CN105812308B - 一种用于射频一致性测试系统的符号定时同步方法 - Google Patents

一种用于射频一致性测试系统的符号定时同步方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于射频一致性测试系统的符号定时同步方法，包括以下步骤：一、定义来自于测试系统信号rc(n)的两个向量rc1(n)和rc2(n)，二、输入本地短训练序列S，三、计算rc1和S的互相关以及rc2和S的互相关结果，四、令a(n)＝v1(n)v2(n)，其中a(n)的结果为集合A，定义160个点的滑动窗，并计算峰值累积和并找到最大的峰值累积和，五、最大的峰值累积找到后，最大的峰值累积和的第一个元素的位置就可以作为帧的起始位置，即为粗同步；六：用本地的短训练序列s(k)和接收到的信号r(n)做互相关得到M2(d)，预设一个阀值Dth，如果M2(d)＞Dth，则步骤五中的帧的起始位置即为准确的帧的起始位置，如果M2(d)≤Dth，则返回步骤四中重新进行计算。本发明极大地提高了符号同步的精确性，大大降低了同步位置偏差太大或者出现误判的可能性。

Description

一种用于射频一致性测试系统的符号定时同步方法
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，特别涉及一种适用于IEEE 802.11n射频一致性测试系统的符号定时同步方法。
背景技术
IEEE 802.11n无线局域网被广泛地应用在无线通信系统中。IEEE 802.11n是在IEEE 802.11a和IEEE 802.11g之上发展起来的一项技术，为包含MAC和PHY两层的标准。IEEE 802.11n标准在物理层采用了MIMO-OFDM技术，在扩大了信号覆盖范围的同时也将数据传输速率提高到100Mbps。MIMO-OFDM技术综合了OFDM技术和MIMO技术。WLAN设备作为无线局域网不可或缺的一部分，承担着数据交换和用户接入等重要的任务，关系着无线局域网的质量好坏与否。无线局域网中两个最重要的组成部分是：WLAN热点和WLAN终端，这也是进行测试的两个关键环节。无线局域网设备要对射频，协议和应用三个方面进行测试和验证。首先进行的是射频层的测试，这是射频信号质量分析的第一步，WLAN设备质量的好坏，直接取决于该层的测试。相对应的WLAN标准(如802.11a/b/g/n/ac等)中都严格的规定好了不同的测试项。接着是协议的分析，这是针对无线局域网设备的信令交互过程进行的测试过程，测试其是否遵守无线局域网设备在通信的时候所采用的流程。最后是应用测试，这是真实的无线局域网设备在生活场景中使用的模拟，测试其是否达到我们所预期的效果。
然而对于任何一种数字通信系统来说，同步都非常重要，而且OFDM系统非常容易受到同步误差的影响。定时同步流程由帧同步和符号同步完成。帧同步的作用是确定一个分组的起始时刻，符号同步的作用是定位出OFDM符号的FFT解调窗的起始位置。通常这两个步骤可以同时完成，也可以分开完成，也就是说先检测数据分组，粗略的估计出OFDM符号的起始位置，通常这样估计出来的起始位置在一个OFDM符号循环前缀中不受ISI干扰的那一部分，然后可以通过符号同步很精确地定位到OFDM符号FFT窗的起始位置。如果符号同步出现偏差甚至出现误判，那么子载波上数据符号会产生相位旋转，FFT解调窗里的所有的OFDM符号都会被载波间干扰(ICI)以及符号间干扰(ISI)所干扰，对WLAN系统的性能造成了很大的影响。因此，研究一种适用于IEEE 802.11n无线局域网的简单而又精确同步的符号定时同步具有很高的研究价值和意义。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种只要通过一轮简单的遍历得到最大累积组合的和就可以得到想要的同步位置，并且这种方法极大地提高了符号同步的精确性，大大降低了同步位置偏差太大或者出现误判可能性的适用于IEEE802.11n射频一致性测试系统的符号定时同步方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种用于射频一致性测试系统的符号定时同步方法，包括以下步骤：
