案如下：

如图2所示，本发明提供一种基于wifi系统的频偏估计方法，包括：

步骤1、利用相隔一个和多个短码元的采样点的相位差，计算两采样点的频偏估计结果；其中：

利用n个0.8us短码元，采样频率为20mhz，分别利用相隔(0.8*l)us的两采样点的频偏估计结果为：

式中：

为相隔(0.8*l)的两采样点的频偏估计结果；

arg(.)为求相位操作；

conj(.)为共轭操作；

δt为采样间隔。

步骤2、对计算得到的多个两采样点的频偏估计结果进行加权和，得到wifi系统的初始频偏估计结果；其中：

式中：

fest为wifi系统的初始频偏估计结果；

w(l)是各个利用相隔(0.8*l)us的两采样点的相位差计算所得的频偏估计结果的权重值。

如图3所示，本发明提供一种基于wifi系统的频偏估计装置，包括：

第一计算模块，用于利用相隔一个和多个短码元的采样点的相位差，计算两采样点的频偏估计结果；其中：

利用n个0.8us短码元，采样频率为20mhz，分别利用相隔(0.8*l)us的两采样点的频偏估计结果为：

式中：

为相隔(0.8*l)的两采样点的频偏估计结果；

arg(.)为求相位操作；

conj(.)为共轭操作；

δt为采样间隔。

第二计算模块，用于对计算得到的多个两采样点的频偏估计结果进行加权和，得到wifi系统的初始频偏估计结果；其中：

式中：

fest为wifi系统的初始频偏估计结果；

w(l)是各个利用相隔(0.8*l)us的两采样点的相位差计算所得的频偏估计结果的权重值。

设置仿真条件为：实际频偏是0hz，信噪比snr＝10db，仿真次数为1000个分组，那么现在的初始频偏估计方法和本发明提供的初始频偏估计方法计算所得到的频偏估计误差如图4所示。

设置仿真条件为：实际频偏是0hz，仿真次数为1000个分组，那么在不同的信噪比情况下，现在的初始频偏估计方法和本发明提供的初始频偏估计方法计算所得到的频偏估计误差的方差如图5所示。

通过以上仿真结果，和现在的初始频偏估计方法相比，本发明提供的初始频偏估计方法拥有更好的精确度。

进一步，本发明也可利用分组中的其他的字段来估计频偏。

本发明的优点为：

本发明不仅仅利用相邻短码元的相位差进行频偏估计，同时也结合非相邻码元的相位差进行频偏估计，使相位差合并增益增大，具有更好的抗噪声特性，从而使得初始频偏估计结果更精确。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。