专利名称：一种用于无线通信网的帧头检测和同步的装置的制作方法
技术领域：
一般而言本发明涉及一种应用于无线通信装置中基带信号接收机装置，具体而言本发明涉及的这种基带信号接收机包含基于IEEE 802.11a或HiperLan2协议的帧头检测和同步判定的装置电路。
背景技术：
无线局域网是灵活的数据通信系统，可以作为建筑物或校园内有线局域网的补充或替代。WLAN可以使用无线电波传输数据，这样就减少了对有线连接的需要，就将数据可连通性与用户移动性相结合，并且应用到一些如笔记本等便携式终端。这样的无线数据通信系统可以使用在许多场合，比如宾馆、机场候机楼、医院、校园等。
WLAN可以有多种技术可供选择，有多载波系统、扩频系统、窄带系统和红外系统，这些通信系统中，各有各的特点，优点和缺陷并存，但理论和实践已经证明，正交频分复用系统(OFDM)非常适合于无线局域网通信。
OFDM是在信道上高效率发送数据的性能比较优越的技术，该技术使用了信道带宽内的多个副载波频率发送数据。与频分复用(FDM)相比，后者为了避免载波间的干扰，需要将副载波分隔开来，从而浪费了一部分频率资源。而OFDM系统的副载波尽管可能相互重叠，但仍然能够在接收端使已经调制在每个副载波上的信息得到分辨和恢复。
同时，OFDM系统还具有对多径延迟扩展和频率选择性衰落的耐受程度、有效的频谱使用和良好的抗干扰等特性。
在通信系统中，接收端接收到信号时，首先要检测信号的帧头，还要进行同步，本发明就是为了检测802.11a或HiperLan2标准协议的帧头，同时找到同步点。
符合802.11a或HiperLan2标准协议的基带信号由short preamble(1)、long preamble(2)、SIGNAL(3)以及DATA信号(4)构成，如图1所示。
一般通信系统的接收机电路结构如图4所示，天线接收信号送入RF模块(5)，下变频之后得到模拟基带信号，经过A/D变换(6)，得到数字基带信号，再经过“消除残留载波”(7)、帧头检测及采样时钟同步(8)，解调及译码电路(9)，便得到数据输出。同时还有“自动增益控制”电路(10)，它的作用是检测信号幅度或能量，反馈控制信号给RF模块以控制接收信号幅度，在其控制稳定之后，会送出一个指示信号表示接收信号幅度已经稳定。
本发明所涉及的电路就是图4中的“帧头检测及时钟同步”(8)部分。
接收机要用short preamble来完成探测和初步同步功能。当采样速率为20MHz时，Short preamble由10个相同的、16点信号序列单元组成，在理想情况下，如果接收信号幅值稳定，short preamble与匹配滤波器相关可以得到10个较高的相关波峰，如图2所示，如果检测到这样的信号，就可以判定收到的信号是802.11a信号，而且还可以确定同步点。
但实际情况比较复杂，刚开始接收信号时，其幅值可能偏大也可能偏小，因此要用“自动增益控制”(AGC)来调整，调整时间最大可以占用short preamble中的前面6个序列单元，也就意味着这6个序列单元可能是无法使用的。
一般检测帧头的方法是直接测试相关值是否超过门限，相关过程是这样的以一个short preamble符号的16点的复数值的共轭组成匹配滤波器，接收信号进来时，序列经过匹配滤波器，进行相关运算，每个时钟点产生一个相关值。但这种方式的缺陷在于有可能由于噪声的影响而使得相关值超过门限，而不是真的相关峰值，使得无法探知同步点。
因此，迫切需要使用一种技术能在short preamble这段时间里精确检测信号并通过精确的检测数据以实现初步同步，避免由于外界干扰而造成的帧头检测错误及频率偏差估算错误。
发明内容
本发明设计出电路，采用本地信号与接收信号相关的方法，找到最后4个相关波峰，并且根据波峰的位置来确定同步点。
本发明的特征依次包含如下步骤1.使用short preamble中10个符号中的一个、由16点组成的序列的共轭值作为匹配滤波器，将其与接收信号进行相关运算。
2.基带A/D采样率为20MHz，当接收到802.11a信号时，按顺序依次取16点，相当于用一个滑动窗口依次在接收序列中取用于相关的信号序列，将其与匹配滤波器相关，即对应点的数据进行复数相乘，乘积结果累加，累加和的实部和虚部分别平方再相加，或取绝对值直接相加。如加入接收信号中含有short preamble信号序列，那么在上述相关值序列中会产生几个明显高于一般值的相关波峰。
