[发明专利]一种信号分析仪OFDM信号解调方法

摘要

本发明公开了一种信号分析仪OFDM信号解调方法，该方法基于信号分析仪平台，采用纯软件方式设计一种OFDM信号完整解调测试分析方案，使信号分析仪具备OFDM信号解调测试功能，以满足WLAN发射设备中OFDM信号的调制质量测试需求，同时也为无线通信标准中OFDM信号的测试提供通用解调测试手段。该方法主要包括脉冲搜索、采样率变换、帧同步、载波同步、OFDM符号解调、信道估计与均衡、调制参数解析、导频跟踪和解码及参数输出等步骤。由于本发明采用纯软件方式实现，成本小，可移植性好；同时采用了导频跟踪技术实现了高精度解调及参数计算，可满足高精度测量仪器的OFDM信号解调测试需求。

主权项

一种信号分析仪OFDM信号解调方法，其特征在于，包括如下步骤：s1.脉冲搜索对于采用脉冲形式的OFDM信号，在对其解调前需要首先进行脉冲捕获操作；s2.采样率变换将采集到的OFDM信号通过采样率变换变换到某一固定解调带宽；s3.帧同步在变换至上述固定解调带宽后，需要进行OFDM信号的帧同步；对于WLAN应用，OFDM制式物理层规范在帧结构中定义了两种前导符号，其分别为10个短前导符号和2个长前导符号，两种前导符号均可用于帧同步；具体方法采用循环相关法，即：设接收信号为r，滑动窗口长度为L，接收信号通过与其延迟D个采样值共扼相乘累加取模进行帧同步检测；Cn表示计算接收信号和其延时在n时刻的互相关系数，如式(1)所示：Cn=Σi=0L-1r(n+i)·r*(n+i+D)---(1)]]>其中r*表示接收信号r的共轭；Pn为计算互相关系数窗口期间接收信号的能量，如式(2)所示，用于判决统计的归一化；Pn=Σi=0L-1r(n+i-D)·r*(n+i-D)=Σk=0L-1|r(n+i-D)|2---(2)]]>最后经过式(3)进行统计判决：Mn=|Cn|2(Pn)2---(3)]]>其中，Mn表示用于判决统计的归一化值；s4.载波同步设Δf为接收机与发射机的残留频偏，帧同步后训练序列相关运算如(4)式所示：z=Σn=0L-1rnrn+D*=Σn=0L-1Snej2πnΔfTs(Sn+Dej2π(n+D)ΔfTs)*=Σn=0L-1SnSn+D*ej2πnΔfTse-j2π(n+D)ΔfTs=e-j2πDΔfTsΣn=0L-1|Sn|2---(4)]]>其中，z为接收训练序列的相关运算值，rn表示接收训练序列n时刻样值，表示接收训练序列n+D时刻样值的共轭，Sn表示理想训练序列n时刻样值，Sn+D表示理想训练序列n+D时刻样值，Ts为采样周期，表示Sn+D的共轭；式(4)的频偏估计为：Δf^corse=-12πDTsarg(z)---(5)]]>其中，表示频偏估计值；s5.OFDM符号解调首先去除OFDM符号之间加入的保护间隔，然后利用FFT实现OFDM符号的解调；s6.信道估计与均衡OFDM制式WLAN信号帧结构中，前导序列的两个长训练符号用于信道估计；两个长训练符号的内容一致，因此二者的平均可用于改善信道估算质量，如公式(6)所示：H^k=12(R1,k+R2,k)Xk*=12(HkXk+W1,k+HkXk+W2,k)Xk*=Hk+12(W1,k+W2,k)Xk*---(6)]]>其中，表示k号子载波的信道估计值，R1,k、R2,k为经过FFT后的接收符号，Xk为训练符号，Hk为k号子载波的信道响应，W1,k、W2,k分别表示第一个及第二个长训练符号经FFT变换后的k号子载波处噪声，表示Xk的共轭；在信道特性已知的情况下，信道均衡采用频域相除即可实现均衡；设k号子载波上接收到的符号采样值为Sk，则均衡结果为：S^k=Sk/H^k---(7)]]>s7.调制参数解析通过解映射、解交织、解卷积恢复OFDM符号的比特信息，并计算出相关调制参数；s8.导频跟踪在经FFT解调并进行信道均衡后的接收信号可表示为如下形式：rl,k=al,k×gl×Hk×ej(phasel(common)+phasel,ktiming)+nl,k---(8)]]>其中，rl,k表示第l个OFDM符号其k号子载波处的信号，al,k为第l个OFDM符号其k号子载波处的符号，gl为第l个OFDM符号的增益；nl,k表示第l个OFDM符号其k号子载波处的噪声，为符号l所有子载波的公有相位漂移，为定时在符号l的k子载波处的相位漂移：phasel(common)=2πNs/N×ΔfrestT×l+dγl---(9)]]>phasel,k(timing)=2π×Ns/N×ξ×k×l---(10)]]>其中，Δfrest为粗频偏补偿后的剩余频偏，ξ为晶振的时钟偏移，dγl为第l个OFDM符号的相位抖动，T表示OFDM符号周期；Ns为一个OFDM符号的采样点数，N为一个OFDM符号中有用的采样点数，对于OFDM制式的WLAN信号，‑21、‑7、7、21号子载波为导频信号，其传输符号已知；利用导频信号通过建立似然函数实现对Δfrest、ξ、gl、dγl四个参数的估计：首先令gl＝1，dγl＝0，建立如下似然函数：L1(Δf~rest,ξ~)=Σl=1nof_symbolsΣk=-21,-7,7,21|rl,k-al,k×H^k×ej(phase~l(common)+phase~l,k(timing)~)|2---(11)]]>其中，表示Δfrest、ξ未知时的似然函数，nof_symbols表示OFDM符号个数，表示Δfrest的估计值，表示ξ的估计值，表示符号l所有子载波公有相位漂移的估计值，表示定时在符号l的k子载波处相位漂移的估计值；phasel(common)=2πNs/N×Δf~restT×l---(12)]]>phasel,k(timing)=2π×Ns/N×ξ~×k×l---(13)]]>将导频符号代入上述似然函数，利用最大似然估计方法得估计值然后再利用上述估计值建立如下似然函数：L1(g~l,dγ~l)=Σk=-21,-7,7,21|rl,k-al,k×g~l×H^k×ej(phase~l(common)+phase~l,k(timing)~)|2---(14)]]>表示gl的估计值，表示dγl的估计值，表示gl、dγl未知时的似然函数；phasel(common)=2πNs/N×Δf^restT×l+dγ~---(15)]]>phasel,k(timing)=2π×Ns/N×ξ^×k×l---(16)]]>将估计值代入上式，得估计值利用计算的相位噪声对OFDM信号进行相位矫正；同时由可实现载频频偏的更精确估计Δf^=Δf^corse+Δf^rest---(17)]]>此外，参数可实现对解调信号进行幅度及时钟误差的补偿；s9.解码及参数输出在完成OFDM信号的高精度解调后，若实现传输信息的还原还需要进行解映射、解码工作，若实现OFDM信号的调制分析还需要进行相关参数的输出。