همگام‌سازی توأم زمانی و فرکانسی در سیستم‌های مخابراتی بر پایه استاندارد IEEE 802.11

نویسنده

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر - دانشگاه تبریز

چکیده

افزایش روزافزون تقاضا برای سرویس‌های باکیفیت با افزایش تعداد کاربران سبب شده‌است تا فراهم‌آوردن نرخ‌های بالای داده یکی از الزامات اساسی نسل آتی شبکه‌های بی‌سیم پهن‌باند گردد. یکی از راه‌کارهای پیشنهادشده برای این هدف بهره‌گیری از مدولاسیون OFDM است که در استانداردهای مختلفی هم‌چونIEEE 802.11  مورد استفاده قرار گرفته است. ازسوی‌دیگر عملکرد سیستم‌های مبتنی‌بر OFDM به‌شدت از آفست فرکانس حامل و نیز آفست زمان سمبل تأثیر می‌پذیرد. درنتیجه یکی از ملزومات اساسی هر گیرنده OFDM توانایی هم‌زمان‌سازی زمانی و فرکانسی با دقت بالا است. براین‌اساس، در این مقاله یک روش هم‌زمان‌سازی توأم زمانی و فرکانسی با دقت بالا برای به‌کارگیری در سیستم‌های مخابراتی مبتنی‌بر استاندارد IEEE 802.11  پیشنهاد می‌شود. باتوجه‌به وجود داده‌های آموزشی در این استاندارد، الگوریتم پیشنهادی می‌بایست برمبنای استفاده از این داده‌ها باشد. سپس بر پایه معیارهای مختلف، عملکرد روش پیشنهادی با استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری در کانال نویز گوسی و نیز کانال محوشدگی چندمسیره مورد سنجش قرار می‌گیرد و با روش‌های مختلف هم‌زمان‌سازی بر پایه داده آموزشی معرفی‌شده در مراجع، مقایسه می‌گردد. نتایج شبیه‌سازی مؤید عملکرد مطلوب و کاربردی‌بودن روش پیشنهادی است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Joint Time and Frequency Synchronization in Communication Systems Based on IEEE 802.11 Standard

نویسنده [English]

  • M. Mohassel Feghhi
Faculty of Electrical and Computer Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

The growing demand for high-quality services together with the rapid increase in number of users have made the high data rate as one of the basic requirements of the next generation broadband wireless networks. One of the proposed solutions for this purpose is the Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), which is used in various standards, such as IEEE 802.11. On the other hand, OFDM System’s performance is highly affected by carrier frequency offset and time offset. Therefore, one of the essential requirements of each OFDM receiver is its capability in performing accurate time and frequency synchronization. Hence, in this paper, a joint time and frequency synchronization method for communication systems based on IEEE 802.11 is proposed. As the IEEE 802.11 standard uses training sequence or preamble in its frame, synchronization methods employed in this standard should be based on using such training sequences. Then, based on different metrics and using computer simulations, the performance behavior of the proposed method in AWGN and multipath fading channels is evaluated and compared with various training-based synchronization methods. Simulation results verify desirable performance of the proposed method in practical scenarios.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Carrier frequency offset
  • training sequence
  • symbol timing estimation
  • pilot-based synchronization

