CN1471270A

CN1471270A - 一种无线局域网同步位置的确定方法

Info

Publication number: CN1471270A
Application number: CNA021256772A
Authority: CN
Inventors: 蒋朱成; 吴更石; 蔡睿
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-01-28
Anticipated expiration: 2022-07-26
Also published as: CN1223153C

Abstract

本发明公开了一种无线局域网同步位置的确定方法，该方法利用基于训练结构的信号接收序列和信号原始发送序列进行计算，获得计算结果信号，在计算结果信号中检测连续多个间隔固定的信号峰值，然后根据上述信号峰值确定同步位置；采用上述方案确定无线局域网的同步位置简单易行，实现结构简单，所需的存储量和计算量以及同步延时都较小。

Description

一种无线局域网同步位置的确定方法

技术领域

本发明涉及无线局域网的同步方法，具体地说涉及到无线局域网同步位置的确定方法。

背景技术

对于无线局域网来说，时间同步(或称定时捕获)技术是一项关键技术，它直接关系到整个系统性能的优劣。在现有的无线局域网中，定时捕获是依据802.11a协议(国际电气与电子工程师协会IEEE制定的无线局域网标准协议)实现的。802.11a工作在5GHz频段，带宽为20MHz的正交频分复用(OFDM)模式，用于接收机的定时捕获、频偏纠正、信道估计，其训练结构如图2所示，图中t1、t2、t3....t10表示10段相同的短训练序列，T1、T2表示两段相同的长训练序列，GI2是长训练序列的保护间隔。每段短训练序列长度为0.8μs，由于802.11a协议的采样周期为50ns，所以每段短训练序列包括16个采样点(0.8μs/50ns＝16)。每段长训练序列长度为3.2μs，即包括64个采样点。保护间隔GI2长度为1.6μs(32个采样点)。保护间隔是由长训练序列周期扩展而来的，图2所示的训练结构就是由10段连续相同的短训练序列和两段连续相同的长训练序列构成。

基于图2所示的训练结构，在现有的时间同步解决方法中，同步位置的确定多是令接收信号经过一定的延时单元形成延时信号，再对接收信号和延时信号进行相关运算，通过检测相关峰值来实现。设接收机接收到的信号为r(n)，n＝1，2，3....，则上述方法可以用下式来表示：

P (d) = Σ_{m = 0}^{m = N - 1} (r_{d + m}^{*} r_{d + m + N}) - - - - (1);

通过捕获P(d)的最大值所对应的位置d来确定同步位置.由上述公式可以看出，当r_d+m＝r_d+m+N(其中m＝0、1、2......N-1)时，P(d)达到峰值，因此这种方法本质上是检测两段连续相等的长度为N的序列.由于802.11a协议提供的训练结构包含10段连续相同的短训练序列和两段连续相同的长训练序列，因此在基于802.11a协议中使用上述方法确定同步位置存在如下缺点：

1、由于每段短训练序列长度为16个采样点，而10段短训练序列共有160个采样点，所以如果在公式(1)中当N为16的整倍数且N＜80时，在短训练序列部分有连续多段(至少两段)相同的长度为N的序列，这样，当时刻d落在短训练序列对应的时间段时，P(d)会在一系列连续的的位置上达到最大值，从而出现一个最大值的平台，而不是一个尖峰，因此不利于精确定位同步位置。

2、当N＝80时，整个短训练序列部分(长度为160个采样点)可以被看成是由前后两段(长度为80)相等的序列组成，因此根据前面所述当d＝d₀(d₀表示短训练序列的开始位置)时P(d)会出现唯一的尖峰，此时

P (d_{0}) = Σ_{m = 0}^{m = N - 1} (r_{d_{0} + m}^{*} r_{d_{0} + m + N}),

可是在相邻的下一位置上，即d＝d₀+1时，

P (d_{0} + 1) = Σ_{m = 0}^{m = N - 1} (r_{(d_{0} + 1) + m}^{*} r_{(d_{0} + 1) + m + N}),

可以看出，序列

r_{d_{0} + m}^{*} r_{d_{0} + m + N,}

(m＝0、1.....N-1)和序列

r_{(d_{0} + 1) + m}^{*} r_{(d_{0} + 1) + m + N,}

(m＝0、1......N-1)非常接近，只有一个元素不同，因此这两个序列元素的和，P(d₀)与P(d₀+1)值也很接近，特别是在N较大时，因此，峰值P(d₀)和它临近的一些位置上值区别不大，即尖峰不够陡峭，在实际系统中，由于总是有噪声等干扰因素的影响，使得这种情况下很容易引起误判，不利于精确定位，同时还会带来较大的同步时延，且需要占用较多的存储空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有利于精确定位、时延较小，占用存储空间也较小的无线局域网同步位置的确定方法。