步骤一：定义来自于测试系统信号rc(n)的两个向量rc1(n)和rc2(n)分别表示为：
rc1(n)＝[rc(n),rc(n+1),…,rc(n+15)]
rc2(n)＝[rc(n+16),rc(n+17),…,rc(n+31)]
步骤二：输入本地短训练序列S；
步骤三：基于步骤一中rc1(n)和rc2(n)的相关原理，计算rc1和S的互相关以及rc2和S的互相关，令v1(n)表示rc1和S的互相关结果，v2(n)表示rc1和S的互相关结果，则v1(n)和v2(n)的计算方法如下：
其中，N0表示短训练序列的长度16；
步骤四：令a(n)＝v1(n)v2(n)，其中a(n)的结果为集合A，在集合A中定义一个160个点的滑动窗，并依次计算峰值累积和从而找到最大的峰值累积和；
步骤五：最大的峰值累积找到后，其相应的集合也能找到，从而最大的峰值累积和的第一个元素的位置就可以作为帧的起始位置，即为粗同步；
步骤六：在粗同步之后，用本地的短训练序列s(k)和接收到的信号r(n)做互相关得到M2(d)，预设一个阀值Dth，如果M2(d)＞Dth，则步骤五中的帧的起始位置即为准确的帧的起始位置，如果M2(d)≤Dth，则步骤五中的帧的起始位置不是准确的帧的起始位置返回步骤四中重新进行计算，其中M2(d)表示为：
其中，步骤二中短训练S与信号带宽相关，当信号带宽BW＝20MHz时：
当信号带宽BW＝40MHz时：
其中，步骤四中的具体步骤为：滑动窗从第一个点开始移动，将步长设置为1个点，逐个点向后移动，并且在移动过程中记录每次滑动窗所包含的所有峰值之和，当滑动窗移动到最后能够得到所有位置点的峰值之和从而能够得到最大的峰值之和。
其中，步骤四中峰值累积和可以用下面的公式来计算：
其中：Indexm为最大峰值的位置，K0＝10，表示不超过的最小整数。
其中，短训练序列S中有10个相同的部分，所以互相关后的结果会有10个最大的峰值，且每个最大峰值的间隔为16个点。
本发明考虑了以前之所以会发生误判的原因，提出了一种基于短训练序列的最大累积和的方法，巧妙地利用了相关结果中的10个峰值，这是因为短训练序列中包含有10个重复的短训练符号，并且这10个峰值相加的累积和肯定是滑动窗移动遍历过程中的最大值。其优点在于，基于简单的互相关原理，没有增加算法的复杂度，只是通过一轮遍历得到最大累积组合的和，就可以得到想要的同步位置，并且这种方法极大地提高了符号同步的精确性，大大降低了同步位置偏差太大或者出现误判的可能性。本发明基于简单的互相关原理，没有增加算法的复杂度。其最大的优势就在于仅仅通过一轮遍历就可以得到最大累积和的组合，很大程度上提高了符号同步的精度。
有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)提出了一种基于短训练序列的最大累积和的方法，巧妙地利用了相关结果中的10个峰值，这是因为短训练序列中包含有10个重复的短训练符号，并且这10个峰值相加的累积和肯定是滑动窗移动遍历过程中的最大值。其优点在于，基于简单的互相关原理，没有增加算法的复杂度，只是通过一轮遍历得到最大累积组合的和，就可以得到想要的同步位置，并且这种方法极大地提高了符号同步的精确性，大大降低了同步位置偏差太大或者出现误判的可能性。
(2)本发明基于互相关的原理进行改进，算法原理简单，计算复杂度基本一致。同时，本发明极大地提高了符号同步的精确性，大大降低了同步位置偏差太大或者出现误判的可能性。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为实施例一中峰值累积和示意图；
图3为实施例一中最大的峰值累积和示意图。
具体实施方式
以下将结合上海城市人口密度实时监测为例来详细地说明本发明的技术方案，如图1所示，本发明的具体实施包括以下步骤：
步骤一：定义来自于测试系统信号rc(n)的两个向量rc1(n)和rc2(n)分别表示为：
