一种基于IEEE802.11协议的正交频分复用技术多帧同步方法技术

本发明专利技术请求保护一种基于IEEE802.11a的OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)技术多帧同步方法，涉及通信技术，实现接收端基带信号多突发帧的帧头和帧尾识别。包括：利用接收机基带信号静默期完成粗同步帧头估计；截取粗同步后最小帧长度，根据最小帧长度里存在短训练序列滑动自相关得到精同步帧头估计；根据帧尾符号到下一帧前的静默期功率突变性，获得帧尾估计；截取帧结尾后的数据重复检测，直到检测完接收信号含有的所有突发帧。本发明专利技术利用接收信号自身特性完成接收端多突发帧同步，降低了实现难度及运算复杂度，接收端基带信号多突发帧的帧同步提供了一种简单而有效的解决方案。

A multi frame synchronization method based on IEEE802.11 protocol for orthogonal frequency division multiplexing

The present invention relates to IEEE802.11a based OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, orthogonal frequency division multiplexing) multi frame synchronization method, relates to communication technology, realization of the base band signal receiving multiple burst frame head and tail frame recognition. Including: using the receiver baseband signal the silent period complete the coarse synchronization frame head estimation; interception coarse synchronization minimum frame length according to the minimum frame length in the presence of short training sequence sliding self correlation get precise synchronization frame according to the frame estimation; tail symbol to the silent period power mutagenicity of next frame before the frame tail estimation; interception frame data after repeated testing, until the end of all detection received signal containing burst frame. The invention uses the received signal characteristics of complete receiver burst frame synchronization, reduce the complexity and computational complexity, the base band signal receiving multiple burst frame synchronization provides a simple and effective solution.

