摘 要： 針對IEEE802.11a幀結(jié)構(gòu)提出了具體的同步算法，包括幀同步、載波同步和符號同步，并闡述了各個模塊的FPGA實現(xiàn)方法。仿真實驗結(jié)果表明，該方法不僅具有更好的同步性能，而且復雜度低、易于實現(xiàn)。
關鍵詞： 正交頻分復用；同步；頻率偏移；FPGA

　正交頻分復用技術OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplxing）是一種特殊的多載波傳輸方式，具有抗多徑能力強、頻譜利用率高、適合高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)葍?yōu)點，因此已被廣泛地應用于最新的無線通信系統(tǒng)中[1]。IEEE802.11a的無線局域網(wǎng)標準中也將OFDM調(diào)制技術確定為其物理層標準。然而，OFDM對同步錯誤非常敏感，尤其對載波頻率偏移和相位噪聲非常敏感，因此需要在時間和頻率上進行同步，以使系統(tǒng)克服多普勒效應，從而獲得良好的性能[2]。
　本文的同步算法是基于IEEE802.11a的長訓練序列和短訓練序列，并通過FPGA來實現(xiàn)的。短訓練序列的主要作用是進行信號檢測、符號定時和粗頻率偏差估計，它由l0個重復的短訓練符號組成；長訓練序列主要是通過滑動相關來獲得精確的頻率偏差估計和信道估計，由兩個重復的長訓練符號組成[3]。
1 OFDM系統(tǒng)模型[4]
　OFDM系統(tǒng)框圖如圖1所示。
　一個OFDM系統(tǒng)的基帶信號可以表示為：


3 硬件實現(xiàn)
3.1 幀同步實現(xiàn)
　幀同步的RTL如圖2所示。幀同步模塊主要由數(shù)據(jù)緩存、主控制、延遲相關能量計算、相關窗口能量計算和幀搜索5部分組成。

　數(shù)據(jù)緩存模塊主要是通過移位寄存器實現(xiàn)，可調(diào)用Xilinx公司的RAM-based Shift Register IP Core。延時相關能量計算模塊負責計算，硬件實現(xiàn)上經(jīng)過延遲相關計算、相關累加計算和幅值簡化計算。相關窗口能量計算模塊負責計算，硬件實現(xiàn)上與延時相關模塊類似。幀搜索模塊主要完成數(shù)據(jù)分組起始位置的近似估計。
3.2 載波同步實現(xiàn)
?。?）粗頻偏估計以及補償
　在計算式（9）時，取N=4，即首先利用5個重復短訓練符號進行延時相關計算，然后進行累加求和，接著將此結(jié)果送入角度估計模塊得到4組角度偏差估計，最后求取4次角度偏差的平均值，從而得到較準確的角度偏差值。
　載波頻率同步模塊的RTL如圖3所示。整個模塊分為數(shù)據(jù)分流、數(shù)據(jù)緩存、載波粗頻偏估計、載波粗頻偏補償和數(shù)據(jù)聯(lián)合輸出。
　相角估計采用CORDIC IP核，將其配置成arctan模式，即輸入復數(shù)信號，輸出其相位值。頻偏補償因子可由配置成sin&cos模式的CORDIC IP核完成。
?。?）細頻偏估計以及補償
　此模塊與粗頻偏估計以及補償模塊類似。
3.3 符號同步的實現(xiàn)
　符號同步的RTL如圖4所示。符號同步可以分為量化、匹配濾波和符號輸出3部分。
量化是為了簡化硬件實現(xiàn)，由于負數(shù)乘法需要占用很多的器件資源，因此將接收到的信號量化為{1，-1}，即大于0的量化為1，小于0的量化為-1。匹配濾波模塊主要負責尋找各個短訓練符號的結(jié)束點。

4 仿真實驗與性能分析