[发明专利]一种MIMO OFDM定时同步装置

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及到一种OFDM（Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，即正交频分复用技术）接收同步算法的硬件实现，本发明针对IEEE 802.11n协议进行了改进，使得本发明能够兼容IEEE 802.11a/g/n。

背景技术

正交频分复用（OFDM）是一种多载波调制技术，由于其将高速率数据流进行串/并转换，使得每个子载波上的数据符号持续长度增加，有效对抗ISI，并且其允许子信道频谱相互较交叠，最大限度得利用了频谱资源，提高传输效率。因此该技术被广泛应用到高速无线局域网传输中，例如IEEE 802.11a/g/n协议。但是在数据传输的过程中，相对于单载波通信而言，OFDM技术也更容易受到频率偏差的影响，在现实物理环境中，由于多径干扰产生的影响会使得子载波之间的正交性遭到破坏。这就要求OFDM系统中接收机的同步模块要有较高的性能，利用定时同步和频率同步来减少干扰。

OFDM同步方法分为数据辅助同步算法和盲同步算法。数据辅助同步算法需要插入训练序列，降低了数据的传输速率，但是这类方法有估计精度高且计算复杂度低的优点。在进行帧同步和粗频偏估计时，利用STF的周期性和强相关性以及STF序列和噪声之间的低相关性形成峰值从而实现帧同步，将帧定时同步使能信号和符号定时同步使能信号进行“与”操作，得到粗频偏估计。在进行符号同步时，可将接收信号和本地LTF进行互相关运算。该同步方法的缺点是时间同步的目标函数比较平坦，效果不是很理想，但是算法复杂度低，易于硬件实现。

盲同步方法不需要额外的数据作为训练序列，带宽利用率高，但是盲同步的计算复杂度较高。在Van de Beek提出的基于循环前缀的同步方法中，频率偏移估计范围不超过半个子载波间隔，而且在多径衰落下时间同步不精确。

FPGA（Filed-Programmable Gate Array）是最常用的硬件开发半定制电路。在同步算法的硬件实现中，需要占用大量逻辑门资源，而FPGA资源是有限的，并且占用更多的资源需要更大的面积和更高的功耗，因此寻求复杂度低和高效准确的算法，最大可能地复用各个模块是非常有必要的。

在IEEE 802.11n协议中，最高带宽是40M，这也就要求同步算法硬件模块的运行频率必须高于40M，并且由于循环移位的存在，导致传统同步算法硬件系统在进行符号同步时，会出现定位偏差。对于有大量乘法运算，求相角运算的同步算法，要在保证性能的前提下需要提高运行速度，减少使用面积，提高效率，改善IEEE 802.11n协议下的兼容性，这是本设计所解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明旨在提供一种适用于OFDM系统的定时同步硬件实现方法。可在相对简单的算法复杂度和较易实现的硬件配置上实现精确的同步。并且本发明兼容IEEE 802.11a/g/n协议，针对IEEE 802.11n协议中的循环移位进行了相应处理，使得同步数据更加准确。

       为实现上述目的，本发明提供了一种OFDM系统的定时同步装置。该装置包括帧同步检测单元、粗频偏估计单元、符号同步检测单元、细频偏估计单元；其中，帧同步算法采用延时自相关算法，在IEEE802.11系列协议中有前导码序列，利用自相关算法可在前导码序列到来时，检测到帧信号；符号同步采用互相关算法，利用前导码中的长训练序列，来进行精细的符号同步；粗频偏估计和细频偏估计均采用CORDIC算法，根据粗频偏估计和细频偏估计之间的关系综合得到最终的频率偏移。

该装置包括的模块有，存储深度为96的滑动存储器，乘法器，滑动平均器，CORDIC算法模块；在进行符号同步时，还设置有峰值判定模块。其中深度为96的延时滑动存储模块是用于将存储输入数据，以达到延时的目的。在本发明的同步算法中，帧同步延时自相关单元与粗频偏估计延时自相关单元都是延时16单元，符号同步延时自相关单元中需要延时96个单元。

因此滑动存储模块的深度为96，帧同步与符号同步采用的延时数据从同一个滑动存储器中读取，减少硬件消耗。

       所述帧同步检测单元包括微分器及阈值判定单元。其中微分器采用了两个16点滑动平均器。阈值判定单元采用乘法替代除法操作，用移位替代乘法操作。