【技术实现步骤摘要】
一种基于IEEE802.11协议的正交频分复用技术多帧同步方法
本专利技术涉及移动通信技术帧同步领域，特别是涉及一种基IEEE802.11a的OFDM技术多帧同步方法。
技术介绍
在通信中，由于实际无线信道的多径性和时变性，OFDM系统的同步位置需要具有较高的准确性才能保证系统的性能。一般通信系统的接收机系统框图如图1所示，本专利技术所涉及的模块为图1中的“帧同步”部分。符合IEEE802.11a标准协议的基带信号由短训练序列、长训练序列、信号和数据符号构成，如图2所示。在IEEE802.11a系统中，帧同步往往利用4个重复的短训练序列完成定时同步，这种方法得到的代价函数在这四个短训练序列出现的位置处呈现平坦特性，从而不能精确的确定帧头开始的位置。另一种常见是在接收端产生未受噪声影响的短训练序列作为参考信号，与接收到的10个重复的短训练序列分别进行相关运算，可以得到10个的峰值，但是随着SNR(SignalNoiseRatio,信噪比)的降低和多径衰落的影响10峰值旁边会产生多个伪峰，从而峰值检测法变得困难。另外，接收信号可能不只一帧，多帧情况下训练序列在进行帧同步时会互相干扰，因此在多突发帧的情况下正确检测出各帧头与帧尾成了挑战，以上所描述的平台和伪峰及多帧检测都是研究难点所在。结合上述，OFDM系统中的同步技术主要采用相关序列进行相关同步的方法，且这些方法被广泛接受。对于一般的WLAN设备而言，不停的相关运算将会带来时间损耗，增加设备负担。因此，本专利技术首先利用粗同步先定位信号的大致位置，然后进行相关同步，减少相关同步次数。其中本专利技术的相关同步算法以802.11a为例，不仅适用于802.11g，而且适用于采用了MIMO(MultipleInputMultipleOutput,多入多出)技术的802.11n及802.11ac。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种方法。本专利技术的技术方案如下：一种基于IEEE802.11协议的正交频分复用技术多帧同步方法，其包括以下步骤：101、接收机在基带信号的静默期完成粗同步帧头估计；102、截取粗同步后的最小帧长度，根据最小帧长度里存在的短训练序列滑动自相关得到精同步帧头估计；103、根据帧尾符号到下一帧前的静默期功率突变性，获得帧尾估计；104、截取帧结尾后的数据重复检测，重复帧头和帧尾检测，直到检测完接收信号含有的所有突发帧，即完成帧同步，帧同步包括帧头和帧尾检测。进一步的，所述IEEE802.11包括IEEE802.11a、802.11g及采用了MIMO技术的802.11n及802.11ac。进一步的，步骤101接收机在基带信号的静默期完成粗同步帧头估计包括步骤：利用突发帧到来前的静默期完成粗同步帧头估计，确定参数主要包括滑动窗口Wcoarse、门限Tcoarse和接收信号为r(d)，d表示当前窗口位置；从d＝1开始，计算Wcoarse窗口内信号的总功率及间隔Wcoarse下一个窗口内功率比值，将比值与Tcoarse做比较，若大于Tcoarse，则窗口向前滑动一个采样点，即d加1，重复计算比值，当出现比值小于Tcoarse时，说明比值中分子窗口内的采样点为静默期采样点，而比值中分母窗口内功率值包含了突发帧功率，此时比值分子上的窗口信号位置d作为粗同步帧头位置。进一步的，所述步骤102截取粗同步后的最小帧长度包括：根据接收信号提取实际采样率、理想采样率、理想采样率下长、短训练序列、信号和数据符号，分别表示为Sreal、Sideal、Mlong、Mshort、Nsignal和Ndata，实际接收信号长训练序列、短训练序列、信号和数据符号采样点个数表示为和最小帧长度Lmin表示为：进一步的，所述步骤102截取粗同步帧头后的信号为更新的接收信号，d更新为1，判定Cupdata是否大于Lmin，Cupdata为更新的接收信号长度，若不是则该数据不存在完整帧，若是则接收数据存在完整帧。进一步的，当接收数据存在完整帧时，设置第一滑动窗口Wfine，对更新的接收信号，从d＝1开始取Wfine个点，将Wfine内后1/2信号取共轭与前1/2数据分别相乘再求和后取模得到第一个度量值，表示为：n表示第一滑动窗口内的采样点，其中1≤n≤Wfine/2；窗口右移一位，即d+1赋给d，重复求取P(d)，直至d滑动到接收信号第Lmin-Wfine处，至此得到Lmin-Wfine个度量值构成的代价函数，代价函数表示为：进一步的，步骤102所述根据最小帧长度里存在的短训练序列滑动自相关得到精同步帧头估计具体为：如果接收信号含有短训练序列，则代价函数中将产生单一、尖锐的相关峰，该峰值索引即为接收信号的精同步帧头位置。进一步的，步骤103所述根据帧尾符号到下一帧前的静默期功率突变性，获得帧尾估计包括：确定帧尾估计使用的参数，包括第二滑动窗口Wend、门限Tend及结合精同步再次更新的接收信号；从d＝1开始，计算Wend窗口内信号功率及间隔Wend下一个窗口内功率比值，将比值与Tend比较，若大于Tend，则d+Wfine赋给d，重复计算比值，当出现比值小于门限值时，即窗口滑动到最后一个数据符号，完成帧尾估计。本专利技术的优点及有益效果如下：本专利技术针对现有技术的缺陷及存在的问题，设计一种基于IEEE802.11a的OFDM技术多帧同步方法。本专利技术提出的算法的思路首先避免采用呈现平坦特性的代价函数，而希望构造的代价函数能在正确的同步位置形成单一、尖锐的相关峰。尽可能避免由于SNR的下降以及多径信道的影响，而造成代价函数的起伏，从而减小在这种环境下的估计误差，同时也考虑尽可能减小实现上的复杂度，便于硬件实现。另外，考虑在多帧情况下，能正确分拣出各帧，避免多帧的相关峰影响到各帧检测。本专利技术最大的创新点及解决技术问题的核心思想在于采用接收端基带信号功率检测与滑动自相关的方法，通过检测静默期到突发帧到来的功率突变，得到粗同步帧头，通过短训练序列接收期间只形成单一尖锐的相关峰，完成精同步帧头；通过帧尾到静默期功率突变检测帧尾。正如一般相关领域技术人员所知，这是下一步基带信号解调的必要条件，通过此技术过程也可以避免由于SNR的下降以及多径信道的影响而造成无法精确进行帧同步这一技术难题。附图说明图1是本专利技术提供优选实施例OFDM接收机系统框图；图2为IEEE802.11a帧结构示意图；图3为精同步帧头估计流程图；图4为精同步帧头估计采用上述方法后得到的4帧同步点。图5为本专利技术优选实施例的简要流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是，设计一种基于IEEE802.11a的OFDM技术多帧同步方法，该方法包括以下处理步骤：1.利用突发帧到来前的静默期完成粗同步帧头估计，确定参数主要包括滑动窗口Wcoarse、门限Tcoarse和接收信号为r(d)，d表示当前窗口位置；从d＝1开始，计算Wcoarse窗口内信号的总功率及间隔Wcoarse下一个窗口内功率比值，将比值与Tcoarse做比较，若大于Tcoarse，则窗口向前滑动一个采样点，即d加1，重复计算比值，当出现比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于IEEE802.11协议的正交频分复用技术多帧同步方法，其特征在于，包括以下步骤：101、接收机在基带信号的静默期完成粗同步帧头估计；102、截取粗同步后的最小帧长度，根据最小帧长度里存在的短训练序列滑动自相关得到精同步帧头估计；103、根据帧尾符号到下一帧前的静默期功率突变性，获得帧尾估计；104、截取帧结尾后的数据重复检测，重复帧头和帧尾检测，直到检测完接收信号含有的所有突发帧，即完成帧同步。

