CN111245764B - 一种基于wifi系统的频偏跟踪方法及装置 - Google Patents

一种基于wifi系统的频偏跟踪方法及装置 Download PDF

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CN111245764B CN202010038312.7A CN202010038312A CN111245764B CN 111245764 B CN111245764 B CN 111245764B CN 202010038312 A CN202010038312 A CN 202010038312A CN 111245764 B CN111245764 B CN 111245764B
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Abstract

本发明公开了一种基于WIFI系统的频偏跟踪方法及装置，WIFI系统的当前码元接收信号依次经过均衡器、解调、解交织、维特比译码、解扰和解CRC；频偏跟踪方法及装置包括：对维特比译码的结果进行信道编码、交织和调制，重构出当前码元频域信号；或者，对当前码元接收信号的解调结果进行硬判、调制，重构出当前码元频域信号；基于当前码元接收信号和重构后的当前码元频域信号，进行信道估计，得到所有子载波上的信道估计结果；基于所有子载波上的信道估计结果，进行频偏跟踪。相比于现有仅利用导频子载波的频偏跟踪方法，本发明的频偏跟踪方法的频偏估计结果精度高。

Description

一种基于WIFI系统的频偏跟踪方法及装置
技术领域
本发明涉及频偏跟踪技术领域，具体涉及一种基于WIFI系统的频偏跟踪方法及装置。
背景技术
对于通信系统中的接收机而言，采样晶振的精度误差会造成频率偏差和采样偏差，其会造成接收机的性能损失。一般接收机经过频偏估计(包括粗估计和精估计)和频偏补偿后，频偏影响会得到抑制；但是，因为接收机环境和多普勒效应的影响，频偏可能会一直在波动，所以在数据解调的过程中，进行频偏跟踪就显得很重要，会直接影响接收机的性能，特别是对于数据帧比较长的系统，这就显得尤其的重要。
对于WIFI中OFDM系统(11a/g/n等)而言，也有相同的问题，在接收机系统也必须添加频偏跟踪模块来降低频偏波动的影响。在WIFI物理层分组结构中，数据字段码元里插入了导频子载波，用于相位旋转纠错，也可进一步用于频率偏移和码元定时纠错。
例如在20M信道里，导频子载波位于-21，-7，7，21，假设H(n,k)表示第n个OFDM码元、第k个子载波的信道估计结果，那么第n个码元的相位偏移估计结果如下：
Figure BDA0002366811990000011
其中arg(.)是求相位操作，(.)*是求共轭操作。
例如在40M信道里，导频子载波位于-53，-25，-11，11，25，53，假设H(n,k)表示第n个OFDM码元、第k个子载波的信道估计结果，那么第n个码元的相位偏移估计结果如下：
Figure BDA0002366811990000012
其中arg(.)是求相位操作；(.)*是求共轭操作。
在WIFI物理层分组结构中的数据字段中，用于做频偏跟踪的导频子载波数目不多，20M信道中为4个，40M信道中为6个。在这种情况下，假如信噪比比较高的情况下，现有的频偏跟踪技术是没有问题的；但是当信噪比比较低的情况下，由于噪声影响，使导频的信道估计结果本身准确度低；同时，由于导频子载波数目少，使其合并增益也不是很大；从而导致频偏估计结果精度受到很大的影响。
发明内容
针对上述技术问题中存在的缺陷，本发明提供一种基于WIFI系统的频偏跟踪方法及装置。
本发明公开了一种基于WIFI系统的频偏跟踪方法，WIFI系统的当前码元接收信号依次经过均衡器、解调、解交织、维特比译码、解扰和解CRC；所述频偏跟踪方法包括：
对维特比译码的结果进行信道编码、交织和调制，重构出当前码元频域信号；
基于所述当前码元接收信号和重构后的当前码元频域信号，进行信道估计，得到所有子载波上的信道估计结果；
基于所有子载波上的信道估计结果，进行频偏跟踪。
作为本发明的进一步改进，第n个码元的相位偏移估计结果为：
Figure BDA0002366811990000021
Figure BDA0002366811990000022
K为偶数且k≠0
式中：
Figure BDA0002366811990000023
为第n个码元的相位偏移估计结果；
Hnew(n,k)表示第n个OFDM码元、第k个子载波的信道估计结果；
K为子载波数目；
arg(.)是求相位操作；
(.)*是求共轭操作。
本发明还公开了一种基于WIFI系统的频偏跟踪方法，WIFI系统的当前码元接收信号依次经过均衡器、解调、解交织、维特比译码、解扰和解CRC；所述频偏跟踪方法包括：
对当前码元接收信号的解调结果进行硬判、调制，重构出当前码元频域信号；
