一種大帶寬高階調制802.11ax信號高精度分析算法研究

陳鳳林 李恒

摘要：本文提出一種時頻域相結合頻偏矯正方法，可實現大帶寬高階調制下OFDMA-WLAN信號的解調算法。該算法包括變速率采樣模塊、信號同步模塊、粗頻偏估計模塊、細頻偏估計模塊、信號解析模塊、FFT模塊、信道估計模塊、相位跟蹤模塊、相偏矯正模塊、解調處理模塊，最后得到WLAN信號分析結果。

關鍵詞：OFDMA;802.11ax;頻偏估計;相位追蹤;信道估計

IEEE802.11ax是近兩年興起的高效無線網絡（High-Efficiency Wireless-HEW），可通過一系列系統特性和多種機制增加系統容量，以更好的一致覆蓋和減少空口介質擁塞來改善Wi-Fi網絡的工作方式，使用戶獲得最佳體驗;尤其在密集用戶環境中，可為更多的用戶提供一致和可靠的數據吞吐量，其目標是將用戶的平均吞吐量提高至少4倍，也就是說，意味著基于802.11ax的Wi-Fi網絡具有前所未有的高容量和高效率。

802.11ax標準在物理層導入了多項大幅變更，依舊向下兼容802.11a/b/g/n/ac設備。802.11ax新增多種關鍵技術中包括OFDMA、MU-MIMO、1024-QAM、Spatial Reuse、BBS Coloring，其中OFDMA是通過將子載波子集分配給不同用戶且在OFDM系統中添加多址的方法，允許同時提供給具有不同帶寬需求的多個用戶，從而有效利用可用頻譜。

目前，WLAN物理層面臨以下幾個問題：無線傳輸介質有嚴格的帶寬限制和頻率規則;與有線局域網相比，WLAN的通信環境比較惡劣;信號隨時間和空間等多種路徑衰減;不可避免地要受到一些無線和非無線設備的干擾。因此WLAN的信號質量都會影響WLAN信號的解調可靠性。本文提出一種時頻域相結合頻偏矯正方法，可實現

160MHz帶寬下1024QAM調制的OFDMA-WLAN信號的精確解調。

1資源單位（resource unit）

在802.11ax中，一個最小的時頻單位為RU，RU是一個相對的概念，即存在很多種不同大小的RU，如表1所示，一共定義了6種RU類型，分別是26、52、106、242、484和996個子載波。

2HEPPDU格式

802.11ax中定義了4種HEPPDU格式：HE SU PPDU、HE MU PPDU、HE ER SU PPDU和HE TB PPDU，本文針對HE SU PPDU幀格式類型進行算法方案設計，幀格式如圖1所示。

3算法描述

本文針對160MHz帶寬下1024QAM調制的OFDMA-WLAN信號設計了一種精確解調分析的方法，為OFDMA-WLAN信號分析提供更為精確的頻偏矯正及解調算法。為針對通信多模分析儀提供高精度的OFDMA-WLAN解調功能，本文采取如下技術方案：一種時頻域相結合頻偏矯正方法實現大帶寬下高階調制OFDMA-WLAN信號的解調裝置。它包含10個模塊：變速率采樣模塊、信號同步模塊、粗頻偏估計模塊、細頻偏估計模塊、信號解析模塊、FFT模塊、信道估計模塊、相位跟蹤模塊、相偏矯正模塊、解調處理模塊。具體按圖2步驟進行。

1）變速率采樣：根據測試需求，接收到的OFDMA-WLAN信號并不是需要的采樣率，根據不同的帶寬（20MHz/40MHz/80MHz/160MH），通過變速率采樣可以得到和幀結構匹配的采樣率。

2）信號同步：根據測試需求，利用短訓練序列的相關性找到信號的物理幀起始點。

3）粗頻偏估計：OFDMA-WLAN信號通過信道后，在時域中采用了短訓練序列和長訓練序列的相關性進行粗頻偏估計。

4）細頻偏

矯正：運用長訓練序列進行細頻偏估計。

5）字段解

析：HE-SIGA字段中包含DATA長度、調制方式、編碼方式、GI長度，HE-LTF格式等信息，得到SIGNAL字段后，需要通過FFT、信道估計、信道均衡、解交織、維特比譯碼和CRC校驗等。

6）FFT：FFT模塊主要對信號進行分段FFT變換，以得到頻域信號，是OFDMA信號最重要的處理過程之一，根據不同的HE-LTF，要對其做不同的處理。

7）信道估計：根據不同的HE-LTF格式，在1XHELTF和2XHELTF中，信道矩陣還需要進行頻域插值，1XHELTF要進行4倍插值，2XHELTF要進行2倍插值，以得到信道估計矩陣;得到信道估計矩陣之后，對DATA段進行信道均衡。

8）相位跟蹤及補償：本裝置運用信號中的導頻點進行相位跟蹤，并運用導頻點進行相位跟蹤及補償。

9）信號解調：解調處理單元主要對數據進行處理，以得到測試結果。

4仿真及實例應用

選取WLAN的信號帶寬為160MHz，調制方式為1024QAM，HELTF的格式為4XHELTF，通過本文的方法可準確解調出該信號的各項參數及指標，圖3是1024QAM的星座圖。

5結束語

本文設計并實現了大帶寬高階調制下OFDMA-WLAN信號的基帶信號的解調，信號經過變速率采樣、信號同步、粗頻偏估計、細頻偏估計、信號解析、FFT、信道估計、相位跟蹤、相偏矯正、解調處理算法解調后，解調算法已成功應用于實際測量當中，測量指標穩定，算法可靠。

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作者簡介：陳鳳林（1990—），男，漢族，安徽蚌埠，碩士，工程師，專業：移動通信。