專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)的幀頭檢測(cè)和同步的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般而言本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)通信裝置中基帶信號(hào)接收機(jī)裝置，具體而言本發(fā)明涉及的這種基帶信號(hào)接收機(jī)包含基于IEEE 802.11a或HiperLan2協(xié)議的幀頭檢測(cè)和同步判定的裝置電路。
背景技術(shù)：
無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)是靈活的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，可以作為建筑物或校園內(nèi)有線(xiàn)局域網(wǎng)的補(bǔ)充或替代。WLAN可以使用無(wú)線(xiàn)電波傳輸數(shù)據(jù)，這樣就減少了對(duì)有線(xiàn)連接的需要，就將數(shù)據(jù)可連通性與用戶(hù)移動(dòng)性相結(jié)合，并且應(yīng)用到一些如筆記本等便攜式終端。這樣的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可以使用在許多場(chǎng)合，比如賓館、機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓、醫(yī)院、校園等。
WLAN可以有多種技術(shù)可供選擇，有多載波系統(tǒng)、擴(kuò)頻系統(tǒng)、窄帶系統(tǒng)和紅外系統(tǒng)，這些通信系統(tǒng)中，各有各的特點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)和缺陷并存，但理論和實(shí)踐已經(jīng)證明，正交頻分復(fù)用系統(tǒng)(OFDM)非常適合于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)通信。
OFDM是在信道上高效率發(fā)送數(shù)據(jù)的性能比較優(yōu)越的技術(shù)，該技術(shù)使用了信道帶寬內(nèi)的多個(gè)副載波頻率發(fā)送數(shù)據(jù)。與頻分復(fù)用(FDM)相比，后者為了避免載波間的干擾，需要將副載波分隔開(kāi)來(lái)，從而浪費(fèi)了一部分頻率資源。而OFDM系統(tǒng)的副載波盡管可能相互重疊，但仍然能夠在接收端使已經(jīng)調(diào)制在每個(gè)副載波上的信息得到分辨和恢復(fù)。
同時(shí)，OFDM系統(tǒng)還具有對(duì)多徑延遲擴(kuò)展和頻率選擇性衰落的耐受程度、有效的頻譜使用和良好的抗干擾等特性。
在通信系統(tǒng)中，接收端接收到信號(hào)時(shí)，首先要檢測(cè)信號(hào)的幀頭，還要進(jìn)行同步，本發(fā)明就是為了檢測(cè)802.11a或HiperLan2標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的幀頭，同時(shí)找到同步點(diǎn)。
符合802.11a或HiperLan2標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的基帶信號(hào)由short preamble(1)、long preamble(2)、SIGNAL(3)以及DATA信號(hào)(4)構(gòu)成，如圖1所示。
一般通信系統(tǒng)的接收機(jī)電路結(jié)構(gòu)如圖4所示，天線(xiàn)接收信號(hào)送入RF模塊(5)，下變頻之后得到模擬基帶信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D變換(6)，得到數(shù)字基帶信號(hào)，再經(jīng)過(guò)“消除殘留載波”(7)、幀頭檢測(cè)及采樣時(shí)鐘同步(8)，解調(diào)及譯碼電路(9)，便得到數(shù)據(jù)輸出。同時(shí)還有“自動(dòng)增益控制”電路(10)，它的作用是檢測(cè)信號(hào)幅度或能量，反饋控制信號(hào)給RF模塊以控制接收信號(hào)幅度，在其控制穩(wěn)定之后，會(huì)送出一個(gè)指示信號(hào)表示接收信號(hào)幅度已經(jīng)穩(wěn)定。
本發(fā)明所涉及的電路就是圖4中的“幀頭檢測(cè)及時(shí)鐘同步”(8)部分。
