802.11协议OFDM接收部分同步实现方案

1、802.11协议OFDM接收局部同步实现方案论文导读：系统已经越来越受到人们的广泛关注。同步技术的应用。根据802.11协议系统。系统由于各个子载波之间存在正交性。个OFDM符号包含许多采样信号点。无线局域网，802.11协议OFDM接收局部同步实现方案。关键词：OFDM，同步，802.11协议，无线局域网，载波，采样1引言：近年来，OFDM系统已经越来越受到人们的广泛关注，其原因在于OFDM系统存在如下的主要优点：(1)可以有效的减小无线通信的时间弥散带来的符号间干扰，这样就减小了接收机均衡器的复杂度，通过采用插入循环前缀的方法彻底消除ISI的不利影响；(2)OFDM系统由于各个子载波之间存

2、在正交性，允许子信道的频谱互相重叠，与常规时分复用系统相比，OFDM系统可以最大限度的利用频谱资源；(3)各个子信道中的这种正交调制和解调可以采用IFFT和FFT方法实现；(4)OFDM可以很容易的通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中的不同传输速率，满足非对称高速数据传输的要求；(5)抵抗信道的频率选择性。无线信道存在频率选择性，但不可能所有的子载波都处于深衰落，因此可以通过动态比特分配以及动态子信道功率分配的方法，充分利用信噪比拟高的信道，提高系统性能；(6)OFDM系统可以容易多址和多用户接入，构成OFDMA系统；(7)OFDM可以某种程度上抵抗窄带干扰。2 OFDM同步技术的应

3、用在单载波系统中，载波频率偏移只会对接收信号造成一定的衰减和相位旋转，可以通过均衡等方法来加以克服，OFDM多载波调制系统与其他数字通信系统样，也需要可靠的同步技术。一个OFDM符号包含许多采样信号点，由于OFDM符号的持续时间远大于采样间隔，时延扩展或定时偏差所产生的符号间干扰(ISI)相对较小，对系统性能影响不大。OFDM系统通过引入循环前缀(CP)来容纳符号间干扰，般CP的长度都设计都大于最大信道时延，只要0FDM符号的FFT窗开始位置处于无干扰的CP局部就不会带来ISI干扰，因此存在循环前缀的OFDM系统对时间同步要求不同，这点与单载波系统不同。对于无线通信来说，无线信道存在时变性，无

4、线信号在传输过程中会出现频率偏移，例如多普勒频移，或者由于发射机载波频率与接收机本振之间存在的频率偏差，这些都会使得OFDM系统中各子载波之间的正交性遭到破坏，从而导致子信道间的信号相互干扰(ICI)。由于OFDM系统各个子载波相互正交，才表现出OFDM系统很多优异特性；也正是由于OFDM系统各子载波间的正交性，使得OFDM系统对系统频偏常敏感。在OFDM接收同步中主要包括定时同步，载波频率同步和采样同步三步。(1)定时同步又分为帧同步和符号同步。(2)载波频率同步作用是检测频偏偏移并进行补偿。(3)采样时钟同步消除发射与收端A/D采样频率，相位偏移。(4)剩余相位补偿。1. 帧同步帧同步的作

5、用主要是为了找数据分组起始的粗略估计，这是OFDM接收局部的起始，我们要做的就是检测突发的传输状态下，接收端在信道上是否有新的数据到达。利用前导结构用双滑动窗口分组检测算法实现根据802.11协议系统，参加了前导序列来帮助同步的实现，如下图有10个长度为16的短训练序列，其结构都为周期循环模式，可完成分组检测，AGC，粗频偏估计和符号同步等功能。同样参加两个长训练序列用于信道估计和细频偏估计。用前导进行分组检测的算法利用短训练符号的周期性，即延时相关算法，延时相关为这里为当前接收到的L个数据与D个时刻接收到的L个数据相关。接收到的能量为那么相关判决为当接收的只有噪声时，输出的延时相关理想值为零

6、，相关判决很小，当接收到第二个循环符号时，相关判决明显增大，并出现9个短训练序列的相关平坦。需要根据不同的信道噪声影响，设置不同的门限阈值。2载波同步OFDM技术用多个子信道重叠来传输信号，所以需要使子载波正交来保证正确性，但是由于多普勒频移和收发晶振不同，是载波频率有所偏差，并且影响到相位。在这里我们利用循环前缀来完成OFDM信号的载波同步有两种算法，即时域和频域载波同步算法这里选择了时域方法利用信号的数据辅助的最大似然算法。需要两个有连续重复符号的训练序列。根据802.11协议，不管长训练符号还是短训练符号都满足。假设发送信号，那么通带信号复基带模型为f为发射载波频率，为采样周期在接收端，

