基于fpga的OFDM时域同步处理

OFDM接收机的处理可分为两大部分：同步和解调。同步分为时域处理（帧检测、符号对齐、时域频偏补偿）和频域处理（相位跟踪、信道均衡）。

帧检测和符号对齐：数字基带接收机需要对接收到的数字信号（这里处理的是经AD射频芯片采样处理过的数字信号）进行同步，以确保数据的正确接收和后续数据解调。接收端通过检测帧头数据，来确定当前系统是否接收到数据包；检测到帧头后，需要进行符号对齐操作，以正确识别每个 OFDM 符号的起始位置。

1、帧检测（利用短训练序列符号间的相关性实现接收数据包的检测）

OFDM符号的前导码是一段已知的信号序列，包括10个重复的短训练序列（STS，用于信号检测、粗频偏估计）和两个长训练序列（LTS，用于符号对齐、精频偏估计和信道估计），接收端可通过短训练序列符号的延时自相关算法，检测接收采样信号的周期性，从而判断当前接收机是否有信号到来。另外，帧检测模块只需要初步判断信号帧是否到达，无需进行精确的符号定时（后面会利用长训练符号进行精确的符号对齐）。

帧检测公式表示：

其中，相关窗口长度可自行设定，延迟时间应为信号周期的倍数（这里取短训练符号采样点数16）。

FPGA 帧检测模块流程：

（为了降低硬件运算复杂度，将除法器用比较器代替，通过设置比较器阈值进行相关值检测）

另外，考虑到突发情况的干扰，结合具体测试经验，给出判断帧检测成功需满足的条件： 当接收机接收到的数据的自相关检测超过相关阈值，且保持若干个时钟周期；同时还需要检测接收到的数据的波动情况，判断在一定时间内是否接收到了超过一定数量阈值的正值数据信号和负值数据信号。

帧检测仿真图：

2、符号对齐

利用长训列序列和本地已知标准长训练序列作互相关，进行接收符号的识别和界定，便于在后续OFDM转换到频域进行解调时，界定SIGNAL域的开始。

长训练序列相关检测公式：

LT是本地已知长训练序列：

OFDM中的两个长训练符号与本地LT序列做相关时，会出现两个相关峰，且两个相关峰之间是64个采样点（单个长训列符号长度是64个采样点）。

长训练序列相关测试仿真图：

检测到两个相关峰后，通过已知OFDM前导符号帧格式，可精确判断出长训练符号的起始。

相关峰采样点对应位置如下：

将接收信号延迟96个采样点，让第一个长训练符号的起始位置与第二个长训练相关峰值位置对齐，完成符号对齐。

 时域频偏估计及补偿处理：

基于fpga的OFDM接收频偏矫正-CSDN博客

进行精频偏估计时，取检测到第二个相关峰后延迟8个采样点位置的前后长训练符号互相关值，做为CORDIC IP的输入，进行频偏角估计。

文章均是个人日常学习总结，如有理解不正确地方，欢迎指正。