基于所述当前码元接收信号和重构后的当前码元频域信号，进行信道估计，得到所有子载波上的信道估计结果；
基于所有子载波上的信道估计结果，进行频偏跟踪。
作为本发明的进一步改进，第n个码元的相位偏移估计结果为：
Figure BDA0002366811990000031
Figure BDA0002366811990000032
K为偶数且k≠0
式中：
Figure BDA0002366811990000033
为第n个码元的相位偏移估计结果；
Hnew(n,k)表示第n个OFDM码元、第k个子载波的信道估计结果；
K为子载波数目；
arg(.)是求相位操作；
(.)*是求共轭操作。
本发明公开了一种基于WIFI系统的频偏跟踪装置，WIFI系统的当前码元接收信号依次经过均衡器、解调、解交织、维特比译码、解扰和解CRC；所述频偏跟踪装置包括：
信道编码模块，用于对维特比译码的结果进行信道编码；
交织模块，用于对信道编码的结果进行交织；
调制模块，用于对交织的结果进行调制，重构出当前码元频域信号；
频偏跟踪模块，用于基于所述当前码元接收信号和重构后的当前码元频域信号，进行信道估计，得到所有子载波上的信道估计结果；基于所有子载波上的信道估计结果，进行频偏跟踪。
作为本发明的进一步改进，第n个码元的相位偏移估计结果为：
Figure BDA0002366811990000034
Figure BDA0002366811990000035
K为偶数且k≠0
式中：
Figure BDA0002366811990000041
为第n个码元的相位偏移估计结果；
Hnew(n,k)表示第n个OFDM码元、第k个子载波的信道估计结果；
K为子载波数目；
arg(.)是求相位操作；
(.)*是求共轭操作。
本发明还公开了一种基于WIFI系统的频偏跟踪装置，WIFI系统的当前码元接收信号依次经过均衡器、解调、解交织、维特比译码、解扰和解CRC；所述频偏跟踪装置包括：
硬判模块，用于对当前码元接收信号的解调结果进行硬判；
调制模块，用于对硬判结果进行调制，重构出当前码元频域信号；
频偏跟踪模块，用于基于所述当前码元接收信号和重构后的当前码元频域信号，进行信道估计，得到所有子载波上的信道估计结果；基于所有子载波上的信道估计结果，进行频偏跟踪。
作为本发明的进一步改进，第n个码元的相位偏移估计结果为：
Figure BDA0002366811990000042
Figure BDA0002366811990000043
K为偶数且k≠0
式中：
Figure BDA0002366811990000044
为第n个码元的相位偏移估计结果；
Hnew(n,k)表示第n个OFDM码元、第k个子载波的信道估计结果；
K为子载波数目；
arg(.)是求相位操作；
(.)*是求共轭操作。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明利用当前码元接收信号的解码结果，重构出当前码元的频域信号；然后使用当前码元接收信号和重构后的信号进行信道估计，得到所有子载波上的信道估计结果；最后利用所有子载波上的信道估计结果，进行频偏跟踪；相比于现有仅利用导频子载波的频偏跟踪方法，本发明的频偏跟踪方法的频偏估计结果精度高。
附图说明
图1为本发明实施例1公开的基于WIFI系统的频偏跟踪方法的流程图；
图2为本发明实施例1公开的基于WIFI系统的频偏跟踪装置的框架图；
图3为本发明实施例2公开的基于WIFI系统的频偏跟踪方法的流程图；
图4为本发明实施例2公开的基于WIFI系统的频偏跟踪装置的框架图；
图5为本发明实施例1的频偏跟踪方法与现有仅利用导频子载波的频偏跟踪方法的误包率对比图；
图6为本发明实施例1的频偏跟踪方法与实施例2的频偏跟踪方法的误包率对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
实施例1：
如图1所示，本发明提供一种基于WIFI系统的频偏跟踪方法，现有WIFI系统的当前码元接收信号依次经过均衡器、解调、解交织、维特比译码、解扰和解CRC；在此基础上，本发明的频偏跟踪方法包括：
步骤1、对当前码元接收信号依次经过均衡器、解调、解交织、维特比译码后的维特比译码结果依次进行信道编码、交织和调制，重构出当前码元频域信号；
步骤2、基于当前码元接收信号和重构后的当前码元频域信号，进行信道估计，得到所有子载波上的信道估计结果；其中：
Hnew(n,k)表示第n个OFDM码元、第k个子载波的信道估计结果，共有K个子载波，那么第n个码元的相位偏移估计结果
Figure BDA0002366811990000051
为：
Figure BDA0002366811990000061
Figure BDA0002366811990000062
K为偶数且k≠0
式中：
arg(.)是求相位操作，(.)*是求共轭操作。