接收機(jī)要用short preamble來(lái)完成探測(cè)和初步同步功能。當(dāng)采樣速率為20MHz時(shí)，Short preamble由10個(gè)相同的、16點(diǎn)信號(hào)序列單元組成，在理想情況下，如果接收信號(hào)幅值穩(wěn)定，short preamble與匹配濾波器相關(guān)可以得到10個(gè)較高的相關(guān)波峰，如圖2所示，如果檢測(cè)到這樣的信號(hào)，就可以判定收到的信號(hào)是802.11a信號(hào)，而且還可以確定同步點(diǎn)。
但實(shí)際情況比較復(fù)雜，剛開(kāi)始接收信號(hào)時(shí)，其幅值可能偏大也可能偏小，因此要用“自動(dòng)增益控制”(AGC)來(lái)調(diào)整，調(diào)整時(shí)間最大可以占用short preamble中的前面6個(gè)序列單元，也就意味著這6個(gè)序列單元可能是無(wú)法使用的。
一般檢測(cè)幀頭的方法是直接測(cè)試相關(guān)值是否超過(guò)門(mén)限，相關(guān)過(guò)程是這樣的以一個(gè)short preamble符號(hào)的16點(diǎn)的復(fù)數(shù)值的共軛組成匹配濾波器，接收信號(hào)進(jìn)來(lái)時(shí)，序列經(jīng)過(guò)匹配濾波器，進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，每個(gè)時(shí)鐘點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)相關(guān)值。但這種方式的缺陷在于有可能由于噪聲的影響而使得相關(guān)值超過(guò)門(mén)限，而不是真的相關(guān)峰值，使得無(wú)法探知同步點(diǎn)。
因此，迫切需要使用一種技術(shù)能在short preamble這段時(shí)間里精確檢測(cè)信號(hào)并通過(guò)精確的檢測(cè)數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)初步同步，避免由于外界干擾而造成的幀頭檢測(cè)錯(cuò)誤及頻率偏差估算錯(cuò)誤。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計(jì)出電路，采用本地信號(hào)與接收信號(hào)相關(guān)的方法，找到最后4個(gè)相關(guān)波峰，并且根據(jù)波峰的位置來(lái)確定同步點(diǎn)。
本發(fā)明的特征依次包含如下步驟1.使用short preamble中10個(gè)符號(hào)中的一個(gè)、由16點(diǎn)組成的序列的共軛值作為匹配濾波器，將其與接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。
2.基帶A/D采樣率為20MHz，當(dāng)接收到802.11a信號(hào)時(shí)，按順序依次取16點(diǎn)，相當(dāng)于用一個(gè)滑動(dòng)窗口依次在接收序列中取用于相關(guān)的信號(hào)序列，將其與匹配濾波器相關(guān)，即對(duì)應(yīng)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)數(shù)相乘，乘積結(jié)果累加，累加和的實(shí)部和虛部分別平方再相加，或取絕對(duì)值直接相加。如加入接收信號(hào)中含有short preamble信號(hào)序列，那么在上述相關(guān)值序列中會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)明顯高于一般值的相關(guān)波峰。
3.由于實(shí)際情況中的各種偏差和噪聲的影響，使得某些情況下非波峰位置的相關(guān)值高于門(mén)限，為避免這種情況，首先需要確定所比較的相關(guān)值是波峰，方法是判定該點(diǎn)的相關(guān)值一定高于與其相鄰的兩個(gè)點(diǎn)的相關(guān)值。
4.理想情況下，上述相關(guān)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)相關(guān)波峰，這幾個(gè)波峰一定處于相隔16點(diǎn)的位置上。但在低信噪比的情況下，由于噪聲的影響，會(huì)產(chǎn)生一些非相關(guān)波峰的、高于門(mén)限的相關(guān)值，為了排除這種干擾，需要加入確定位置的判定條件，即判定的波峰位置必須以16點(diǎn)為距離。
5.由于接收信號(hào)的功率在開(kāi)始時(shí)是不穩(wěn)定的，AGC的調(diào)控需要一定的時(shí)間，一般要用short preamble時(shí)間段的前60％，即圖1中的t1到t6的時(shí)間段，所以在做相關(guān)運(yùn)算時(shí)通常至少都能夠出現(xiàn)后面4個(gè)穩(wěn)定的相關(guān)波峰，有必要檢測(cè)這4個(gè)波峰，方法是在檢測(cè)到有4個(gè)相隔為16點(diǎn)的波峰后，再隔16點(diǎn)位置上的相關(guān)值不超過(guò)門(mén)限，則可以判定這4個(gè)波峰是最后4個(gè)相關(guān)波峰，對(duì)應(yīng)的是short preamble的最后一段t7到t10的信號(hào)；檢測(cè)這4個(gè)波峰另一個(gè)方法是檢測(cè)到有4個(gè)相隔為16點(diǎn)的相關(guān)值的平均值大于門(mén)限，下一個(gè)距離為16的點(diǎn)的相關(guān)值小于門(mén)限，則可以判定這4個(gè)波峰是最后4個(gè)相關(guān)波峰，對(duì)應(yīng)的是shortpreamble的最后一段t7到t10的信號(hào)。
6.在找到short preamble相關(guān)運(yùn)算的最后4個(gè)相關(guān)波峰后，根據(jù)波峰位置可以確定采樣同步。在相關(guān)波峰出現(xiàn)的位置就是接收信號(hào)的shortpreamble中一個(gè)符號(hào)與匹配濾波器數(shù)據(jù)序列對(duì)應(yīng)位置完全一致時(shí)的位置，可以確定short preamble中最后4個(gè)符號(hào)的位置，也就可以據(jù)此確定同步位置。


1.圖1是IEEE 802.11a或HiperLan2的基帶信號(hào)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中包含了Short Preamble(1)、Long Preamble(2)、SIGNAL(3)及信息數(shù)據(jù)(4)等。
2.圖2是理想的相關(guān)值輸出序列，說(shuō)明在理想情況下，用本地信號(hào)與接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算后，得到的相關(guān)值序列，其中有10個(gè)相關(guān)峰值。
3.圖3是一般的相關(guān)值輸出序列，說(shuō)明在一般情況下，接收信號(hào)的前面一段信號(hào)時(shí)間用來(lái)做AGC(10)調(diào)整，可能出不了相關(guān)峰值，在Short Preamble后面一段時(shí)間，應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)最少4個(gè)相關(guān)峰值。
4.圖4是通信系統(tǒng)中的主要結(jié)構(gòu)，有RF、A/D、AGC、消除殘留載波、幀頭檢測(cè)、時(shí)鐘同步、解調(diào)制和譯碼等電路。
5.圖5是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
基于本發(fā)明的實(shí)施實(shí)例，應(yīng)用于IEEE 802.11a幀頭的檢測(cè)和同步，電路框圖如圖5所示，下面給出具體實(shí)施步驟。
1.A/D采樣率為20MHz，用short preamble中10個(gè)符號(hào)中的一個(gè)、由16點(diǎn)組成的序列的共軛值作為匹配濾波器(11)。
2.收信號(hào)送入一個(gè)長(zhǎng)度為16的移位寄存器(15)，每個(gè)時(shí)刻該移位寄存器向前移動(dòng)一位，并且接收一個(gè)新的信號(hào)。
3.在每個(gè)時(shí)刻，寄存器(15)和(11)上的數(shù)據(jù)都進(jìn)行一次相關(guān)運(yùn)算，即對(duì)應(yīng)位置上的數(shù)據(jù)相乘，相乘的到16個(gè)點(diǎn)的上述結(jié)果累加，累加結(jié)果的實(shí)部與虛部分別求平方并相加，或取絕對(duì)值相加，便得到一個(gè)時(shí)刻的相關(guān)值。
4.將上述相關(guān)值送入一個(gè)移位寄存器(14)，每個(gè)時(shí)刻該移位寄存器向前移動(dòng)一位，并且接收一個(gè)新的相關(guān)值。
5.存儲(chǔ)相關(guān)值序列的寄存器(14)長(zhǎng)度為67，波峰檢測(cè)電路(13)用來(lái)檢測(cè)寄存器(14)中的位置2、18、34、50、66上的相關(guān)值，檢測(cè)這些位置上是否是波峰值，條件是a)相關(guān)值高于門(mén)限；b)相關(guān)值高于相鄰兩點(diǎn)的相關(guān)值。
