简介

WLAN无线电通常使用一个单振荡器来产生时钟以进行采样和调制。发射机和接收机中的振荡器并不以完全相同的频率工作。由于这种不匹配，载波频率偏移(CFO)存在于接收机和发射机之间，以及接收机相对于发射机移位时的采样瞬时。这种采样瞬时在接收机和发射机之间的偏移称为采样时钟偏移(SCO)。当接收机的采样时钟运行速度比发射机慢时，这将导致更大的采样周期和正采样时钟偏移。在IEEE®802.11™标准中包含试点子载波允许跟踪和纠正SCO和CFO缺陷。

在OFDM系统中，SCO表现为子载波和符号相关的相位旋转和载波间干扰(ICI) [1］．当SCO较大，且一个包很长时，远离DC的子载波将经历大幅度的减值。CFO表现为ICI和所有子载波共有的符号依赖相位旋转。该图说明了由于这些缺陷，子载波从一个OFDM符号到下一个符号的相位旋转。 $${\Phi }_k$$是子载波索引的相位误差吗 $$k$$， $$K$$是子载波的数量， $$\zeta$$上海合作组织, $$\Delta f$$为载波频率偏移量， $$T_u$$是符号的周期， $$\delta$$为相位误差梯度(PEG)， $$\omega$$为常见相位误差(CPE)。PEG和CPE可以用来估计SCO和剩余CFO。

此示例演示了如何演示带有固定SCO和CFO缺陷的IEEE 802.11ac™VHT波形[2]，并展示了在使用和不使用联合时序和相位跟踪对SCO和CFO进行校正的解调受损波形的均衡星座，以演示跟踪的有效性。

生成基带波形

创建一个VHT配置对象来参数化传输。使用只有500字节的数据负载和16点正交振幅调制(16-QAM)产生少量的OFDM符号，并使损伤容易可视化。

cfgVHT = wlanVHTConfig;cfgVHT。ChannelBandwidth =“CBW20”；cfgVHT。NumTransmitAntennas = 1;cfgVHT。NumSpaceTimeStreams = 1;cfgVHT。MCS = 4;% 16-QAM和3/4编码率cfgVHT。APEPLength = 500;%字节

创建一个随机PSDU。

s = rng (10);%种子随机数生成器psdu = randi([0 1]，cfgVHT。PSDULength 8 * 1“int8”）;

生成VHT报文。

tx = wlanWaveformGenerator (psdu cfgVHT);

模型的缺陷

模型-100百万分之一(PPM)采样时钟偏差之间的发射机和接收机使用comm.SampleRateOffset．

上海合作组织= -100;以PPM为单位的采样时钟偏移

使用comm.SampleRateOffset通过指定所需的采样速率偏移。采样率偏移是指发射器和接收器的采样率之间的相对偏移。采样时钟偏移是发射器和接收器采样周期之间的相对偏移。

地面读数=上海合作组织/(1 +上海合作组织/ e6);以PPM为单位的采样率偏移

建模采样时钟偏移，在波形中添加零以允许滤波器延迟。

“samplingClockoffset = comm.SampleRateOffset (sro”);rx = samplingClockoffset ([tx;0(100年,cfgVHT.NumTransmitAntennas)]);

在波形中添加剩余载波频率偏移。本例假设使用相同的振荡器进行采样和调制，因此CFO取决于SCO和载波频率。

fc = 5.25 e9;载频，赫兹首席财务官=(上海合作组织* 1 e-6) *俱乐部;载波频率偏移，赫兹fs = wlanSampleRate (cfgVHT);基带采样率rx = frequencyOffset (rx, fs,首席财务官);%添加频率偏移

添加噪声的波形与30 dBW的方差。

awgnChannel = comm.AWGNChannel (“NoiseMethod”，“方差”，“方差”10 ^ (-30/10));rx = awgnChannel (rx);