例如在20M信道里，假设Hnew(n,k)表示第n个OFDM码元、第k个子载波的信道估计结果，共有K个子载波，K＝52，那么第n个码元的相位偏移估计结果如下：
Figure BDA0002366811990000063
k＝-26，-25，...，25，26，k≠0
步骤3、基于所有子载波上的信道估计结果，进行频偏跟踪。
如图2所示，本发明提供一种基于WIFI系统的频偏跟踪装置，现有WIFI系统的接收模块所接收的当前码元接收信号依次经过均衡器、解调、解交织、维特比译码(维特比译码模块)、解扰和解CRC；在此基础上，本发明的频偏跟踪装置包括：
信道编码模块，用于对维特比译码的结果进行信道编码；
交织模块，用于对信道编码的结果进行交织；
调制模块，用于对交织的结果进行调制，重构出当前码元频域信号；
频偏跟踪模块，用于基于当前码元接收信号和重构后的当前码元频域信号，进行信道估计，得到所有子载波上的信道估计结果；基于所有子载波上的信道估计结果，进行频偏跟踪；其中：
Hnew(n,k)表示第n个OFDM码元、第k个子载波的信道估计结果，共有K个子载波，那么第n个码元的相位偏移估计结果
Figure BDA0002366811990000066
为：
Figure BDA0002366811990000064
Figure BDA0002366811990000065
K为偶数且k≠0
式中：
arg(.)是求相位操作，(.)*是求共轭操作。
例如在20M信道里，假设Hnew(n,k)表示第n个OFDM码元、第k个子载波的信道估计结果，共有K个子载波，K＝52，那么第n个码元的相位偏移估计结果如下：
Figure BDA0002366811990000071
k＝-26，-25，...，25，26，k≠0
实施例2：
如图3所示，本发明提供一种基于WIFI系统的频偏跟踪方法，现有WIFI系统的当前码元接收信号依次经过均衡器、解调、解交织、维特比译码、解扰和解CRC；在此基础上，本发明的频偏跟踪方法包括：
步骤1、对当前码元接收信号依次经过均衡器、解调后的解调结果进行硬判、调制，重构出当前码元频域信号；
步骤2、基于当前码元接收信号和重构后的当前码元频域信号，进行信道估计，得到所有子载波上的信道估计结果；其中：
Hnew(n,k)表示第n个OFDM码元、第k个子载波的信道估计结果，共有K个子载波，那么第n个码元的相位偏移估计结果
Figure BDA0002366811990000075
为：
Figure BDA0002366811990000072
Figure BDA0002366811990000073
K为偶数且k≠0
式中：
arg(.)是求相位操作，(.)*是求共轭操作。
例如在20M信道里，假设Hnew(n,k)表示第n个OFDM码元、第k个子载波的信道估计结果，共有K个子载波，K＝52，那么第n个码元的相位偏移估计结果如下：
Figure BDA0002366811990000074
k＝-26，-25，...，25，26，k≠0
步骤3、基于所有子载波上的信道估计结果，进行频偏跟踪。
如图4所示，本发明提供一种基于WIFI系统的频偏跟踪装置，现有WIFI系统的接收模块所接收的当前码元接收信号依次经过均衡器、解调、解交织、维特比译码(维特比译码模块)、解扰和解CRC；在此基础上，本发明的频偏跟踪装置包括：
硬判模块，用于对当前码元接收信号的解调结果进行硬判；
调制模块，用于对硬判结果进行调制，重构出当前码元频域信号；
频偏跟踪模块，用于基于当前码元接收信号和重构后的当前码元频域信号，进行信道估计，得到所有子载波上的信道估计结果；基于所有子载波上的信道估计结果，进行频偏跟踪；其中：
Hnew(n,k)表示第n个OFDM码元、第k个子载波的信道估计结果，共有K个子载波，那么第n个码元的相位偏移估计结果
Figure BDA0002366811990000084
为：
Figure BDA0002366811990000081
Figure BDA0002366811990000082
K为偶数且k≠0
式中：
arg(.)是求相位操作，(.)*是求共轭操作。
例如在20M信道里，假设Hnew(n,k)表示第n个OFDM码元、第k个子载波的信道估计结果，共有K个子载波，K＝52，那么第n个码元的相位偏移估计结果如下：
Figure BDA0002366811990000083
k＝-26，-25，...，25，26，k≠0
以WIFI 11g为例进行仿真，数据速率为54Mbps,信道环境是AWGN，晶振精度是50ppm,本发明实施例1的频偏跟踪方法与现有仅利用导频子载波的频偏跟踪方法的误包率对比如图5所示。
以WIFI 11g为例进行仿真，数据速率为54Mbps,信道环境是AWGN，晶振精度是50ppm,本发明实施例1的频偏跟踪方法与实施例2的频偏跟踪方法的误包率对比如图6所示。
由此可知，本发明实施例1、2的频偏跟踪方法明显优于现有仅利用导频子载波的频偏跟踪方法，其误包率更低，精度更高；
