CN102957504B - 一种802.11n基带接收机上下边带判断方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种802.11n物理层基带处理器接收机在帧头进行上下边带判断的方法和装置。802.11信号通过射频接收解调和ADC转换之后，送给数字的基带接收机进行处理，其中对于帧头部分，如果是40M带宽的接收，为了支持上下边带的处理，需要对信号进行上下边带的判断。首先对信号进行能量检测，判断出信号是小能量信号或大能量信号。对于小能量的信号，分别进行40M的OFDM互相关CS检测，主信道变频滤波后20M的OFDM互相关CS检测，辅信道变频滤波后20M的OFDM互相关CS检测，主信道变频滤波后20M的DSSS互相关CS检测，并将四个互相关CS检测的值进行上下边带的判断，得出上下边带的判断结果；对于大能量信号，在进行完AGC调整和帧头检测之后，开始做边带检测。

Description

一种802.11n基带接收机上下边带判断方法和装置

技术领域

本发明涉及对802.11n基带接收机支持上下边带信号处理的协议。

背景技术

为了解决40M设备和20M设备通信的问题，802.11n系统引入了上下边带处理，例如40MAP发主信道20M的beacon、RTS、CTS帧，只要将主20M信道的中心频率与对方对齐，就可以和对方20M的设备通信。

802.11信号通过射频接收解调和ADC转换之后，送给数字的基带接收机进行处理，其中对于帧头部分，如果是40M带宽的接收，为了支持上下边带的处理，需要对信号进行上下边带的判断，在边带判断结束之后，启动相应的基带接收解调解码的工作。

发明内容

本发明提供了一种802.11n物理层基带处理器接收机支持上下边带信号处理协议的逻辑实现方法和装置。

具体实现方法如下所述：

1、首先对接收到的信号进行能量检测，判断出信号是小能量信号还是大能量信号，如果是小能量信号，转2)，如果是大能量信号，转6)；

2、对于小能量信号，分别进行40M的OFDM互相关CS检测，主信道变频滤波和辅信道变频滤波；

3、主信道变频滤波后进行20M的OFDM互相关CS检测和20M的DSSS互相关CS检测；

4、辅信道变频滤波后进行20M的OFDM互相关CS检测；

5、将上述互相关CS检测的值进行上下边带的判断，得出上下边带的判断结果；

6、对于大能量信号，在进行完AGC调整和帧头检测之后，开始做边带检测。

边带判断的结果有四种情况：首先，如果小能量CS检测上下边带判断或大能量边带检测结果检测出来的是上边带而不是下边带，且主信道设置为上边带，则判断为主信道上边带信号；其次，如果检测出来的是下边带而不是上边带，且主信道设置为下边带，则判断为主信道下边带信号；再次，如果检测出来是边带信号，但主信道设置与边带检测的结果不一致，则为辅信道边带信号；其他情况下，都判断为双边带信号。

一种802.11n基带上下边带判断装置，对于小能量信号，包括主信道变频滤波单元，辅信道变频滤波单元，OFDM20M互相关CS检测单元，DSSS20M互相关CS检测单元，OFDM40M互相关CS检测单元和边带结果判断单元；对于大能量信号，包括AGC调整单元，帧头检测单元和边带检测单元。

对于小能量信号，包括主信道变频滤波单元，辅信道变频滤波单元，OFDM20M互相关CS检测单元，DSSS20M互相关CS检测单元，OFDM40M互相关CS检测单元和边带结果判断单元，其中：

主信道变频滤波单元对小能量信号进行主信道变频滤波，变频滤波之后的信号同时进入OFDM20M互相关CS检测单元和DSSS20M互相关CS检测单元分别进行OFDM20M互相关CS检测和DSSS20M互相关CS检测；

辅信道变频滤波单元对小能量信号进行辅信道变频滤波，变频滤波之后的信号进入OFDM20M互相关CS检测单元进行OFDM20M互相关CS检测；

OFDM40M互相关CS检测单元小能量信号进行OFDM40M互相关CS检测；

边带结果判断单元将上述互相关CS检测的值进行上下边带的判断，得出上下边带的判断结果；

对于大能量信号，包括AGC调整单元，帧头检测单元和边带检测单元，其中：

AGC调整单元对大能量信号进行AGC调整，将大能量信号的能量调整到一个比较合理的大小；

帧头检测单元对大能量信号进行帧头检测，将大能量信号进行相关运算，相关运算之后的结果分别与相应的阈值进行比较，得出帧头检测的结果；

边带检测单元在大能量信号进行完AGC调整和帧头检测之后做边带检测。

边带检测单元将采样的大能量信号进行希尔伯特变换，如果变换之后的信号正频率分量的能量大于n倍负频率分量的能量，n≥1，则判断大能量信号为上边带信号；如果变换之后的信号负频率分量的能量大于n倍正频率分量的能量，则判断大能量信号为下边带信号。

附图说明

图1为本发明中基带接收机对小能量信号进行上下边带判断的流程图。

图2为本发明中基带接收机对大能量信号进行上下边带判断的流程图。

图3为本发明中基带接收机对小能量信号进行上下边带判断的装置示意图。

图4为本发明中基带接收机对大能量信号进行上下边带判断的装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本发明。

通过计算32点接收信号的能量和，并与相应的阈值进行比较，如果小于等于阈值，判断其为小能量信号，如果大于阈值，则为大能量信号。

图1为本发明中基带接收机对小能量信号进行上下边带判断的流程示意图，如图1所示，根据具体的实现方式，包括以下步骤：

步骤101，主信道变频滤波。对于小能量信号，对其进行主信道变频滤波的处理，若主信道为上边带，则主信道变频滤波将信号进行10MHz的下变频；若主信道为下边带，则主信道变频滤波将信号进行10MHz的上变频。上变频和下变频的公式分别如公式1和公式2所示。

10MHz的上变频：

公式1

模拟：y(t)＝x(t)e^j2πft＝x(t)e^j2π(10e6)t

数字： $y\left(n\right)=x\left(n\right)e^{j2\mathrm{\πf}\frac{n}{f_s}}=x\left(n\right)e^{j2\mathrm{\π}\left(10e6\right)\frac{n}{40e6}}$

$=x\left(n\right)e^{j\frac{\mathrm{\πn}}{2}}$

10MHz的下变频：

公式2

模拟：y(t)＝x(t)e^-j2πft＝x(t)e^-j2π(10e6)t

数字： $y\left(n\right)=x\left(n\right)e^{-j2\mathrm{\πf}\frac{n}{f_s}}=x\left(n\right)e^{j2\mathrm{\π}\left(10e6\right)\frac{n}{40e6}}$

$=x\left(n\right)e^{-j\frac{\mathrm{\πn}}{2}}$

公式1和公式2中的x为变频之前的信号，y为变频之后的信号，t表示时间，n表示输入数据序号。从公式1和公式2可以看出，对于数字信号，其相角为π/2的整数倍，因此只需要保存一个周期内[π/2，π，3π/2，2π]的4个旋转相位，然后循环地取数即可求得与输入数据序号有关的全部旋转相位。对于上变频，相角为正的情形，按地址[1，2，3，4]循环取数；对于下变频，相角为负的情形，按地址[3，2，1，4]循环取数。一个周期内的4个旋转相位，依次为[j，-1，-j，1]。

在完成步骤101之后，进行步骤102和步骤103。

步骤102，OFDM20M互相关CS检测。将输入信号与64个本地相关序列做互相关运算，相关之后的结果进入步骤107进行边带检测结果判断。

步骤103，DSSS互相关CS检测。将输入信号与80个本地相关序列做互相关运算，相关之后的结果进入步骤107进行边带检测结果判断。

步骤104，OFDM40M互相关CS检测。将输入信号与64个本地相关序列做互相关运算，相关之后的结果进入步骤107进行边带检测结果判断，此步骤与步骤101同时进行。

步骤105，辅信道变频滤波。对于小能量信号，对其进行辅信道变频滤波的处理，若辅信道为下边带，则辅信道变频滤波为将信号进行10MHz的上变频；若辅信道为上边带，则辅信道变频滤波为将信号进行10MHz的下变频。上变频和下变频的公式分别如公式1和公式2所示。此步骤与步骤101同时进行。

在完成步骤105后，进行步骤106。

步骤106，OFDM20M互相关CS检测。将输入信号与64个本地相关序列做互相关运算，相关之后的结果进入步骤107进行边带检测结果判断，此步骤与步骤102的计算方式相同。