rc1(n)＝[rc(n),rc(n+1),…,rc(n+15)]
rc2(n)＝[rc(n+16),rc(n+17),…,rc(n+31)]
步骤二：输入本地短训练序列S；
步骤三：基于步骤一中rc1(n)和rc2(n)的相关原理，计算rc1和S的互相关以及rc2和S的互相关，令v1(n)表示rc1和S的互相关结果，v2(n)表示rc1和S的互相关结果，则v1(n)和v2(n)的计算方法如下：
其中，N0表示短训练序列的长度16；
步骤四：令a(n)＝v1(n)v2(n)，其中a(n)的结果为集合A，在集合A中定义一个160个点的滑动窗，并依次计算峰值累积和从而找到最大的峰值累积和；
步骤五：最大的峰值累积找到后，其相应的集合也能找到，从而最大的峰值累积和的第一个元素的位置就可以作为帧的起始位置，即为粗同步；
步骤六：在粗同步之后，用本地的短训练序列s(k)和接收到的信号r(n)做互相关得到M2(d)，预设一个阀值Dth，如果M2(d)＞Dth，则步骤五中的帧的起始位置即为准确的帧的起始位置，如果M2(d)≤Dth，则步骤五中的帧的起始位置不是准确的帧的起始位置返回步骤四中重新进行计算，其中M2(d)表示为：
其中，步骤二中短训练S与信号带宽相关，当信号带宽BW＝20MHz时：
当信号带宽BW＝40MHz时：
其中，步骤四中的具体步骤为：滑动窗从第一个点开始移动，将步长设置为1个点，逐个点向后移动，并且在移动过程中记录每次滑动窗所包含的所有峰值之和，当滑动窗移动到最后能够得到所有位置点的峰值之和从而能够得到最大的峰值之和。
其中，步骤四中峰值累积和可以用下面的公式来计算：
其中：Indexm为最大峰值的位置，K0＝10，表示不超过的最小整数。
其中，短训练序列S中有10个相同的部分，所以互相关后的结果会有10个最大的峰值，且每个最大峰值的间隔为16个点。
实施例一：本实例以实际的IEEE 802.11n射频一致性测试系统为例，主要基于Aeroflex PXI 3000射频一致性测试。设置所有的通信信道均为理想信道，且只考虑慢衰落。利用RF线将待侧件的天线和PXIe模块化的矢量信号分析器连起来，然后将af3010通过RF线连到af3025C上作为信号的激发源，通过RF线将af3011和af3035相连作为本地振荡器。进行待侧件的测试时，利用待侧件控制面板给待测件发出控制指令，把矢量信号发生器和矢量信号分析器连接在一起，这时便可完成回环测试。以IEEE 802.11n 20MHz MF为例，其短训练S为：
N0表示一个短训练符号的长度，这里取16。
步骤1：开启Aeroflex PXI 3000射频一致性测试系统，DUT采用Broadcom公司生产的BCM43526芯片，利用RF线将待侧件的天线和PXIe模块化的矢量信号分析器连起来，发送数据。
步骤2:准备好本地的短训练序列，这对于接收机来说是已知的。
步骤3：计算法v1(n)和v2(n)的结果。
步骤4：计算a(n)＝v1(n)v2(n)的结果，将此结果定义为最大累积和组合A，如图2所示。
步骤5：集合A中，定义了一个160个点的滑动窗来找到最大的峰值，峰值的位置定义成Indexm。
步骤6：如果滑动窗包含了位置在Indexm的峰值，并且10个峰值的集合也就找到了。
步骤7：一旦最大的累积和以及相应的集合被找到，那么最大累积和的第一个元素的位置就可以作为帧的起始位置，预设一个阀值Dth，这里取0.18，在短训练序列s(k)和接收到的信号r(n)做互相关结果大于阀值Dth时，满足的集合里选择间隔为16个采样点的峰值，这样就可以得到准确的帧的起始位置，从而实现了精确的符号定时同步，如图3所示。
实施例二：本实例以实际的IEEE 802.11n射频一致性测试系统为例，主要基于Aeroflex PXI 3000射频一致性测试。设置所有的通信信道均为理想信道，且只考虑慢衰落。利用RF线将待侧件的天线和PXIe模块化的矢量信号分析器连起来，然后将af3010通过RF线连到af3025C上作为信号的激发源，通过RF线将af3011和af3035相连作为本地振荡器。进行待侧件的测试时，利用待侧件控制面板给待测件发出控制指令，把矢量信号发生器和矢量信号分析器连接在一起，这时便可完成回环测试。以IEEE 802.11n 20MHz MF为例，其短训练S为：
