The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences (한국통신학회논문지)

The Korean Institute of Commucations and Information Sciences (한국통신학회)
권호 표지

Hardware Architecture of Timing Synchronization for IEEE 802.11n Wireless LAN Systems

IEEE 802.11n 무선 LAN 시스템의 시간 동기화 하드웨어 구조

  • 조종민 (경희대학교 전자전파공학과) ;
  • 김진상 (경희대학교 전자전파공학과) ;
  • 조원경 (경희대학교 전자전파공학과)
  • Published : 2008.11.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In this paper, we propose a timing synchronization scheme and its hardware architecture of the next generation IEEE 802.11n wireless LAN standard which is based on MIMO-OFDM technique. Proposed timing synchronization method takes two steps which consist of two modified auto-correlators. For coarse timing synchronization, a sliding window differentiator is used after a conventional auto-correlation in order to avoid plateau problem. The conjugate symmetry property of L-LTS is utilized for the simplification of fine timing synchronization. Since cross-correlation based methods are not required, the computational complexity and the number of multipliers can be reduced. In order to reduce the hardware complexity, we have used sign multipliers. Based on simulation results, the proposed method outperforms a conventional method. The proposed scheme can be applied to IEEE 802.11n systems and can easily be expanded to frequency synchronization scheme.

본 논문에서는 MIMO-OFDM 기반의 차세대 무선 LAN(Local Area Network) 시스템, IEEE 802.11n 드래프트 표준의 시간 동기화 구조의 알고리즘과 하드웨어 구조를 제안한다. 제안된 시간 동기화 구조는 일반적인 대략추정과 상세추정 과정으로 이루어져 있고 자기 상관기를 이용하여 구현하였고, 대략추정에서는 자기상관함수의 최대치에서 발생하는 평탄면 문제를 해결하기 위해 슬라이딩 윈도우를 사용하였고, 상세추정을 위해서는 긴 훈련 심볼(L-LTS)의 공액복소수 대칭특성을 이용하여 연산구조를 단순화하였다. 또한, 제안된 구조에서는 기존의 시간 동기에서 필요한 상호상관이 쓰이지 않았기 때문에 곱셈 연산량이 감소되며 하드웨어 복잡도를 감소시키기 위해서 복소수 곱셈기를 부호비트만으로 양자화하여 사용하였다. 시뮬레이션 결과에 따라, 제안된 시간 동기화 구조는 기존의 알고리즘보다 시간 동기화 실패 확률이 감소함을 확인하였고, 추후 IEEE 802.11n 표준의 주파수 동기 구조와 쉽게 결합될 수 있다는 장점이 있다.

Keywords

References

  1. IEEE P802.11nTM/D2.0, "Draft STANDARD for Information Technology - Telecommunications 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: Amendment 4: Enhancements for Higher Throughput," Feb. 2007
  2. T. M. Schmidl and D. C. Cox, "Robust frequency and timing synchronization for OFDM," IEEE Trans. on Comm., Vol.45, No.12, pp.1613-1621, Dec. 1997 https://doi.org/10.1109/26.650240
  3. J. J. V. D. Beek, M. Sandell and P. O. Borjesson, "ML estimation of timing and frequency offset in OFDM Systems," IEEE Trans. on Signal Processing, Vol.45, no7, pp.1800-1805, July 1997 https://doi.org/10.1109/78.599949
  4. D. Wang and J. Zhang, "Timing Synchronization for MIMO-OFDM WLAN Systems," IEEE WCNC 2007, pp.1178-1183, Mar. 2007
  5. M. Wu and W.P. Zhu, "A Preamble-Aided Symbol and Frequency Synchronization Scheme for OFDM Systems," IEEE ISCAS 2005, Vol.3, pp. 2627-2630, May 2005
  6. A. N. Mody and G. L. Stuber, "Synchronization for MIMO OFDM systems," IEEE GlOBECOM 2001, Vol.1, pp.509-513, Nov. 2001
  7. A. Fort, J. W. Weijers, V. Derudder, W. Eberle, A. Bourdoux, "A performance and complexity comparison of auto-correlation and cross-correlation for OFDM burst synchronization," IEEE ICASSP 2003, Vol.2, pp.II-341-344, April, 2003
  8. Erceg V. et al., "IEEE 802.11 document 03/940r2," TGn Channel Models, Jan. 2004
  9. L. Schumacher "WLAN MIMO Channel Matlab program," download information: http://www.info.fundp.ac.be/-lsc/Research/IEEE_ 80211_HTSG_CMSC/distribution_terms.html
  10. H. C. Wang, C. L. Wang, "A New Joint Time Synchronization and Channel Estimation Scheme for MIMO-OFDM Systems," IEEE GLOBECOM 2006, Nov. 2006
  11. K. W. Yip, Y. C. Wu and T. S. Ng, "Design of Multiplierless Correlators for Timing Synchronization in IEEE 802.11a Wireless LANs," IEEE Trans. on Consumer Electronics, Vol.29, issue1, pp.107-114, Feb. 2003