3.由于实际情况中的各种偏差和噪声的影响，使得某些情况下非波峰位置的相关值高于门限，为避免这种情况，首先需要确定所比较的相关值是波峰，方法是判定该点的相关值一定高于与其相邻的两个点的相关值。
4.理想情况下，上述相关过程会产生几个相关波峰，这几个波峰一定处于相隔16点的位置上。但在低信噪比的情况下，由于噪声的影响，会产生一些非相关波峰的、高于门限的相关值，为了排除这种干扰，需要加入确定位置的判定条件，即判定的波峰位置必须以16点为距离。
5.由于接收信号的功率在开始时是不稳定的，AGC的调控需要一定的时间，一般要用short preamble时间段的前60％，即图1中的t1到t6的时间段，所以在做相关运算时通常至少都能够出现后面4个稳定的相关波峰，有必要检测这4个波峰，方法是在检测到有4个相隔为16点的波峰后，再隔16点位置上的相关值不超过门限，则可以判定这4个波峰是最后4个相关波峰，对应的是short preamble的最后一段t7到t10的信号；检测这4个波峰另一个方法是检测到有4个相隔为16点的相关值的平均值大于门限，下一个距离为16的点的相关值小于门限，则可以判定这4个波峰是最后4个相关波峰，对应的是shortpreamble的最后一段t7到t10的信号。
6.在找到short preamble相关运算的最后4个相关波峰后，根据波峰位置可以确定采样同步。在相关波峰出现的位置就是接收信号的shortpreamble中一个符号与匹配滤波器数据序列对应位置完全一致时的位置，可以确定short preamble中最后4个符号的位置，也就可以据此确定同步位置。
1.图1是IEEE 802.11a或HiperLan2的基带信号的结构示意图，其中包含了Short Preamble(1)、Long Preamble(2)、SIGNAL(3)及信息数据(4)等。
2.图2是理想的相关值输出序列，说明在理想情况下，用本地信号与接收信号进行相关运算后，得到的相关值序列，其中有10个相关峰值。
3.图3是一般的相关值输出序列，说明在一般情况下，接收信号的前面一段信号时间用来做AGC(10)调整，可能出不了相关峰值，在Short Preamble后面一段时间，应当出现最少4个相关峰值。
4.图4是通信系统中的主要结构，有RF、A/D、AGC、消除残留载波、帧头检测、时钟同步、解调制和译码等电路。
5.图5是本发明的电路结构。
具体实施例方式
基于本发明的实施实例，应用于IEEE 802.11a帧头的检测和同步，电路框图如图5所示，下面给出具体实施步骤。
1.A/D采样率为20MHz，用short preamble中10个符号中的一个、由16点组成的序列的共轭值作为匹配滤波器(11)。
2.收信号送入一个长度为16的移位寄存器(15)，每个时刻该移位寄存器向前移动一位，并且接收一个新的信号。
3.在每个时刻，寄存器(15)和(11)上的数据都进行一次相关运算，即对应位置上的数据相乘，相乘的到16个点的上述结果累加，累加结果的实部与虚部分别求平方并相加，或取绝对值相加，便得到一个时刻的相关值。
4.将上述相关值送入一个移位寄存器(14)，每个时刻该移位寄存器向前移动一位，并且接收一个新的相关值。
5.存储相关值序列的寄存器(14)长度为67，波峰检测电路(13)用来检测寄存器(14)中的位置2、18、34、50、66上的相关值，检测这些位置上是否是波峰值，条件是a)相关值高于门限；b)相关值高于相邻两点的相关值。
6.假如检测到寄存器(14)中的位置18、34、50、66上的相关值达到上述要求，而位置2上的相关值却未达到要求，则可以判定上述4个波峰位置是short preamble相关运算的最后4个相关波峰。
7.存储相关值序列的寄存器(14)长度为67，波峰检测电路(13)用来检测寄存器(14)中的位置2、18、34、50、66上的相关值，判定上述4个波峰位置是short preamble相关运算的最后4个相关波峰，条件还可以是a)18、34、50、66位置上的相关值的平均值高于门限；b)2位置上的相关值低于门限值；8.找到short preamble相关运算的最后4个相关波峰后，也就可以确定short preamble的最后4个符号的位置，也就是说波峰时刻的接收符号序列与本地相关序列在位置上完全对应，这样就可以确定同步位置。通过具体实施方式
的实现效果来看，本发明所设计出的电路其最大的创新点及解决技术问题的核心思想在于采用本地信号与接收信号相关的方法，通过检测short preamble的最后4个相关波峰，以此可以得到帧头同步位置。正如一般相关领域技术人员所知，这是下一步基带信号解调的必要条件，通过此技术过程可以避免了由于噪声干扰而造成的无法精确进行帧头检测及门限偏差无法准确判定同步点这一技术难题。
权利要求
1.本发明涉及一种用于IEEE 802.11a或HiperLan2标准的帧头检测与同步方法，特征在于包括以下步骤用一个互相关器来得到标准Short Preamble符号与接收信号的互相关值序列；判定相关值序列是否出现特定情形，以确定接收信号是符合IEEE 802.11a或HiperLan2标准的信号，并且初步确定同步位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于用Short Preamble中的一个符号的共轭值来与输入采样信号的值做互相关。如公式(1)所示，s(m)，m＝1，2，...N为Short Preamble的一个符号序列，r(n)为输入基带采样序c(n)=Σm=1Nr(n+m)·s*(m)...(1)]]>列，c(n)为相关值。得到相关值后将其模值的平方，作为相关幅度值d(n)，见公式(2)。并且可用求实部与虚部的绝对值之和来代替，见公式(3)。d(n)＝c(n)·c*(n) (2)d(n)＝|Re[c(n)]|+|Im[c(n)]|(3)
3.根据权利要求1与权利要求2所述的方法，其特征在于相关值序列出现特定情形是指相关值序列连续出现等符号距离的波峰。即在等符号距离的位置上连续出现不少于四个波峰，而在下一个等距离位置上却没有出现波峰，即可以判定找到了Short Preamble的最后几个符号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于检测为相关波峰的标准可以是该处的相关值不仅大于门限，而且大于相邻的左右两边的相关值。相关值序列出现特定情形还可以是检测四个等符号距离的相关值的平均值大于门限，而在下一个等距离位置上的相关值却低于门限。
5.本发明涉及一种用于IEEE 802.11a或Hiperlan2标准的帧头检测装置，特征在于包括相关模块，用来将接收采样序列与标准Short Preamble符号做相关运算；峰值判定模块，在相关值序列中判定是否出现特定情形，以确定接收信号是IEEE 802.11a或Hiperlan2标准的信号，并且初步确定同步位置。
6.根据权利要求5所述的相关模块，其工作过程是这样的用标准中ShortPreamble的一个符号的一组共轭值来与一组接收到的采样值对应位置上的数据相乘，相乘结果累加后得到的复数实部与虚部分别求平方并相加，或者直接求绝对值并相加，便得到该时刻的相关值。取不同时刻接收到的采样值做互相关运算便得到一个相关值序列。
7.根据权利要求5的装置，其特征在于所述峰值判定模块的作用是，在相关值序列中，检测四个连续相隔一个符号距离的相关峰。再检测相关值序列下一个符号距离的位置处不出现相关峰。
8.根据权利要求6的装置，其特征在于检测为相关峰的标准是该点的相关值不仅大于门限，而且大于相邻的两个点的相关值。检测四个连续相关峰的装置可以是这四个峰值都大于一个确定的门限，或者四个峰值的平均值大于一个确定的门限。
9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于从接收到信号开始，逐点对接收信号进行检测，直到检测到达到标准的点。
10.据权利要求6或权利要求7所述的装置，确定Short Preamble中最后4个符号的位置，也就可据此确定同步位置。
全文摘要
一种用于IEEE 802.11a或HiperLan2的帧头检测和同步的装置。本装置是一种应用于WLAN(无线局域网)系统中基于IEEE 802.11a或HiperLan2协议的接收机帧头检测和同步的电路装置。该装置是利用匹配滤波器对ShortPreamble序列做互相关运算，得到一个相关序列，若是得到了特定的相关峰值情形，即连续等距距离出现波峰之后，而且在之后相同距离没有出现超过门限的波峰，则可判定检测到符合IEEE 802.11a或HiperLan2标准信号，并且可以据此初步确定同步位置。
文档编号H04L25/02GK1758636SQ200410080419
公开日2006年4月12日 申请日期2004年10月9日 优先权日2004年10月9日
发明者刘立国, 滕炜亮 申请人:北京中电华大电子设计有限责任公司