مراجع

[1] A. Sani, M. Mohassel Feghhi and A. Abbasfar, “Discrete bit loading and power allocation for OFDMA downlink with minimum rate guarantee for users”, Elsevier AEUE International Journal of Electronics and Communications, vol. 68, no. 7, pp. 602-610, 2014.
[2] S.Weinstein and P. Ebert, “Data transmission by frequency-division multiplexing using the discrete fourier transform,” IEEE Trans. Commun. Tech., vol. 19, no. 5, pp. 628-634, 1971.
[3] Digital Video Broadcasting (DVB); Framing Structure, Channel Coding and Modulation for Digital Terrestrial Television, EN 300 744 v 1.5.1, 2004.
[4] IEEE Standard for Information technology_Telecomm. and information exchange between systems Local and metropolitan area networks Specific requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications,” in IEEE Std 802.11a, 1999.
[5] M. Benzarti, M. Messaoudi and S. Hasnaoui, “WiMAX timing and frequency synchronization based on training sequence,” 2015 2nd World Symposium on Web Applications and Networking (WSWAN), Sousse, pp. 1-7, 2015.
[6] 3rd Generation Partnership Project_Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation (Release 10), 3GPP TS 36.211 V10.7.0, 2013.
[7] J. Lee, H.-L. Lou, D. Toumpakaris, and J. M. Cioffi, “Effect of carrier frequency offset on OFDM systems for multipath fading channels,” in Proc. IEEE Global Telecommun. Conf., vol. 6, pp. 3721–3725, Nov.–Dec. 2004.
[8] Y. Mostofi and D. C. Cox, “Mathematical analysis of the impact of timing synchronization errors on the performance of an OFDM system,” IEEE Trans. Commun., vol. 54, no. 2, pp. 226–230, Feb. 2006.
[9] T. Keller, L. Piazzo, P. Mandarini, L. Hanzo, “Orthogonal frequency division multiplex synchronization techniques for frequency-selective fading channels,” IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 19, pp. 999-1008, 2001.
[10] T.M. Schmidl, D.C. Cox, “Robust frequency and timing synchronization for OFDM,” IEEE Trans. Commun., vol. 45, no. 12, pp. 1613-1621, 1997.
[11] J.-J. van de Beek, M. Sandell, and P. O. Börjesson, “ML estimation of time and frequency offset in OFDM systems,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 45, no. 7, pp. 1800–1805, Jul. 1997.
[12] J. Lee, H. Lou, and D. Toumpakaris, “Maximum likelihood estimation of time and frequency offset for OFDM systems,” Electron. Lett., vol. 40, no. 22, pp. 1428–1429, Oct. 28, 2004.
[13] B. Park, H. Cheon, E. Ko, C. Kang, and D. Hong, “A blind OFDM synchronization algorithm based on cyclic correlation,” IEEE Signal Process. Lett., vol. 11, no. 2, pp. 83–85, Feb. 2004.
[14] S. L. Talbot and B. Farhang-Boroujeny, “Spectral method of blind carrier tracking for OFDM,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 56, no. 7, pp. 2706–2717, Jul. 2008.
[15] D.C. Seung, M.C. Jung, and H.L. Jae, “An Initial Timing Offset Estimation Method for OFDM Systems in Rayleigh Fading Channel”, IEEE Veh. Technol. Conf. (VTC), 2006.
[16] H Minn, VK Bhargava, KB Letaief ,”A robust timing and frequency synchronization for OFDM systems”, IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 2, no. 4, 822-839, 2003.
[17] Y. Li, Y. Wang and X. Guan, “Joint synchronization and Doppler scale estimation using zadoff-chu sequences for underwater acoustic communications, ” OCEANS 2017 – Anchorage, Anchorage, AK, USA, pp. 1-5, 2017.
[18] P. Singh and K. Vasudevan, “Preamble-based synchronization for OFDM/OQAM systems in AWGN channel,” 2017 4th Int. Conf. on Signal Proces. and Integrated Networks (SPIN), Noida, pp. 60-65, 2017.
[19] R. V. Ssenyuva, G. K. Kurt and E. Anarim, “Compressed sensing technique for synchronization and channel estimation in OFDMA uplink transmissions,” 2017 25th European Signal Processing Conference (EUSIPCO), Kos, pp. 2611-2615, 2017.
[20] محمود محصل فقهی، «تخمین هم‌زمان آفست زمانی و آفست فرکانس حامل در سامانه‌های ارتباطی مبتنی بر پخش ویدئوی دیجیتال»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 48، شماره 1، 301-291، بهار 1397.
[21] E. Haas, “Aeronautical channel modeling, “IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 51, no. 2, pp.254-264, 2002.
[22] A. Neul et al., “Propagation measurements for the aeronautical satellite channel,” in Proc. IEEE Veh. Technol. Conf., pp. 90–97, 1987.
[23] S. M. Elnoubi, “A simplified stochastic model for the aeronautical mobile radio channel,” in Proc. IEEE Veh. Technol. Conf., pp. 960–963, 1992.
[24] C. Xiao, .Y. R. Zheng, and N. C. Beaulieu, “Novel sum-of-sinusoids simulation models for Rayleigh and Rician fading channels” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 5, no. 12, pp. 3667-3679, 2006.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار