一种可靠的OFDM-WALN信号解调算法

  作者:陈凤林,陈 亮,刘小刚 时间:2019-08-12来源:电子产品世界

  陈凤林 1,2,陈 亮 3,刘小刚 1,2

  (1.中国电子科技集团公司第四十一研究所,安徽 蚌埠 233010;2.电子信息测试技术安徽省重点实验室,安徽 蚌埠 233010;3.安徽省科学技术研究院,安徽 合肥 230031)

  摘 要:本文针对OFDM-WLAN基带信号提出了一种可靠的解调算法,OFDM-WLAN信号经过变速率采样后,运用了时频域相结合频偏矫估计方法,准确地矫正频偏,进而根据导频点去除相偏,并成功应用于不同调制方式基带信号的解调。

  关键词:OFDM;信号同步;频偏矫正;相偏矫正;星座图

  *项目基金:国家科技重大专项,增强移动宽带5G终端模拟器(No.2017ZX03001021)

  0 引言

  近年来,由于互联网在全球的快速发展,人民的工作与生活越来越依赖互联网,产生大量的WLAN服务需求。IEEE 802.11系列标准WLAN开始于20世纪90年代末,现在几乎每一个笔记本电脑或智能设备都有一个内置的WLAN卡。OFDM(正交频分复用)作为一种高效的多载波调制方案,几年来备受关注。由于OFDM能有效抑制多径时延,且频谱利用率较高,被广泛认为是在无线时变信道中实现高速数据传输的重要手段。目前,许多具有广阔应用前景的WLAN标准,都将OFDM作为核心方案。本文介绍一种时频域相结合频偏矫正方法实现WLAN信号的解调方法。主要包括变速率采样、信号同步、粗频偏估计、FFT、信道估计、细频偏矫正、相偏矫正,最后得到分析结果。

  1 物理层帧格式

  物理层协议数据单元(PPDU)帧结构,主要包括前导码(Preamble)、报头(Header)和数据域(Data)部分,如图1所示。

1565677714789063.jpg

  2 正交频分复用(OFDM)

  OFDM作为一种高效的多载波调制方案,能有效抑制多径时延,且频谱利用率较高,被广泛认为是在无线时变信道中实现高速数据传输的重要手段。图2显示的是OFDM的系统框图。

1565677736686769.jpg

  3 算法描述

  本文介绍一种时频域相结合频偏矫正方法实现WLAN信号的解调方法。算法流程主要包括变速率采样、信号同步、粗频偏估计、FFT、信道估计、细频偏矫正、相偏矫正。该方法的流程如图3.

1565677762542569.jpg

  4 仿真及实例应用

  WLAN信号源采用的是SMW200A信号源,可以支持发射IEEE 802.11b/a/g/n等多个协议及多种调制方式的WLAN信号。

  4.1 信号同步

  PLCP前导码包括10个短训练序列t 1 ~t 10 和2个长训练序列T 1 和T 2 组成,如图4。GI2是短训练序列和长训练序列之间的保护间隔,数量为32;SIGNAL为包含一个OFDM信号的信令部分,后面的数据部分根据实际情况OFDM长度可变,每个OFDM信号前有16个保护间隔GI。

1565677787647408.jpg

  WLAN信号同步包括两个步骤:功率触发找到粗略同步点,再根据短序列滑动相关找到精确同步点。短序列滑动相关的结果值如下图,可以看见最大值很明显,当前点就是要找的同步点。

1565677810684356.jpg

  4.2 频偏矫正

  在信号FFT处理之前,对时域信号进行同步及初步的频偏估计和矫正,分别用到了PLCP前导码中的短符号和长符号,初步频偏估计主要是根据长符号与其参考信号的相关性。

  细频偏估计过程是在信号进行FFT处理之后由信道估计获得,相偏估计值是由导频点获得。各个点的频率偏移值如图6,则线性拟合的斜率就是频偏矫正用到的频偏值。

1565677836298898.jpg

  4.3 实例应用

  通过上述算法解调不同调制方式的OFDM-WLAN信号,包括QPSK,16QAM,64QAM。解调的星座图如图7~图9。

1565677417835728.jpg

1565677417516578.jpg

1565677417923077.jpg

  5 结论

  本文设计并实现了OFDM-WLAN信号的基带信号的解调过程,不同调制方式下基带信号通过变速率采样、信号同步、粗频偏估计、FFT、信道估计、细频偏矫正、相偏矫正后,解调结果稳定,星座图指标良好,解调结果可靠。

  参考文献

  [1] 阮文,张煜.WLAN802.11b基带发射信号解调过程的研究[J].软件,2016,37(10):59-63.

  [2] 刘雪梅,等.OFDM-WLAN系统物理层建模与仿真[J].电子工程师,2007,33(4):17-20[3] 张金霞,林其伟.基于IEEE 802.11 标准的WLAN的物理层方案[B].现代电子技术,2004(4):62-66.

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

  作者简介:

  陈凤林,男,助理工程师,主要研究方向:信号与信息处理。


关键词: 201908 OFDM 信号同步 频偏矫正 相偏矫正 星座图

加入微信
获取电子行业最新资讯
搜索微信公众号:EEPW

或用微信扫描左侧二维码

相关文章

查看电脑版