6.假如檢測(cè)到寄存器(14)中的位置18、34、50、66上的相關(guān)值達(dá)到上述要求，而位置2上的相關(guān)值卻未達(dá)到要求，則可以判定上述4個(gè)波峰位置是short preamble相關(guān)運(yùn)算的最后4個(gè)相關(guān)波峰。
7.存儲(chǔ)相關(guān)值序列的寄存器(14)長(zhǎng)度為67，波峰檢測(cè)電路(13)用來(lái)檢測(cè)寄存器(14)中的位置2、18、34、50、66上的相關(guān)值，判定上述4個(gè)波峰位置是short preamble相關(guān)運(yùn)算的最后4個(gè)相關(guān)波峰，條件還可以是a)18、34、50、66位置上的相關(guān)值的平均值高于門(mén)限；b)2位置上的相關(guān)值低于門(mén)限值；8.找到short preamble相關(guān)運(yùn)算的最后4個(gè)相關(guān)波峰后，也就可以確定short preamble的最后4個(gè)符號(hào)的位置，也就是說(shuō)波峰時(shí)刻的接收符號(hào)序列與本地相關(guān)序列在位置上完全對(duì)應(yīng)，這樣就可以確定同步位置。通過(guò)具體實(shí)施方式
的實(shí)現(xiàn)效果來(lái)看，本發(fā)明所設(shè)計(jì)出的電路其最大的創(chuàng)新點(diǎn)及解決技術(shù)問(wèn)題的核心思想在于采用本地信號(hào)與接收信號(hào)相關(guān)的方法，通過(guò)檢測(cè)short preamble的最后4個(gè)相關(guān)波峰，以此可以得到幀頭同步位置。正如一般相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員所知，這是下一步基帶信號(hào)解調(diào)的必要條件，通過(guò)此技術(shù)過(guò)程可以避免了由于噪聲干擾而造成的無(wú)法精確進(jìn)行幀頭檢測(cè)及門(mén)限偏差無(wú)法準(zhǔn)確判定同步點(diǎn)這一技術(shù)難題。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種用于IEEE 802.11a或HiperLan2標(biāo)準(zhǔn)的幀頭檢測(cè)與同步方法，特征在于包括以下步驟用一個(gè)互相關(guān)器來(lái)得到標(biāo)準(zhǔn)Short Preamble符號(hào)與接收信號(hào)的互相關(guān)值序列；判定相關(guān)值序列是否出現(xiàn)特定情形，以確定接收信號(hào)是符合IEEE 802.11a或HiperLan2標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)，并且初步確定同步位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用Short Preamble中的一個(gè)符號(hào)的共軛值來(lái)與輸入采樣信號(hào)的值做互相關(guān)。如公式(1)所示，s(m)，m＝1，2，...N為Short Preamble的一個(gè)符號(hào)序列，r(n)為輸入基帶采樣序c(n)=Σm=1Nr(n+m)·s*(m)...(1)]]>列，c(n)為相關(guān)值。得到相關(guān)值后將其模值的平方，作為相關(guān)幅度值d(n)，見(jiàn)公式(2)。并且可用求實(shí)部與虛部的絕對(duì)值之和來(lái)代替，見(jiàn)公式(3)。d(n)＝c(n)·c*(n) (2)d(n)＝|Re[c(n)]|+|Im[c(n)]|(3)
3.根據(jù)權(quán)利要求1與權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于相關(guān)值序列出現(xiàn)特定情形是指相關(guān)值序列連續(xù)出現(xiàn)等符號(hào)距離的波峰。即在等符號(hào)距離的位置上連續(xù)出現(xiàn)不少于四個(gè)波峰，而在下一個(gè)等距離位置上卻沒(méi)有出現(xiàn)波峰，即可以判定找到了Short Preamble的最后幾個(gè)符號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于檢測(cè)為相關(guān)波峰的標(biāo)準(zhǔn)可以是該處的相關(guān)值不僅大于門(mén)限，而且大于相鄰的左右兩邊的相關(guān)值。相關(guān)值序列出現(xiàn)特定情形還可以是檢測(cè)四個(gè)等符號(hào)距離的相關(guān)值的平均值大于門(mén)限，而在下一個(gè)等距離位置上的相關(guān)值卻低于門(mén)限。
