CN106534018A - 一种应用于ofdm改进的分组检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种OFDM接收机延时相关分组检测的峰值判定的方法，它通过检测前导结构重复的序列，当延时相关能量累加的峰值与自相关能量的比值大于某一判定值并保持一段长度的方式来断定接收到的序列是发送的信号序列。峰值判定方式采用极值判定算法，可以提高峰值判定的精度，改进了原有延时相关累加精度不够的问题。它具有原理简单，计算方便、结果准确可靠、硬件易实现的特点，非常适合高速数据传输，在无线通信领域，特别是在车载环境等多径效应和多普勒频移严重的场合有广泛应用前景。
Description
技术领域
本发明属于通信领域，涉及无线通信信号检测技术，具体涉及到正交频分复用(OFDM)接收机分组检测的峰值检测的方法。
背景技术
基于OFDM的无线通信具有频带利用率高，抗干扰能力强的优点，是4G网络主选的信号调制方式。但是OFDM一个最主要的缺点就是接收机同步设计复杂。子载波在信道中由于噪声以及多径效应多普勒频移的影响而失去正交性，接收端无法识别有效信号以及无法解调。一般的做法是提高发射机接收机功率，问题是OFDM无线通信系统中峰均功率比太大，不利于发射机接收机实现。另一种是在帧头部加入一定的信息来利于接收端检测，比如802.11通信协议中加入重复的10个短训练序列，每个长度16位，该周期性的序列在接收端能简化同步设计，利用前导结构方法在无线通信中称之为分组检测，也叫帧同步，该方法简单可靠，具有一定的实际意义。
分组同步（帧同步）用于确定有效数据的起始位置，为解调有效数据提供基础。其核心的思想就是认为信号与噪声（随机序列）的互相关性很小，而信号与自身的相关性很大。利用这一特点，接收端可以检测到有效信息。采用滑动窗口的分组检测方法，累加一个窗口长度的互相关值，将得到一个峰值。在该峰值处判定为有数据到达。但是这种方法的峰值由于受到信道中噪声的影响，短训练序列互相关不一定出现峰值，而噪声影响可能使接收机接收到峰值。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测有效序列的方法，进一步的，是为了提高信号检测的精度，减少误检测。用极值法判定出现的峰值，并且保持一定的长度判决接收到的是信号，实现滤掉噪声的影响。极值判定法根据信道特性和硬件器件特性做了算法优化，非常容易在可编程芯片中实现。
本发明提供了一种分组检测的改进算法，其特征包括：
步骤1加缓存，缓存信号保存原始信号序列和移位后的序列。
步骤2计算能量值：
步骤2a滑动窗口互相关累加能量值计算；假设接收机接收到的数据
，每个数据的位数是L，延时相关能量计算方式，,L又称之为窗口长度，D是延时长度，式子为当前接收的窗口L长度的数据与D时刻前的L长度的互相关值。 步骤2b计算滑动窗口的能量值接收信号的能量值，即自相关值为。表示整个窗口长度L，滑动窗口是累加窗口长度的能量值，每加入一个点能量舍弃末尾的点的能量。
步骤3极值法判定滑动窗口互相关峰值考虑到通信信道中信号能量比噪声能量大很多，即信噪比SNR一般大于1。接收序列中受噪声干扰的码子是一个序列长度中极少个，所以当接收到的是发送信号帧时，那么序列长度(滑动窗口长度)内的累加和是个峰值，该值不小于相邻两点的滑动窗口内的累加值；当接收到无信号时，不会出现峰值。即且时，判定检测到一个峰值。
步骤4判定有效数据判决变量为，先取预定值，方便硬件实现一般取0.5，判定 。连续保持多次该式成立，并且假若两次检测到门限的极大值之间的距离大于一定的距离，认为前面检测到的信号到达错误的，重新开始信号到达检测。如果短训练字相关值大于门限的次数小于预先设置的次数，相关参数清0，继续进行到达检测。
当连续检测到大于门限的极大值的次数达到一定值后，即认为信号到达，此时输出经过缓冲后的接收数据。
本发明的实质是在根据通信信道特征，采用比较法求极大值，极大值保持一段长度，减少噪声的误判断。只有有效数据才能保持较长的极大值，噪声只可能引入少次的峰值，保持一段长度可以减少噪声带来的误检测。本发明的优点或积极的效果：改进了原有分组检测方法，进一步提高检测精度。避免了噪音带来的误检测。结构简单，算法根据可编程芯片特点做了优化，易于实现。
附图说明
图1是本发明信号检测的原理示意图
其中1是输出短训练序列极值
图2是本发明在改进的算法的原理图
图3是自相关互相关能量计算的曲线图
蓝色曲线是延时相关互相关值，红色是自相关窗口能量值。蓝色达到顶峰时说明接收到了有效数据。
