一種可靠的OFDM-WALN信號(hào)解調(diào)算法

　　陳鳳林 ^1,2，陳?亮 ³，劉小剛 ^1,2

　?。?.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所，安徽?蚌埠?233010；2.電子信息測(cè)試技術(shù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(duì)OFDM-WLAN基帶信號(hào)提出了一種可靠的解調(diào)算法，OFDM-WLAN信號(hào)經(jīng)過變速率采樣后，運(yùn)用了時(shí)頻域相結(jié)合頻偏矯估計(jì)方法，準(zhǔn)確地矯正頻偏，進(jìn)而根據(jù)導(dǎo)頻點(diǎn)去除相偏，并成功應(yīng)用于不同調(diào)制方式基帶信號(hào)的解調(diào)。

　　關(guān)鍵詞：OFDM；信號(hào)同步；頻偏矯正；相偏矯正；星座圖

　　*項(xiàng)目基金：國(guó)家科技重大專項(xiàng)，增強(qiáng)移動(dòng)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(gè)筆記本電腦或智能設(shè)備都有一個(gè)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(shí)延，且頻譜利用率較高，被廣泛認(rèn)為是在無線時(shí)變信道中實(shí)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(shí)頻域相結(jié)合頻偏矯正方法實(shí)現(xiàn)WLAN信號(hào)的解調(diào)方法。主要包括變速率采樣、信號(hào)同步、粗頻偏估計(jì)、FFT、信道估計(jì)、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(bào)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(shí)延，且頻譜利用率較高，被廣泛認(rèn)為是在無線時(shí)變信道中實(shí)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(shí)頻域相結(jié)合頻偏矯正方法實(shí)現(xiàn)WLAN信號(hào)的解調(diào)方法。算法流程主要包括變速率采樣、信號(hào)同步、粗頻偏估計(jì)、FFT、信道估計(jì)、細(xì)頻偏矯正、相偏矯正。該方法的流程如圖3.

　　4 仿真及實(shí)例應(yīng)用

　　WLAN信號(hào)源采用的是SMW200A信號(hào)源，可以支持發(fā)射IEEE 802.11b/a/g/n等多個(gè)協(xié)議及多種調(diào)制方式的WLAN信號(hào)。

　　4.1 信號(hào)同步

　　PLCP前導(dǎo)碼包括10個(gè)短訓(xùn)練序列t 1 ~t 10 和2個(gè)長(zhǎng)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(zhǎng)訓(xùn)練序列之間的保護(hù)間隔，數(shù)量為32；SIGNAL為包含一個(gè)OFDM信號(hào)的信令部分，后面的數(shù)據(jù)部分根據(jù)實(shí)際情況OFDM長(zhǎng)度可變，每個(gè)OFDM信號(hào)前有16個(gè)保護(hù)間隔GI。

　　WLAN信號(hào)同步包括兩個(gè)步驟：功率觸發(fā)找到粗略同步點(diǎn)，再根據(jù)短序列滑動(dòng)相關(guān)找到精確同步點(diǎn)。短序列滑動(dòng)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(diǎn)就是要找的同步點(diǎn)。

　　4.2 頻偏矯正

　　在信號(hào)FFT處理之前，對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行同步及初步的頻偏估計(jì)和矯正，分別用到了PLCP前導(dǎo)碼中的短符號(hào)和長(zhǎng)符號(hào)，初步頻偏估計(jì)主要是根據(jù)長(zhǎng)符號(hào)與其參考信號(hào)的相關(guān)性。

　　細(xì)頻偏估計(jì)過程是在信號(hào)進(jìn)行FFT處理之后由信道估計(jì)獲得，相偏估計(jì)值是由導(dǎo)頻點(diǎn)獲得。各個(gè)點(diǎn)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(shí)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(hào)，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(jì)并實(shí)現(xiàn)了OFDM-WLAN信號(hào)的基帶信號(hào)的解調(diào)過程，不同調(diào)制方式下基帶信號(hào)通過變速率采樣、信號(hào)同步、粗頻偏估計(jì)、FFT、信道估計(jì)、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(xiàn)

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　　[2] 劉雪梅,等.OFDM-WLAN系統(tǒng)物理層建模與仿真[J].電子工程師，2007,33(4)：17-20[3] 張金霞,林其偉.基于IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)的WLAN的物理層方案[B].現(xiàn)代電子技術(shù),2004(4):62-66.

　　[4] IEEE Std 802.11a-1999(Supplement to IEEE Std 802.11-1999).

　　作者簡(jiǎn)介：

　　陳鳳林，男，助理工程師，主要研究方向：信號(hào)與信息處理。