为达到上述目的，本发明提供的无线局域网同步位置的确定方法，包括下述步骤：

步骤1：利用基于训练结构的信号接收序列和信号原始发送序列进行计算，获得计算结果信号，在计算结果信号中检测连续多个间隔固定的信号峰值；

步骤2：根据上述信号峰值确定同步位置。

所述步骤1进一步包括：

步骤11：设置连续检测的信号峰值数L、连续检测的信号峰值之间的间隔M、M个计数器reg(kk)(kk＝0，1，2...M-1)、信号峰值位置变量d，以及信号峰值门限Th，并设置reg(kk)＝0(kk＝0，1，2...M-1)，d＝0；

步骤12：使变量d的值增1，即d＝d+1，计算d与M之间的模数，即kk＝(d)mod(M)；

步骤13：根据基于训练结构的信号接收序列和信号原始发送序列计算位置d的信号峰值P(d)；

步骤14：判断位置d的信号峰值P(d)是否大于门限Th，如果不大于，使计数器reg(kk)置零，然后转步骤12继续操作，否则转步骤15；

步骤15：使计数器reg(kk)的值增1；

步骤16：判断计数器reg(kk)的值是否等于L，如果不相等，转步骤12继续操作，否则，确定连续L个间隔为M的信号峰值。

步骤13所述根据基于训练结构的信号接收序列和信号原始发送序列计算位置d的信号峰值P(d)按照下述公式进行：

P (d) = Σ_{k = 0}^{M - 1} (r_{d + k} \cdot s_{k}^{*});

其中：

r(n)，n＝1、2、3......，为信号接收序列；

s(k)，k＝0、1、2、......、M-1，为信号原始发送序列；

“*”表示求共轭，即S_k ^*是S_k的共轭复数。

步骤2所述根据上述信号峰值确定同步位置，是在连续L个间隔为M的信号峰值中确定第一个峰值信号的位置为同步位置。

假如本发明采用基于802.11a协议的训练结构，本发明利用基于训练结构的信号接收序列和信号原始发送序列确定同步位置，由于训练结构是由协议规定的，因此对于发送方和接收方都是已知，即对于接收方来说训练序列就是一段明码信息，与现有方法相比，由于不是和信号接收序列的延迟信号做相关运算来确定同步位置。这样可以减小相关运算中噪声的影响，且可以避免现有方法中检测到的尖峰不够陡峭的问题；其次本发明不是检测一个相关峰值，而是检测连续L(L＞1)个间隔为M的峰值。例如M＝16的情况下，由于接收端共有10段长度为16的短训练序列，所以可以知道将会出现连续10个间隔为16的峰值，所以通过L值的设置，能够较好的同步性能，在本发明中，由于M的取值较小，所以所需的运算量和存储量都较少，同时L的值也较小，所以带来的同步时延也很小。因此，本发明简单易行，实现结构简单，所需的存储量和计算量以及同步延时都较小。

附图说明

图1是本发明所述方法的实施例流程图；

图2是802.11a协议的训练结构图。

图3是图1采用的用于计算信号峰值的滤波器结构图。

具体实施方式

下面以本发明采用802.11a协议的训练结构为例，结合附图对本发明作进一步详细的描述。

图1是本发明所述方法的实施例流程图。

首先由于训练结构是由协议规定的，因此对于发送方和接收方都是已知，所以对于接收方来说短训练序列就是一段明码信息，所以本发明采用接收序列和原始发送的一段短训练序列直接做相关运算，而不是和接收序列的延迟信号做相关运算。这样可以减小相关运算中噪声的影响，且可以避免前一种方法中检测到的尖峰不够陡峭的问题.设接收序列为{r(n)，n＝1、2、3......}发送的短训练序列为{s(k)，k＝0、1、2、......、M-1}，则对接收序列和短训练序列进行相关运算得

P (d) = Σ_{k = 0}^{M - 1} (r_{d + k} \cdot s_{k}^{*}) - - - - (2)

其中“*”表示求共轭，即S_k ^*是S_k的共轭复数。

其次本发明不是检测一个相关峰值，而是检测连续L(L＞1)个间隔为M的峰值。例如M＝16的情况下，由于接收端共有10段长度为16的短训练序列，所以可以知道将会出现连续10个间隔为16的峰值，一般来说只要检测到大于等于2个这样连续出现的峰值就已经可以获得较好的同步性能。仿真表明取适当的峰值个数和门限值可以达到联合最优。可见这种方法由于M的取值小，所以所需的运算量和存储量都很小，L的值也不大所以带来的同步时延也很小。