图4是芯片仿真之后检测到序列的示意图
输入端输入短训练序列的实部虚部，检测到输入有效数据后，输出使能拉高，并且输出输入端数据。
具体实施方式
通过对图2的测试方式在FPGA芯片上做了实现，MATLAB2012上做了验证，所有步骤结论都正确。
步骤1输入短训练序列短训练序列分为实部虚部，各占8位。一个时钟周期输入一个码字，无线通信中，短训练序列的长度16，重复10次。首位需要加窗减半。
第1个实部虚部为bitInR= 8'b00000110; bitInI = 8'b00000110;
第2个bitInR= 8'b11011110; bitInI = 8'b00000001;
第3个bitInR= 8'b11111101;bitInI = 8'b11101100;直到160个。
步骤2计算能量值直接调用乘法器资源，计算码字R的自相关，即模平方，移位16长度后计算码字R与移位后R’的互相关值，滑动累加，计算长度16的累加值。
步骤3极值法判定峰值，并且保持一定长度，判决信号到达。硬件中为了简化计算，判定当前累加和与相邻比较。出现极大值时设定标志1，每滑动窗口一次，标志位赋到缓冲区，缓冲区的值累加到32’hffff_ffff时判定是接收到有效发送序列。
经过以上步骤，就实现了接收机的分组检测，图3的蓝色出现峰值时是检测到有效数据的到达，并且峰值能保持一定长度。
图4的实际芯片模拟图可知，能检测到输入信号，帧输出使能在延时64拍后置高，输出端输出输入的短训练序列。
从具体实例可知，本发明在算法级给出了推导，并且易于用FPGA芯片硬件实现，对无线通信的信号检测的性能做了评估，为提高抗干扰能力，以及提高识别精度，提供了一种无线信号检测的方法。
Claims (1)
1.一种应用于OFDM改进的分组检测的方法，其特征包含以下步骤：
步骤1滑动窗口互相关累加能量值计算假设接收机接收到的数据
，每个数据的位数是L，延时相关能量计算方式，，D是延时长度，式子为当前接收的窗口L长度的数据与D时刻前数据的互相关累加值；
步骤2极值法判定滑动窗口互相关峰值互相关能量是个变化的值，最小值是0，最大值可以取到自相关值，一个窗口长度内的累加和会出现若干个极大值；
判断出现极大值的方法采用当前点与前一点和后一点比较的方法，这样可以简化运算，并且易于可编程芯片实现；
之所以考虑这种方式，是认为通信信道中信号能量比噪声能量大很多，即信噪比SNR一般大于1，并且信号与白噪声互不相关；接收序列中受噪声干扰的码子是一个序列长度中极少个，所以当接收到的是发送信号帧时，那么序列长度(滑动窗口长度)内的累加和是个峰值，该值不小于相邻两点的滑动窗口内的累加值，出现极大值；当接收到无信号时，不会出现峰值；即且时，判定检测到一个峰值；
步骤3滑动窗口能量计算接收信号的能量值，即自相关值为；表示整个窗口长度L内的能量值；
步骤4判决有效信号判决变量为，根据能量表达式可知，得出的值的范围是0~1,通信理论中认为高斯白噪声与信号的互相关系数是0，1表示窗口全部在接收序列中，0表示是噪声在窗口而无信号，其余值表示信号中参杂噪声；
硬件实现时，先取一预定值，比如0.5，判定 ；
连续保持多次该式成立，并且假若两次检测到门限的极大值之间的距离大于一定的距离，认为前面检测到的信号到达错误的，重新开始信号到达检测；
如果短训练字相关值大于门限的次数小于预先设置的次数，相关参数清0，继续进行到达检测；
当连续检测到大于门限的极大值的次数达到一定值后，即认为信号到达，此时输出经过缓冲后的接收数据即可。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106789825A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-05-31 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种基于滑动窗峰值检测的ofdm系统同步装置及方法 |
| CN114205199A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-18 | 成都中科合迅科技有限公司 | 一种复杂电磁环境下wifi信号识别的方法 |
| CN114337869A (zh) * | 2020-09-29 | 2022-04-12 | 广州慧睿思通科技股份有限公司 | 信号驻留位置检测方法及装置、计算机设备和存储介质 |
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