一種可靠的OFDM-WALN信號解調算法

　　陳鳳林 ^1,2，陳?亮 ³，劉小剛 ^1,2

　　（1.中國電子科技集團公司第四十一研究所，安徽?蚌埠?233010；2.電子信息測試技術安徽省重點實驗室，安徽?蚌埠?233010；3.安徽省科學技術研究院，安徽?合肥?230031）

　　摘?要：本文針對OFDM-WLAN基帶信號提出了一種可靠的解調算法，OFDM-WLAN信號經過變速率采樣后，運用了時頻域相結合頻偏矯估計方法，準確地矯正頻偏，進而根據導頻點去除相偏，并成功應用于不同調制方式基帶信號的解調。

　　關鍵詞：OFDM；信號同步；頻偏矯正；相偏矯正；星座圖

　　*項目基金：國家科技重大專項，增強移動寬帶5G終端模擬器（No.2017ZX03001021）

　　0 引言

　　近年來，由于互聯網在全球的快速發展，人民的工作與生活越來越依賴互聯網，產生大量的WLAN服務需求。IEEE 802.11系列標準WLAN開始于20世紀90年代末，現在幾乎每一個筆記本電腦或智能設備都有一個內置的WLAN卡。OFDM（正交頻分復用）作為一種高效的多載波調制方案，幾年來備受關注。由于OFDM能有效抑制多徑時延，且頻譜利用率較高，被廣泛認為是在無線時變信道中實現高速數據傳輸的重要手段。目前，許多具有廣闊應用前景的WLAN標準，都將OFDM作為核心方案。本文介紹一種時頻域相結合頻偏矯正方法實現WLAN信號的解調方法。主要包括變速率采樣、信號同步、粗頻偏估計、FFT、信道估計、細頻偏矯正、相偏矯正，最后得到分析結果。

　　1 物理層幀格式

　　物理層協議數據單元（PPDU）幀結構，主要包括前導碼（Preamble）、報頭（Header）和數據域（Data）部分，如圖1所示。

　　2 正交頻分復用（OFDM）

　　OFDM作為一種高效的多載波調制方案，能有效抑制多徑時延，且頻譜利用率較高，被廣泛認為是在無線時變信道中實現高速數據傳輸的重要手段。圖2顯示的是OFDM的系統框圖。

　　3 算法描述

　　本文介紹一種時頻域相結合頻偏矯正方法實現WLAN信號的解調方法。算法流程主要包括變速率采樣、信號同步、粗頻偏估計、FFT、信道估計、細頻偏矯正、相偏矯正。該方法的流程如圖3.

　　4 仿真及實例應用

　　WLAN信號源采用的是SMW200A信號源，可以支持發射IEEE 802.11b/a/g/n等多個協議及多種調制方式的WLAN信號。

　　4.1 信號同步

　　PLCP前導碼包括10個短訓練序列t 1 ~t 10 和2個長訓練序列T 1 和T 2 組成，如圖4。GI2是短訓練序列和長訓練序列之間的保護間隔，數量為32；SIGNAL為包含一個OFDM信號的信令部分，后面的數據部分根據實際情況OFDM長度可變，每個OFDM信號前有16個保護間隔GI。

　　WLAN信號同步包括兩個步驟：功率觸發找到粗略同步點，再根據短序列滑動相關找到精確同步點。短序列滑動相關的結果值如下圖，可以看見最大值很明顯，當前點就是要找的同步點。

　　4.2 頻偏矯正

　　在信號FFT處理之前，對時域信號進行同步及初步的頻偏估計和矯正，分別用到了PLCP前導碼中的短符號和長符號，初步頻偏估計主要是根據長符號與其參考信號的相關性。

　　細頻偏估計過程是在信號進行FFT處理之后由信道估計獲得，相偏估計值是由導頻點獲得。各個點的頻率偏移值如圖6，則線性擬合的斜率就是頻偏矯正用到的頻偏值。

　　4.3 實例應用

　　通過上述算法解調不同調制方式的OFDM-WLAN信號，包括QPSK，16QAM，64QAM。解調的星座圖如圖7~圖9。

　　5 結論

　　本文設計并實現了OFDM-WLAN信號的基帶信號的解調過程，不同調制方式下基帶信號通過變速率采樣、信號同步、粗頻偏估計、FFT、信道估計、細頻偏矯正、相偏矯正后，解調結果穩定，星座圖指標良好，解調結果可靠。

　　參考文獻

　　[1] 阮文,張煜.WLAN802.11b基帶發射信號解調過程的研究[J].軟件,2016,37(10):59-63.

　　[2] 劉雪梅,等.OFDM-WLAN系統物理層建模與仿真[J].電子工程師，2007,33(4)：17-20[3] 張金霞,林其偉.基于IEEE 802.11 標準的WLAN的物理層方案[B].現代電子技術,2004(4):62-66.

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

　　作者簡介：

　　陳鳳林，男，助理工程師，主要研究方向：信號與信息處理。