同时，本发明实施例1的频偏跟踪方法优于实施例2，因为维特比译码有纠错能力，所以本发明提出的方法比该替代方案的性能更好。
本发明的优点为：
本发明利用当前码元接收信号的解码结果，重构出当前码元的频域信号；然后使用当前码元接收信号和重构后的信号进行信道估计，得到所有子载波上的信道估计结果；最后利用所有子载波上的信道估计结果，进行频偏跟踪；相比于现有仅利用导频子载波的频偏跟踪方法，本发明的频偏跟踪方法的频偏估计结果精度高。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于WIFI系统的频偏跟踪方法，WIFI系统的当前码元接收信号依次经过均衡器、解调、解交织、维特比译码、解扰和解CRC；其特征在于，所述频偏跟踪方法包括：
对维特比译码的结果进行信道编码、交织和调制，重构出当前码元频域信号；
基于所述当前码元接收信号和重构后的当前码元频域信号，进行信道估计，得到所有子载波上的信道估计结果；
基于所有子载波上的信道估计结果，进行频偏跟踪。
2.如权利要求1所述的频偏跟踪方法，其特征在于，第n个码元的相位偏移估计结果为：
Figure FDA0002366811980000011
Figure FDA0002366811980000012
K为偶数且k≠0
式中：
Figure FDA0002366811980000013
为第n个码元的相位偏移估计结果；
Hnew(n，k)表示第n个OFDM码元、第k个子载波的信道估计结果；
K为子载波数目；
arg(.)是求相位操作；
(.)*是求共轭操作。
3.一种基于WIFI系统的频偏跟踪方法，WIFI系统的当前码元接收信号依次经过均衡器、解调、解交织、维特比译码、解扰和解CRC；其特征在于，所述频偏跟踪方法包括：
对当前码元接收信号的解调结果进行硬判、调制，重构出当前码元频域信号；
基于所述当前码元接收信号和重构后的当前码元频域信号，进行信道估计，得到所有子载波上的信道估计结果；
基于所有子载波上的信道估计结果，进行频偏跟踪。
4.如权利要求3所述的频偏跟踪方法，其特征在于，第n个码元的相位偏移估计结果为：
Figure FDA0002366811980000021
Figure FDA0002366811980000022
K为偶数且k≠0
式中：
Figure FDA0002366811980000023
为第n个码元的相位偏移估计结果；
Hnew(n,k)表示第n个OFDM码元、第k个子载波的信道估计结果；
K为子载波数目；
arg(.)是求相位操作；
(.)*是求共轭操作。
5.一种基于WIFI系统的频偏跟踪装置，WIFI系统的当前码元接收信号依次经过均衡器、解调、解交织、维特比译码、解扰和解CRC；其特征在于，所述频偏跟踪装置包括：
信道编码模块，用于对维特比译码的结果进行信道编码；
交织模块，用于对信道编码的结果进行交织；
调制模块，用于对交织的结果进行调制，重构出当前码元频域信号；
频偏跟踪模块，用于基于所述当前码元接收信号和重构后的当前码元频域信号，进行信道估计，得到所有子载波上的信道估计结果；基于所有子载波上的信道估计结果，进行频偏跟踪。
6.如权利要求5所述的频偏跟踪装置，其特征在于，第n个码元的相位偏移估计结果为：
Figure FDA0002366811980000024
Figure FDA0002366811980000025
K为偶数且k≠0
式中：
Figure FDA0002366811980000026
为第n个码元的相位偏移估计结果；
Hnew(n,k)表示第n个OFDM码元、第k个子载波的信道估计结果；
K为子载波数目；
arg(.)是求相位操作；
(.)*是求共轭操作。
7.一种基于WIFI系统的频偏跟踪装置，WIFI系统的当前码元接收信号依次经过均衡器、解调、解交织、维特比译码、解扰和解CRC；其特征在于，所述频偏跟踪装置包括：
硬判模块，用于对当前码元接收信号的解调结果进行硬判；
调制模块，用于对硬判结果进行调制，重构出当前码元频域信号；
频偏跟踪模块，用于基于所述当前码元接收信号和重构后的当前码元频域信号，进行信道估计，得到所有子载波上的信道估计结果；基于所有子载波上的信道估计结果，进行频偏跟踪。
8.如权利要求7所述的频偏跟踪装置，其特征在于，第n个码元的相位偏移估计结果为：
Figure FDA0002366811980000031
Figure FDA0002366811980000032
K为偶数且k≠0
式中：
Figure FDA0002366811980000033
为第n个码元的相位偏移估计结果；
Hnew(n,k)表示第n个OFDM码元、第k个子载波的信道估计结果；
K为子载波数目；
arg(.)是求相位操作；
(.)*是求共轭操作。
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