前端同步和接收机处理

为了同步数据包，为恢复数据字段做准备，该示例执行以下处理步骤。

生成字段索引并进行报文检测。

印第安纳州= wlanFieldIndices (cfgVHT);有钱人= wlanPacketDetect (rx, cfgVHT.ChannelBandwidth);

执行粗频偏移校正。

lstf = rx(设备+ (ind.LSTF (1): ind.LSTF (2)),:);coarseCFOEst = wlanCoarseCFOEstimate (lstf cfgVHT.ChannelBandwidth);rx = frequencyOffset (rx, fs -coarseCFOEst);

执行符号定时同步。

nonhtPreamble = rx(设备+ (ind.LSTF (1): ind.LSIG (2)),:);symOff = wlanSymbolTimingEstimate (nonhtPreamble cfgVHT.ChannelBandwidth);有钱人=设备+ symOff;

执行精细的频率偏移校正。

lltf = rx(设备+ (ind.LLTF (1): ind.LLTF (2)),:);fineCFOEst = wlanFineCFOEstimate (lltf cfgVHT.ChannelBandwidth);rx = frequencyOffset (rx, fs -fineCFOEst);

进行信道估计。

vhtltf = rx(设备+ (ind.VHTLTF (1): ind.VHTLTF (2)),:);vhtltfDemod = wlanVHTLTFDemodulate (vhtltf cfgVHT);陈= wlanVHTLTFChannelEstimate (vhtltfDemod cfgVHT);

获取单流通道估计。

chanEstSSPilots = vhtSingleStreamChannelEstimate (vhtltfDemod cfgVHT);

不需要采样时钟偏移或剩余CFO跟踪的恢复

粗频偏和细频偏估计和校正去除了大部分的CFO，但由于波形中存在缺陷，残留的CFO仍然存在。接收器必须跟踪并纠正这个偏移量。

disp (的前端障碍更正:）;

前端障碍更正:

frontEndCFOEst = coarseCFOEst + fineCFOEst;disp ([“预计首席财务官:”num2str (frontEndCFOEst“% .1f”）“赫兹”])；

估计CFO: -525209.0 Hz

residualCFO = cfo-frontEndCFOEst;disp ([最初调整后的CFO剩余人数:num2str (residualCFO“% .1f”）“赫兹”])；

初始校正后的剩余CFO: 209.0 Hz

使用trackingVHTDataRecover功能恢复VHT数据场，可选导频跟踪，以纠正SCO和CFO造成的时间和相位误差。控制飞行员跟踪使用trackingRecoveryConfig对象。

首先，恢复无导频跟踪的数据场。从波形中提取数据字段，使用基带速率下字段的开始和结束采样指标。如果接收器的采样率高于发射器的采样率，则接收器需要的采样量大于发射器产生的采样量。要考虑到这一点，提取不额外的样本从波形和传递到恢复函数。需要额外采样的最大数目取决于预期的SCO、基带采样率和最大包持续时间。

创建禁用引导跟踪的恢复配置。

cfgRec = trackingRecoveryConfig;cfgRec。PilotTracking =“没有”；

提取数据字段不额外的样品，以允许阴性SCO。

maxDuration = 5.484 e - 3;最大包持续时间(秒)maxSCO = 120;% PPM不=装天花板(e-6 fs * maxDuration * maxSCO * 1);%额外样本的数量dataInd =设备+ (ind.VHTData (1): ind.VHTData (2) + Ne);dataInd = dataInd (dataInd < =长度(rx));只在波形内使用索引data = rx (dataInd:);

执行解调和解码。

[rxPSDUNoTrack ~, eqSymNoTrack] = trackingVHTDataRecover(数据、陈chanEstSSPilots、cfgVHT cfgRec);

绘制均衡星座图。这张图显示了剩余CFO引起的所有星座点的旋转，以及SCO引起的星座点的扩展。尽管在波形中加入了适度的AWGN，但在解码的PSDU中，缺陷会导致误码。