N0表示一个短训练符号的长度，这里取16。
步骤1：开启Aeroflex PXI 3000射频一致性测试系统，DUT采用Broadcom公司生产的BCM43526芯片，利用RF线将待侧件的天线和PXIe模块化的矢量信号分析器连起来，发送数据。
步骤2:准备好本地的短训练序列，这对于接收机来说是已知的。
步骤3：计算法v1(n)和v2(n)的结果。
步骤4：计算a(n)＝v1(n)v2(n)的结果，将此结果定义为最大累积和组合A，如图2所示。
步骤5：集合A中，定义了一个160个点的滑动窗来找到最大的峰值，峰值的位置定义成Indexm。
步骤6：如果滑动窗包含了位置在Indexm的峰值，并且10个峰值的集合也就找到了。
步骤7：一旦最大的累积和以及相应的集合被找到，那么最大累积和的第一个元素的位置就可以作为帧的起始位置，预设一个阀值Dth，这里取0.18，在短训练序列s(k)和接收到的信号r(n)做互相关结果不大于阀值Dth时，不满足的集合里选择间隔为16个采样点的峰值，这样就得不到准确的帧的起始位置，从而需要从步骤4开始重新进行计算直至短训练序列s(k)和接收到的信号r(n)做互相关结果大于阀值Dth时才能得到准确的帧的起始位置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于射频一致性测试系统的符号定时同步方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：定义来自于测试系统信号rc(n)的两个向量rc1(n)和rc2(n)分别表示为：
rc1(n)＝[rc(n),rc(n+1),…,rc(n+15)]
rc2(n)＝[rc(n+16),rc(n+17),…,rc(n+31)]
步骤二：输入本地短训练序列S；
步骤三：基于步骤一中rc1(n)和rc2(n)的相关原理，计算rc1和S的互相关以及rc2和S的互相关，令v1(n)表示rc1和S的互相关结果，v2(n)表示rc1和S的互相关结果，则v1(n)和v2(n)的计算方法如下：
其中，N0表示短训练序列的长度16；
步骤四：令a(n)＝v1(n)v2(n)，其中a(n)的结果为集合A，在集合A中定义一个160个点的滑动窗，并依次计算峰值累积和从而找到最大的峰值累积和；
步骤五：最大的峰值累积和 找到后，其相应的集合也能找到，从而最大的峰值累积和的第一个元素的位置就可以作为帧的起始位置，即为粗同步；
步骤六：在粗同步之后，用本地的短训练序列s(k)和接收到的信号r(n)做互相关得到M2(d)，预设一个阀值Dth，如果M2(d)＞Dth，则步骤五中的帧的起始位置即为准确的帧的起始位置，如果M2(d)≤Dth，则步骤五中的帧的起始位置不是准确的帧的起始位置返回步骤四中重新进行计算，其中M2(d)表示为：
所述步骤四中峰值累积和可以用下面的公式来计算：
其中：Indexm为最大峰值的位置，K0＝10，表示不超过的最小整数。
2.根据权利要求1所述的一种用于射频一致性测试系统的符号定时同步方法，其特征在于：步骤二中短训练S与信号带宽相关，当信号带宽BW＝20MHz时：
当信号带宽BW＝40MHz时：
3.根据权利要求1所述的一种用于射频一致性测试系统的符号定时同步方法，其特征在于：步骤四中的具体步骤为：滑动窗从第一个点开始移动，将步长设置为1个点，逐个点向后移动，并且在移动过程中记录每次滑动窗所包含的所有峰值之和，当滑动窗移动到最后能够得到所有位置点的峰值之和从而能够得到最大的峰值之和。
4.根据权利要求2所述的一种用于射频一致性测试系统的符号定时同步方法，其特征在于：短训练序列S中有10个相同的部分，所以互相关后的结果会有10个最大的峰值，且每个最大峰值的间隔为16个点。
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