【技术特征摘要】
1.一种基于IEEE802.11协议的正交频分复用技术多帧同步方法，其特征在于，包括以下步骤：101、接收机在基带信号的静默期完成粗同步帧头估计；102、截取粗同步后的最小帧长度，根据最小帧长度里存在的短训练序列滑动自相关得到精同步帧头估计；103、根据帧尾符号到下一帧前的静默期功率突变性，获得帧尾估计；104、截取帧结尾后的数据重复检测，重复帧头和帧尾检测，直到检测完接收信号含有的所有突发帧，即完成帧同步。2.根据权利要求1所述的基于IEEE802.11协议的正交频分复用技术多帧同步方法，其特征在于，所述IEEE802.11包括IEEE802.11a、802.11g及采用了MIMO技术的802.11n及802.11ac。3.根据权利要求1所述的基于IEEE802.11协议的正交频分复用技术多帧同步方法，其特征在于，步骤101接收机在基带信号的静默期完成粗同步帧头估计包括步骤：利用突发帧到来前的静默期完成粗同步帧头估计，确定参数主要包括滑动窗口Wcoarse、门限Tcoarse和接收信号为r(d)，d表示当前窗口位置；从d＝1开始，计算Wcoarse窗口内信号的总功率及间隔Wcoarse下一个窗口内功率比值，将比值与Tcoarse做比较，若大于Tcoarse，则窗口向前滑动一个采样点，即d加1，重复计算比值，当出现比值小于Tcoarse时，说明比值中分子窗口内的采样点为静默期采样点，而比值中分母窗口内功率值包含了突发帧功率，此时比值分子上的窗口信号位置d作为粗同步帧头位置。4.根据权利要求1或2所述的基于IEEE802.11协议的正交频分复用技术多帧同步方法，其特征在于，所述步骤102截取粗同步后的最小帧长度包括：根据接收信号提取实际采样率、理想采样率、理想采样率下长、短训练序列、信号和数据符号，分别表示为Sreal、Sideal、Mlong、Mshort、Nsignal和Ndata，实际接收信号长训练序列、短训练序列、信号和数据符号采样点个数表示为和最小帧长度Lmin表示为：

【专利技术属性】
技术研发人员：张祖凡，周建萍，何维，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50