CN110213190A - 一种ofdm符号定时偏差估计方法 - Google Patents

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李兆刚
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Abstract

本发明公开了一种OFDM符号定时偏差估计方法，所述OFDM符号定时偏差估计方法包括：接收发射端发送的发射信号，所述发射信号中包括IEEE1901.1协议前导序列信号，所述发射信号通过低压电力线物理信道传输至接收端；利用滑窗对接收到的所述发射信号进行处理，得到接收到的所述发射信号的符号定时度量函数；根据所述符号定时度量函数得到OFDM系统的符号定时偏差。达到算法在低压电力线传输环境下具有更高的准确度，提高系统的整体性能的目的。

Description

一种OFDM符号定时偏差估计方法
技术领域
本发明涉及电力通信技术领域，尤其涉及一种OFDM符号定时偏差估计方 法。
背景技术
智能电网的快速发展使高速电力线载波通信(HPLC)技术成为研究热点， 电力线网络覆盖面广、工程实施方便且建设速度快，利用电力线网络通信，无 需布线，大大降低了成本。随着人们要求的提高，业务量的上升，窄带电力线 通信技术由于其较低的传输速率已不能满足，高速电力线通信技术的发展势在 必行。HPLC作为一种宽带接入的技术方法，已经可以实现高速的数据传输。
正交频分复用(OFDM)技术是一种实现高效的多载波数字传输技术，通过 将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调 制到在每个子信道上进行传输。OFDM技术具有频谱利用率高、抗窄带干扰、 抗衰落等优点，因此受到广泛应用。OFDM技术在电力线通信领域中也得到了 广泛的应用，低压电力线传输环境恶劣，其具有复杂的噪声、多径效应和时变 特性等，OFDM技术对其有很好的抵抗作用。
OFDM系统在正交子载波上并行传输消息数据，然而，只有正交性得到保持 时，OFDM技术才能发挥其技术优势，在正交性得不到充分保证的情况下，系 统性能会因符号间干扰(ISI)和子载波间干扰(ICI)而下降。符号定时偏差(STO) 会引起符号间干扰(ISI)和子载波间干扰(ICI),所以，保证OFDM系统的符 号定时同步是尤为重要的。目前，国内外已有大量文献对其进行研究，准确度 较高的主要是基于训练序列的符号定时同步算法，其传统算法主要有SC算法、 H.minn算法和Park算法等，由于IEEE1901.1协议前导序列结构固定，传统算 法中仅H.minn算法训练序列结构与其相同。在低压电力线传输网络中，由于多径效应的影响，采用H.minn算法进行符号定时偏差估计时，准确度低，造成系 统性能下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种OFDM符号定时偏差估计方法，本发明算法在 低压电力线多径环境下具有更高的准确度，提高了系统的整体性能。
所述OFDM符号定时偏差估计方法包括接收发射端发送的发射信号，所述 发射信号中包括IEEE1901.1协议前导序列信号，所述发射信号通过低压电力线 物理信道传输至接收端；
利用滑窗对接收到的所述发射信号进行处理，得到接收到的所述发射信号 的符号定时度量函数；
根据所述符号定时度量函数得到OFDM系统的符号定时偏差。
在一实施方式中，所述IEEE1901.1协议前导序列信号中包括第一数量个第 一符号和第二数量个第二符号，所述第二数量小于所述第一数量，所述第一符 号在所述前导序列中排列在前的第三数量个第一符号，与第二数量个第二符号 中排列在后的第三数量个第二符号相同。
在一实施方式中，所述滑窗的长度为4N，所述N为所述前导序列中第一符 号的长度，所述利用滑窗对接收到的所述发射信号进行处理，得到接收到的所 述发射信号的符号定时度量函数，包括：
根据接收到的所述发射信号和所述滑窗，确定第一函数M1(d)和第二函 数M2(d)；
根据所述第一函数和所述第二函数确定符号定时度量函数。
在一实施方式中，所述根据所述第一函数和所述第二函数确定符号定时度 量函数，其中，所述第一函数M1(d)的计算方式为：
所述第二函数M2(d)的计算方式为：
R2(d)＝R1(d)；