步骤107，边带结果判断。根据前面互相关CS检测结果，与相应的阈值进行比较，如其中任意一个互相关值大于相应的阈值，则得到相应的边带判断结果。

边带判断的结果有四种情况：首先，如果小能量CS检测上下边带判断或大能量边带检测结果检测出来的是上边带而不是下边带，且主信道设置为上边带，则判断为主信道上边带信号；其次，如果检测出来的是下边带而不是上边带，且主信道设置为下边带，则判断为主信道下边带信号；再次，如果检测出来是边带信号，但主信道设置与边带检测的结果不一致，则为辅信道边带信号；其他情况下，都判断为双边带信号。

图2为本发明中基带接收机对大能量信号进行上下边带判断的流程示意图，如图2所示，根据具体的实现方式，包括以下步骤：

步骤201，AGC调整和帧头检测。对于大能量信号，首先进行AGC粗调，并进行帧头检测。其中，对于AGC粗调，主要是根据计算的32点信号能量和相应的阈值进行比较，并根据比较的结果进行AGC的粗调操作，将信号能量调整到一个比较合理的大小。对于帧头检测，OFDM的帧将3.2us的信号按0.8us间隔分为4个周期(每个周期32个点)，两两做相关求和，即进行自相关的操作。对于DSSS的帧，将输入信号与80个本地相关序列做互相关运算。两种相关之后的结果分别与相应的阈值进行比较，如果大于相应的阈值，则判断为相应类型的帧，从而得出帧头检测的结果。

步骤202，边带检测。将采样IQ信号进行希尔伯特变换。如果变换之后的信号正频率分量的能量大于n倍负频率分量的能量，则判断信号为上边带信号；如果变换之后的信号负频率分量的能量大于n倍正频率分量的能量，则判断信号为下边带信号；其他情况判断信号为双边带信号。

图3为本发明中基带接收机对小能量信号进行上下边带判断的装置示意图，如图3所示，主要包括主信道变频滤波单元，辅信道变频滤波单元，OFDM20M互相关CS检测单元，DSSS20M互相关CS检测单元，OFDM40M互相关CS检测单元，以及边带结果判断单元。

主信道变频滤波单元3011，根据不同主信道设置，主信道变频操作分为上变频和下变频两种情况。根据输入数据序号对应的四个不同的旋转相位，选择相应的输入数据与相应的旋转相位相乘之后的结果，从而实现对信号的上下变频操作。例如输入的数据为a_i+b_ij，(i＝1，2，3，4，…)，对于上变频，其旋转相位为[j，-1，-j，1]四个数循环取值，所以其上变频之后的数据为[-b₁+a₁j，-a₂-b₂j，b₃-a₃j，a₄+b₄j，…]；同理，下变频之后的数据为[b₁-a₁j，-a₂-b₂j，-b₃+a₃j，a₄+b₄j，…]。变频之后的数据经过一个移位乘加结构的低通滤波器，得到最终主变频滤波后的数据。

辅信道变频滤波单元3012，根据不同辅信道设置，辅信道变频操作分为上变频和下变频。其实现装置与主信道变频滤波的上下变频装置一致。

OFDM20M互相关CS检测单元3013，根据输入信号三元量化的值-1，0或1，对相应64个本地序列值进行取反，取0和取原值的操作，从而实现与本地序列的乘积操作，并将乘积之后的值进行相加操作从而得到OFDM20M互相关CS检测的值。

DSSS互相关CS检测单元3014，根据输入信号三元量化的值-1，0或1，对相应80个本地序列值进行取反，取0和取原值的操作，从而实现与本地序列的乘积操作，并将乘积之后的值进行相加操作从而得到DSSS互相关CS检测的值。

OFDM40M互相关CS检测单元3015，根据输入信号三元量化的值-1，0或1，对相应64个本地序列值进行取反，取0和取原值的操作，从而实现与本地序列的乘积操作，并将乘积之后的值进行相加操作从而得到OFDM40M互相关CS检测的值。

边带结果判断单元3016，根据3013，3014和3015单元检测的结果，与相应的阈值进行比较，如其中任意一个结果大于相应的阈值，则得到相应的边带判断结果。

边带判断的结果有四种情况：首先，如果小能量CS检测上下边带判断或大能量边带检测结果检测出来的是上边带而不是下边带，且主信道设置为上边带，则判断为主信道上边带信号；其次，如果检测出来的是下边带而不是上边带，且主信道设置为下边带，则判断为主信道下边带信号；再次，如果检测出来是边带信号，但主信道设置与边带检测的结果不一致，则为辅信道边带信号；其他情况下，都判断为双边带信号。