5.本發(fā)明涉及一種用于IEEE 802.11a或Hiperlan2標(biāo)準(zhǔn)的幀頭檢測(cè)裝置，特征在于包括相關(guān)模塊，用來(lái)將接收采樣序列與標(biāo)準(zhǔn)Short Preamble符號(hào)做相關(guān)運(yùn)算；峰值判定模塊，在相關(guān)值序列中判定是否出現(xiàn)特定情形，以確定接收信號(hào)是IEEE 802.11a或Hiperlan2標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)，并且初步確定同步位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的相關(guān)模塊，其工作過(guò)程是這樣的用標(biāo)準(zhǔn)中ShortPreamble的一個(gè)符號(hào)的一組共軛值來(lái)與一組接收到的采樣值對(duì)應(yīng)位置上的數(shù)據(jù)相乘，相乘結(jié)果累加后得到的復(fù)數(shù)實(shí)部與虛部分別求平方并相加，或者直接求絕對(duì)值并相加，便得到該時(shí)刻的相關(guān)值。取不同時(shí)刻接收到的采樣值做互相關(guān)運(yùn)算便得到一個(gè)相關(guān)值序列。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其特征在于所述峰值判定模塊的作用是，在相關(guān)值序列中，檢測(cè)四個(gè)連續(xù)相隔一個(gè)符號(hào)距離的相關(guān)峰。再檢測(cè)相關(guān)值序列下一個(gè)符號(hào)距離的位置處不出現(xiàn)相關(guān)峰。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于檢測(cè)為相關(guān)峰的標(biāo)準(zhǔn)是該點(diǎn)的相關(guān)值不僅大于門(mén)限，而且大于相鄰的兩個(gè)點(diǎn)的相關(guān)值。檢測(cè)四個(gè)連續(xù)相關(guān)峰的裝置可以是這四個(gè)峰值都大于一個(gè)確定的門(mén)限，或者四個(gè)峰值的平均值大于一個(gè)確定的門(mén)限。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于從接收到信號(hào)開(kāi)始，逐點(diǎn)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，直到檢測(cè)到達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)。
10.據(jù)權(quán)利要求6或權(quán)利要求7所述的裝置，確定Short Preamble中最后4個(gè)符號(hào)的位置，也就可據(jù)此確定同步位置。
全文摘要
一種用于IEEE 802.11a或HiperLan2的幀頭檢測(cè)和同步的裝置。本裝置是一種應(yīng)用于WLAN(無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng))系統(tǒng)中基于IEEE 802.11a或HiperLan2協(xié)議的接收機(jī)幀頭檢測(cè)和同步的電路裝置。該裝置是利用匹配濾波器對(duì)ShortPreamble序列做互相關(guān)運(yùn)算，得到一個(gè)相關(guān)序列，若是得到了特定的相關(guān)峰值情形，即連續(xù)等距距離出現(xiàn)波峰之后，而且在之后相同距離沒(méi)有出現(xiàn)超過(guò)門(mén)限的波峰，則可判定檢測(cè)到符合IEEE 802.11a或HiperLan2標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，并且可以據(jù)此初步確定同步位置。
文檔編號(hào)H04L25/02GK1758636SQ200410080419
公開(kāi)日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2004年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月9日
發(fā)明者劉立國(guó), 滕煒亮 申請(qǐng)人:北京中電華大電子設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司