ConstNoTrack = comm.ConstellationDiagram;ConstNoTrack。Title =“无飞行员跟踪的均衡化符号”；ConstNoTrack。ReferenceConstellation = wlanReferenceSymbols (cfgVHT);ConstNoTrack (eqSymNoTrack (:));发行版(ConstNoTrack)

[~, berNoTrack] = biterr (rxPSDUNoTrack psdu);disp (的误比特率:）;

误比特率:

disp ([“没有跟踪:”num2str (berNoTrack)]);

没有跟踪:0.066964

用采样时钟偏移跟踪和剩余CFO跟踪恢复

现在，使用联合定时和相位导频跟踪恢复数据场，以纠正SCO和剩余CFO。

本例中的跟踪算法估计的绝对值 $$\delta$$而且 $$\omega$$并对解调后的符号应用每个子载波和符号相位校正，以扭转SCO和CFO造成的相位误差。该算法计算每个接收的导频子载波之间的相位误差和每个符号平均的期望值PilotTrackingWindowOFDM符号。的最小二乘估计 $$\delta$$而且 $$\omega$$，并使用这些估计值对每个符号和子载波应用相位校正[3.，4]。

创建启用引导跟踪的恢复配置。

cfgRec = trackingRecoveryConfig;cfgRec。PilotTracking =“联合”；关节定时和相位跟踪。cfgRec。PilotTrackingWindow = 9;% OFDM符号的平均窗口

执行解调和解码。

[rxPSDU, ~, eqSymTrack、cpe、挂钩)= trackingVHTDataRecover(数据、陈chanEstSSPilots、cfgVHT cfgRec);

绘制均衡星座图。这显示了一个清晰的16-QAM星座，没有扩散或旋转。解码后的PSDU不包含任何误码。

ConstTrack = comm.ConstellationDiagram;ConstTrack。Title =“联合飞行员跟踪的均衡化符号”；ConstTrack。ReferenceConstellation = wlanReferenceSymbols (cfgVHT);ConstTrack (eqSymTrack (:));发行版(ConstTrack)

[~, berTrack] = biterr (rxPSDU psdu);disp ([“带跟踪:”num2str (berTrack)]);

跟踪:0

的trackingVHTDataRecover函数返回度量值，剩余CFO和SCO可以从中估计:

利用变化率的线性最小二乘拟合，从这些测量中估计SCO和残余CFO。的trackingPlotSCOCFOEstimates函数执行这些度量并绘制结果。

[residualCFOEst,上海合作组织]= trackingPlotSCOCFOEstimates (cpe、挂钩、cfgVHT);

流(“跟踪障碍:\ n”）;

跟踪缺陷:

流(“估计剩余CFO: %3.1f Hz (%;1 f赫兹错误)\ n '，.．.residualCFOEst residualCFOEst-residualCFO);

估计剩余CFO: 198.9 Hz (-10.1 Hz误差)

流(“估计SCO: %3.1f PPM(%。1 f PPM错误)\ n '上海合作组织,scoEst-sco);

估计SCO: -98.3 PPM (1.7 PPM误差)

首席财务官= frontEndCFOEst + residualCFOEst;%初始+跟踪CFO估计流(预计CFO(初始值+跟踪值):%。1 f赫兹(%。1fHz error)\n'首席财务官,cfoEst-cfo);

估计CFO(初始+跟踪):-525010.1 Hz (-10.1 Hz误差)

rng(年代);恢复随机数生成器的状态

结论

此示例演示如何在恢复WLAN波形的数据字段时跟踪和纠正采样时钟和载波频率偏移。

本例使用数据字段恢复函数，对VHT、HT-MF和非ht格式进行联合导频跟踪，并使用一个对象配置恢复算法。

要查看先导跟踪HE格式包的示例，请参阅802.11ax报文的恢复过程的例子。

参考文献