國家高性能集成電路(上海)設(shè)計中心 楊承富，姚榮

1 引 言

在IEEE 802.11g物理層中�；鶐幚砥饕幚�3種不同的幀結(jié)構(gòu):DSSS_CCK(直接序列擴頻補碼鍵控)、OFDM(頻分復(fù)用)和DSSS_OFDM(直接序列擴頻正交頻分復(fù)用)。圖1顯示了這3種不同的幀結(jié)構(gòu)。因此在設(shè)計接收機時，首先要考慮數(shù)據(jù)幀的檢測與判別問題，因為檢測算法的正確性與準確性就決定了整個接收機的性能上限。

因此在設(shè)計接收機時，必須考慮不同類型信號的檢測問題。在接收機前端，要先檢測到接收的信號，再判別是哪種前導(dǎo)格式，才能進行余下的處理。

2 802.11g標準的幀頭格式

在IEEE 802.11g標準中，其幀頭可以采用兩種形式中的一種：正交頻分復(fù)用(OFDM)類型和直接序列擴頻(DSSS)類型。

在OFDM類型的幀頭中，位于基帶信號最前端的是short preamhie前導(dǎo)信號，這是由10個相同的符號序列組成，一個符號的周期為0.8μs。每個符號序列由16個點構(gòu)成，每個點都可以看成是有實部和虛部的復(fù)數(shù)，該幀頭字列以20 M速率發(fā)送。

在DSSS類型的幀頭中，前導(dǎo)信號以11 M速率發(fā)送，由多個同相或反相的符號周期地重復(fù)構(gòu)成，周期為1μs。一個符號由11個點組成，每個點都可以看成是有實部和虛部的復(fù)數(shù)，前導(dǎo)(preamble)最基本的作用就是用來指示分組的到來，實際上對前導(dǎo)的檢測是接收的準備。設(shè)計檢測算法要考慮兩個方面的指標：有效性與可靠性。

首先，不能在有分組到達時候檢測不到，這就是所謂的丟幀，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量會因此而下降。提高分組到來時的檢測率就是提高有效性。其次，不能在沒有分組到達到時做出錯誤的到達指示，或者將一種分組誤判無另外一種，引起網(wǎng)絡(luò)資源的浪費，為了防止這種情況的發(fā)生，就要提高檢測的可靠性。除了用來進行接收信號檢測，無線局域網(wǎng)設(shè)備還要利用preamble完成其他接收中的任務(wù)。比如在OFDM類型preamble情況下，接收機還要用他來進行自動增益控制(AGC)，頻偏估計等。

因此，preamble檢測必須在AGC調(diào)整的同時進行。AGC調(diào)整算法可以看作一個反復(fù)迭代的過程，目的是將信號幅度調(diào)整到A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換范圍之內(nèi)，這就使得檢測算法的輸入信號幅度是在不停變化的，因此檢測算法必須能夠應(yīng)對這種情況。

3 檢測算法

檢測信號最簡單的方法就是偵聽周圍環(huán)境中能量的增加，能量監(jiān)測器可以在模擬域也可以在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)�？梢栽O(shè)置一個門限，然后采用門限觸發(fā)方式來實現(xiàn)。這種方法可能會不實用，特別在11g這樣存在潛在噪聲的環(huán)境中。如果有許多其他信號存在并且接收機檢測設(shè)備的靈敏度非常高，則數(shù)字信號處理器件就會被頻繁地喚起，引起能耗增加。

一種好的辦法是利用preamble自身的周期性，這種性質(zhì)可以抵抗無線環(huán)境中的所有損傷，可以通過自相關(guān)結(jié)構(gòu)利用preamble的周期性。既然DSSS preamble與OFDM preamble都有嚴格定義的周期，接下來需要做的就是設(shè)計一種結(jié)構(gòu)來尋找兩種周期。將接收到的采樣值與0.8 μs以及1μs之前的采樣值做比較，不管接收的是哪一種preamble，都會產(chǎn)生一個匹配。

兩種preamble周期的不同可以用來區(qū)分他們，為了提高檢測的可靠性，可以用好幾個周期。用4μs之內(nèi)的采樣值會比較方便，因為正好包含了4個DSSS preamble周期，5個OFDM preamble周期。因此，延遲線結(jié)構(gòu)的4μs之內(nèi)的采樣值相關(guān)并將相關(guān)值與設(shè)定的門限做比較就構(gòu)成了一個非常有效的區(qū)分兩種不同preamble的算法。

因為在相關(guān)檢測的同時，AGC正在調(diào)整接收信號的幅度，將信號的幅度限制在AD轉(zhuǎn)換器工作范圍之內(nèi)。因此采樣幅度受AGC影響而變化，這樣做相關(guān)就會很難得到正確定判斷，所以不能簡單的進行抽樣值的相關(guān)。不過仍然存在簡單且節(jié)省能量的方法，可以用接收信號采樣值的符號位做相關(guān)，這實現(xiàn)起來很簡單，而且將被證明非常有效。

圖2為具體的電路實現(xiàn)是示意圖，將I，Q兩路采樣值的符號位組合成幅度，相位各不相同的復(fù)數(shù)，可以規(guī)定當采樣幅度大于或者等于零