一种可靠的OFDM-WALN信号解调算法
原标题:一种可靠的OFDM-WALN信号解调算法
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。
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。
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.
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。
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。
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。
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。
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。
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