首先在步骤1设置连续检测的信号峰值数L、连续检测的信号峰值之间的间隔M、M个计数器reg(kk)(kk＝0，1，2...M-1)、信号峰值位置变量d，以及信号峰值门限Th，并设置M个计数器的初值为0，即reg(kk)＝0(kk＝0，1，2...M-1)，d＝0；之所以选择M个计数器是因为进行相关运算的短训练序列的长度为M，如果具体到802.11a协议则M＝16。这M个计数器的作用，是统计是否出现连续L个(L＞1)间隔为M的峰值，即，通过记录在逻辑上M个不同位置出现的峰值个数来统计是否出现连续多个间隔为M的峰值，这里把间隔为M或M的整倍数的位置都视为逻辑上的同一位置。

在步骤2，计算当前位置d，使变量d的值增1，即d＝d+1，再计算d与M之间的模数，即kk＝(d)mod(M)，以便采用响应的计数器记录检测到信号峰值个数。接着在步骤3根据基于训练结构的信号接收序列和信号原始发送序列计算位置d对应的信号峰值P(d)；再在步骤4判断位置d的信号峰值P(d)是否大于门限Th，如果不大于，认为没有出现信号峰值，因此在步骤5使相应位置的计数器reg(kk)置零，然后转步骤12继续检测下一个位置是否出现峰值，否则则认为出现一个峰值，这时就要在步骤6对相应的计数器的值加1，即使计数器reg(kk)＝reg(kk)+1，然后在步骤7判断该计数器的值是否达到期望值L，如果达到则认为已经找到同步点，这时继续步骤8根据找到的连续L个间隔为M的信号峰值确定具体的同步位置点，否则转步骤2继续计算下一个位置(或时刻)所对应的P(d)的值，继续寻找新的峰值。

上述步骤3计算位置d的信号峰值P(d)按照下述公式进行：

P (d) = Σ_{k = 0}^{M - 1} (r_{d + k} \cdot s_{k}^{*});

其中：

r(n)，n＝1、2、3......，为信号接收序列；

s(k)，k＝0、1、2、......、M-1，为信号原始发送序列；

“*”表示求共轭，即S_k ^*是S_k的共轭复数。

本例中采用下述公式计算同步位置：同步位置＝d-(L-1)*M。由于在实际中找到了L个间隔为M的信号峰值时，就表示已经找到了训练序列的位置，并且第一峰值就对应第一个短训练序列的开始位置，第二个峰值就对应着第二个短训练序列的开始位置，依次类推。本例中的同步位置定在第一个峰值信号的位置，因为它一般就是整个数据包的开始位置。当然也可以定在其它峰值位置，如第二个峰值位置，此时这个位置就是第二个短训练序列的开始位置。

假设M＝16，L＝3，如果在d＝1这个位置(或称时刻)出现了一个峰值，则计数器1的值加1，在d＝2的位置上出现一个峰值则计数器2的值加1，如果在d＝17这个位置上又出现一个峰值的话，由于d＝17和d＝1相差16，所以被认为是同一位置因此计数器1的值加1变为2，如果在d＝17的位置上没有出现峰值的话，则计数器1的值变为0。如果在d＝33的位置又出现一个峰值则因为它和d＝1相差32是16的整倍数所以计数器1的值再加1，如果计数器1原来的值是2则现在就变为3，可见这时计数器1的值3表示连续出现3个间隔为16的峰值。当计数器的值达到期望值3时就认为捕获到了这一串短训练序列，并认为当前位置d就是第3个短训练序列的开始位置。知道了第3个短训练序列的开始位置，当然也就可以向前推算或向后推算知道任意一个短训练序列的开始位置，例如向前推算就可以知道第一个短训练序列的开始位置，即d-(L-1)*M，它也是整个数据包的开始时刻。

上述信号峰值P(d)可以用图3所示的滤波器结构来实现，其中滤波器系数就是短训练序列的共轭复数，图3中Z^-1表示延迟单元。

Claims

1、一种无线局域网同步位置的确定方法，包括下述步骤：

步骤2：根据上述信号峰值确定同步位置。

2、根据权利要求1所述的无线局域网同步位置的确定方法，其特征在于步骤1进一步包括：

步骤15：使计数器reg(kk)的值增1；

3、根据权利要求2所述的无线局域网同步位置的确定方法，其特征在于步骤13所述根据基于训练结构的信号接收序列和信号原始发送序列计算位置d的信号峰值P(d)按照下述公式进行：

P (d) = Σ_{k = 0}^{M - 1} (r_{d + k} \cdot s_{k}^{*});

其中：

r(n)，n＝1、2、3......，为信号接收序列；

s(k)，k＝0、1、2、......、M-1，为信号原始发送序列；

“*”表示求共轭，即S_k ^*是S_k的共轭复数。

4、根据权利要求2或3所述的无线局域网同步位置的确定方法，其特征在于步骤2所述根据上述信号峰值确定同步位置，是在连续L个间隔为M的信号峰值中确定第一个峰值信号的位置为训练序列的开始位置即同步位置。