[發明專利]一種正交頻分復用超寬帶系統的幀檢測方法

有效

• 申請號: 201110258756.2
• 申請日: 2011-09-02
• 公開（公告）號: CN102255832A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 蔣良成;陳佰儒;徐仲寧;杜永強;王捷;徐銘;宋建永;許斌
• 申請（專利權）人: 東南大學;江蘇東大通信技術有限責任公司
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04L25/03;H04L27/26
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于短距離無線通信技術領域，具體涉及到OFDM-UWB（Orthogonal?Frequency?Division?Multiplexing-Ultra?Wideband，正交頻分復用超寬帶）通信系統的幀檢測方法。

背景技術

超寬帶（UWB）技術在不影響授權用戶的前提下可以自由使用3.1GHz-10.6GHz的頻譜進行短距離無線通信，具備大容量、高速率、低功耗、短距離等特點，具有廣闊的應用前景。目前由WiMedia聯盟提出的OFDM-UWB標準已經成為UWB系統的重要解決方案。

OFDM-UWB系統繼承了一般OFDM（正交頻分復用）系統的許多優點，如頻譜利用率高，抗多徑能力強，FFT實現簡單，但也保持了OFDM系統的一些缺點，如對定時同步、頻偏同步敏感。同時由于應用條件的限制，OFDM-UWB系統也有自身的特點，如高采樣率、高時鐘頻率、低復雜度、低功耗、低信噪比等。這些都是OFDM-UWB系統設計需要考慮的關鍵因素。

OFDM-UWB是基于幀結構的傳輸方式，在每一個幀的開始都有一個幀同步（PS?Packet/Frame?Synchronization）序列，可用于自動增益控制(AGC??Auto-Gain-Control）調整、幀檢測、符號定時同步以及載波頻偏估計。幀檢測處于OFDM-UWB接收機的最前端，用于判斷信道上是否有有效幀的存在從而決定是否進行下一步操作，直接影響整個系統的性能。然而OFDM-UWB系統發射功率低、多徑信道分量密集均增大了幀檢測的難度。同時為了滿足OFDM-UWB低復雜度、低功耗的要求，又必須盡可能地降低硬件實現復雜度。因此，如何在滿足性能指標的條件下盡可能降低幀檢測模塊的復雜度是OFDM-UWB系統的關鍵技術之一。

多徑信道下具有較好魯棒性的檢測器為廣義似然比檢測器(GLRT??Generalized?Likelihood?Ratio?Test）。首先使用本地已知的基本幀同步序列與接收信號進行互相關或匹配濾波，其次將經過匹配濾波器相關或匹配后的數據平方后累加以收集多徑能量，最后將平方后累加的結果與與接收信號的平均功率進行比較。在2011年1月19日公布的發明專利申請201010295043.9中提出了改進的OFDM-UWB幀檢測方法：a)?使用基本幀同步序列的符號位序列作為匹配濾波器的系數對接收信號進行匹配濾波，這樣匹配濾波就可以避免大量乘法運算，減少了硬件資源的使用。b)?使用延遲復乘代替GLRT中的平方操作，降低噪聲的影響。c)?使用與多徑信道的功率延遲譜（Profile）具有近似分布的加權系數對延遲復乘結果進行準匹配濾波代替GLRT中單純的累加操作，提高了檢測性能。該專利改進的方法在保證性能的同時大大降低了實現復雜度，但也存在著明顯的不足在于：

（1）此方法只是考慮低速的OFDM-UWB系統（采樣頻率≤100MHz）下的幀檢測，高速的OFDM-UWB系統采樣頻率已經達到528MHz，如果仍使用此方法將無法使用現場可編程邏輯門陣列(FPGA)進行驗證。

（2）使用幀同步序列的符號位序列作為匹配濾波器的系數與接收到的信號進行互相關，一方面每個時鐘需要計算128次累加，計算仍然復雜；另一方面基本幀同步序列中的較小值本來應該對整個匹配濾波的結果影響非常小，如果在低信噪比下使用符號位序列匹配時仍考慮較小值的符號位就相當于夸大了其作用進而引入了噪聲，會降低檢測性能。

（3）使用相當于加權累加的準匹配濾波器代替單純的累加操作，增加了硬件資源和計算復雜度。

（4）每個時鐘需要估計一次信號功率值，計算復雜度仍然很大。

發明內容

技術問題：本發明提供了一種可在保證性能的前提下進一步降低計算復雜度的正交頻分復用超寬帶系統的幀檢測方法。

技術方案：一種正交頻分復用超寬帶系統的幀檢測方法，包括以下步驟：

1）使用模擬/數字轉換器對模擬基帶信號進行采樣并轉換為數字信號；

2）將步驟1）中的數字信號經過1：4串并變換后輸入到幀檢測模塊，所述幀檢測模塊采用四路并行處理；

3）幀檢測模塊使用優化的匹配濾波器系數對步驟2）中串并變換后的數字信號進行匹配濾波；優化的匹配濾波器系數的產生方法為：先取匹配濾波器的各個系數值為基本幀同步序列的符號位，然后將基本幀同步序列中最小的N個值所對應的匹配濾波器系數置為0，其中0≤N<64；

4）對步驟3中匹配濾波后的結果進行延遲復乘運算，降低噪聲對檢測性能的影響；