7、忽略噪声，复基带信号为为发射和接收频率偏差那么两个周期符号延时16个采样点，符号长度为L,那么相关延时相关和为如果没有频偏，R是实数，如上式可以看出频偏的估计值为其中，为对复数R取角度运算。科技论文，无线局域网。时域方法的特性根据上述的时域算法分析，R的形式为,严格定义在范围内，可估计的最大频率误差为从上式可以看出，可计算的最大频差与重复符号的长度有关，根据802.11系统，前导的段训练序列和周期训练序列都可进行载波频估。科技论文，无线局域网。根据协议，短训练符号取样时间为50ns，延时D=16，那么可估算的最大频差为=对于长训练序列，D=64,那么=从上式可以看出，如果频差在长短训练序列估算

8、最大值之间的话，单用长训练序列就会不准确，所以通常会用短训练序列做粗载波同步估计和用长训练序列做细载波同步估计对频差做进一步修正。3符号同步根据分组检测提供的粗略估计可以看出符号的大致的起始，而对数据分组的准确估计需要符号同步来完成。在协议中设计的发射机和接收机两端的前导结构都是的，所以载波同步后可以用短训练符号来做互相关。把接受的数据分组域本地的短训练符号的共轭复数相乘累加，那么相关系数为D为相关长度，D=16，为短训练符号的周期长度。当|出现峰值的时候，表示这时一个短训练符号结束，即用这一点特性，可以找到整个OFDM所有短训练序列的结束点。当最后一个峰值出现时，就是整个短训练符号的结束点。

9、4采样频率同步由于数模转换和模数转换等变换时晶振不可能有完全相同的时钟周期和相位，这样两者会产生采样的偏差，一是使FFT周期的偏差，这样采样子载波之间不再正交，从而产生信道间的干扰，二是采样频偏产生时变的定时偏差，经过DFT后会导致时变的相位变化。假设采样时钟为，采样时钟误差为，经过ADC采样后，受到影响的信号为y=yy=y=yn=l,0经过FFT后，采样点偏移表现为乘上e，即数据产生wl的相位偏移，其中w时第k个子载波的频率，那么第k个载波由于采样频偏产生的相位偏移可表示为=又因为T/=1/所以=2=sks为2l/从上式可以看出，只要求出s就可获得所有载波的相位旋转因子，加以补偿。在802.

10、11系统中，一个OFDM符号有4导频子载波，假设导频其为其中k为子载波符号，那么接收到的导频信号为=上式， 为导频信号频率信道响应，在对接收信号进行信道估计后，得到每个子载波的信道估计值。然后对导频信号进行信道均衡，再与导频取样P进行相关，得到P=P= | P|e対上式进行相位估计就可得到相位旋转信息= sk我们用每个导频的旋转相位构成关于s线性方程=用最小二乘法得到s=()=在协议中，4个导频信号子载波位置分别是8,22,44，和58，那么带入上式为，s=根据上式就可以求的载波的相位旋转因子。5. 剩余相位跟踪OFDM系统虽然进行载波频率同步但是还是会产生一些的剩余偏差，这些引起的相位偏移，

11、变现为星座图的旋转。剩余相位跟踪的原理主要是有数据辅助法和非数据辅助法，根据协议系统每个符号包含4个预先确定的子载波，即导频信号。由下列图可以看到剩余相位剩余偏差及其补偿的影响补偿前相位图数据经过相位补偿后相位图数据剩余相位跟踪的原理主要是有数据辅助法和非数据辅助法，根据协议系统每个符号包含4个预先确定的子载波，即导频信号。科技论文，无线局域网。科技论文，无线局域网。设表示接收到的第m个OFDM信号的第n个导频信号，P为发送端，也就是导频，在第m个接收符号DFT处理后，接受的导频等于信道响应与导频符号的成绩与参与频差旋转作用的结果=HPe为经载波频偏校正后的残留频差。科技论文，无线局域网。假设

12、频域信道响应估计是精确的，那么可忽略其影响= Pe那么相位估算为=对于802.11协议来说，P为+1或-1，N=4，那么上式可以化简为=2m那么补偿因子为e=e=e=最后对接收到的数据进行相位补偿，如下式re3 结束语良好的同步是实现OFDM系统优异性能的前提和根底。科技论文，无线局域网。本文系统地介绍了OFDM系统中的各种同步技术。按照目的的不同，同步技术可分为采样钟同步、符号同步和频率同步。按照利用资源的不同，可划分为基于循环前缀(CP)的算法类，基于数据辅助的同步算法类和盲同步算法类。各类算法有其自身的优势和劣势。基于CP的同步算法类不需要增加额外的资源开销，在AWGN信道下具有较好的同步性能。在时间弥散信道下由于受符号间干扰(ISI)的影响，基于CP类的同步算法性能将受到严重恶化。基于数据辅助的同步算法类在AWGN信道和时间弥散信道中均朗获得很好的性能，但由于其需要额外的数据资源开销，降低了系统频谱效率。盲同步算法类根据信号的阶阶统计特性进行同步估计，其不需要任何资源开销。由于其计算复杂度很大及有限的性能，实际应用价值不大，然而对其进行深入研究仍具有很好的理论意义。参考文献：【1】