图4为本发明中基带接收机对大能量信号进行上下边带判断的装置示意图，如图4所示，

主要包括AGC调整单元，帧头检测单元，边带检测单元。

AGC调整单元4011，通过对接收到的32点IQ信号进行能量平方和运算得到的值，在AGC调整的每一步都与相应的阈值比较，如果大于阈值，则进行AGC的粗调工作。

帧头检测单元4012，OFDM的帧将3.2us的信号按0.8us间隔分为4个周期(每个周期32个点)，两两做相关求和，即进行自相关的操作。对于DSSS的帧，将输入信号与80个本地相关序列做互相关运算。两种相关之后的结果分别与相应的阈值进行比较，如果大于相应的阈值，则判断为相应类型的帧，从而得出帧头检测的结果。

边带检测单元4013，将采样IQ信号进行希尔伯特变换。如果变换之后的信号正频率分量的能量大于n倍负频率分量的能量，则判断信号为上边带信号；如果变换之后的信号负频率分量的能量大于n倍正频率分量的能量，则判断信号为下边带信号。此单元包括有乘法单元，加法单元以及延迟单元等。

以上提供的仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种802.11n基带上下边带判断方法，其特征在于步骤如下：

1)首先对接收到的信号进行能量检测，判断出信号是小能量信号还是大能量信号，如果是小能量信号，转2)，如果是大能量信号，转6)；

2)对于小能量信号，分别进行40M的OFDM互相关CS检测，主信道变频滤波和辅信道变频滤波；

3)主信道变频滤波后进行20M的OFDM互相关CS检测和20M的DSSS互相关CS检测；

4)辅信道变频滤波后进行20M的OFDM互相关CS检测；

5)将上述互相关CS检测的值进行上下边带的判断，得出上下边带的判断结果；

6)对于大能量信号，在进行完AGC调整和帧头检测之后，开始做边带检测。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于如果小能量信号的互相关CS检测上下边带的判断结果或大能量信号边带检测结果检测出来的是上边带而不是下边带，且主信道设置为上边带，则判断为主信道上边带信号；如果小能量信号四个互相关CS检测上下边带的判断结果或大能量信号边带检测结果检测出来的是下边带而不是上边带，且主信道设置为下边带，则判断为主信道下边带信号；如果小能量信号四个互相关CS检测上下边带的判断结果或大能量信号边带检测结果检测出来是边带信号，但主信道设置与小能量信号四个互相关CS检测上下边带的判断结果或大能量信号边带检测的结果不一致，则为辅信道边带信号；其他情况下，都判断为双边带信号。

3.一种802.11n基带上下边带判断装置，其特征在于：

对于小能量信号，所述802.11n基带上下边带判断装置包括主信道变频滤波单元，辅信道变频滤波单元，OFDM20M互相关CS检测单元，DSSS20M互相关CS检测单元，OFDM40M互相关CS检测单元和边带结果判断单元，其中：

主信道变频滤波单元对小能量信号进行主信道变频滤波，变频滤波之后的信号同时进入OFDM20M互相关CS检测单元和DSSS20M互相关CS检测单元，分别进行OFDM20M互相关CS检测和DSSS20M互相关CS检测；

辅信道变频滤波单元对小能量信号进行辅信道变频滤波，变频滤波之后的信号进入OFDM20M互相关CS检测单元进行OFDM20M互相关CS检测；

OFDM40M互相关CS检测单元小能量信号进行OFDM40M互相关CS检测；

边带结果判断单元将上述互相关CS检测的值进行上下边带的判断，得出上下边带的判断结果；

对于大能量信号，所述802.11n基带上下边带判断装置包括AGC调整单元，帧头检测单元和边带检测单元，其中：

AGC调整单元对大能量信号进行AGC调整，对接收到的信号进行能量平方和运算，将得到的值与相应的阈值比较，若大于阈值，则进行AGC粗调；

帧头检测单元对大能量信号进行帧头检测，将大能量信号进行相关运算，相关运算之后的结果分别与相应的阈值进行比较，得出帧头检测的结果；

边带检测单元在大能量信号进行完AGC调整和帧头检测之后做边带检测。

4.如权利要求3所述的一种802.11n基带上下边带判断装置，其特征在于：边带检测单元将采样的大能量信号进行希尔伯特变换，如果变换之后的信号正频率分量的能量大于n倍负频率分量的能量，n≥1，则判断大能量信号为上边带信号；如果变换之后的信号负频率分量的能量大于n倍正频率分量的能量，则判断大能量信号为下边带信号。