其中，d是搜索所述滑窗的起始位置所对应的采样点序号，r(n)为接收到的 所述发射信号在第n个采样点处的采样信号，r*(n)表示r(n)的共轭。
在一实施方式中，所述根据所述第一函数和所述第二函数确定符号定时度 量函数，其中，所述符号定时度量函数的计算方式为：
M(d)＝M1(d)·M2(d)。
在一实施方式中，向接收端发送发射信号，以便于所述接收端利用滑窗对 接收到的所述发射信号进行处理，得到所述发射信号的符号定时度量函数，并 根据所述符号定时度量函数得到OFDM系统的符号定时偏差；其中，所述发射 信号中包括IEEE1901.1协议前导序列信号，所述发射信号通过低压电力线物理 信道传输至所述接收端。
本发明的有益效果体现在：算法中的时间度量函数的峰值比H.minn算法中 的更加尖锐，有利用提升OFDM系统同步性能。算法在多径的影响下时间度量 函数峰值明显，具有更高的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将 对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附 图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分 并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明OFDM符号定时偏差估计方法的流程示意图；
图2是IEEE1901.1前导序列结构示意图；
图3是定位序列示意图；
图4是无噪声情况下本发明算法与H.minn算法对比示意图；
图5a是理想情况下本发明算法与H.minn算法对比示意图；
图5b是理想情况下本发明算法与H.minn算法对比局部详细示意图；
图6a是PLC四径模型下本发明算法与H.minn算法对比示意图；
图6b是PLC四径模型下本发明算法与H.minn算法对比局部详细示意图；
图7a是PLC11径模型下本发明算法与H.minn算法对比示意图；
图7b是PLC11径模型下本发明算法与H.minn算法对比局部详细示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述。
为更好地理解本发明实施例，先对其涉及的相关概率做如下说明：
物理信道是指依托物理媒介传输信息的通道，比如：电话线、光纤、同轴、 微波。滑窗算法与跳窗算法类似，滑窗算法也是通过限制各个时间窗口内所能 接收的最大信元数对业务量进行控制。区别是，在滑窗算法中，时间窗口不是 向前跳，而是每过一个信元时间向前滑动一次，滑动的长度是一个信元的时间。 相位是对于一个波，特定的时刻在它循环中的位置：一种它是否在波峰、波谷 或它们之间的某点的标度。
请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种OFDM符号定时偏差估计方 法的流程示意图。具体的，如图1所示，所述OFDM符号定时偏差估计方法可 以包括以下步骤：
S101、接收发射端发送的发射信号。
本发明实施例中，发射端向接收端发送发射信号，以便于所述接收端利用 滑窗对接收到的所述发射信号进行处理，得到所述发射信号的符号定时度量函 数，并根据所述符号定时度量函数得到OFDM系统的符号定时偏差；其中，所 述发射信号中包括IEEE1901.1协议前导序列信号，所述发射信号通过低压电力 线物理信道传输至所述接收端。所述IEEE1901.1协议前导序列信号中包括第一 数量个第一符号和第二数量个第二符号，所述第二数量小于所述第一数量，所 述第一符号在所述前导序列中排列在前的第三数量个第一符号，与第二数量个 第二符号中排列在后的第三数量个第二符号相同。现举例说明，请参阅图2和 图3，所述第一数量为10.5，所述第一符号为SYNCP即为一个OFDM符号，所 述第二数量为2.5，所述第二符号为SYNCM，所述第三数量为0.5，所述发射信 号中的所述前导序列由10.5个SYNCP符号与后2.5个SYNCM符号组成。其中， SYNCM＝-SYNCP，所述前导序列开始的0.5个SYNCP符号是SYNCM符号的 后半部分，最后的0.5个SYNCM符号是SYNCP符号的前半部分，SYNCP符 号长度为N，所述前导序列总长度为13N。根据IEEE1901.1标准，SYNCP符号的定义为：
其中，C为有用子载波集合，为第k个子载波对应的相位参考值， N取1024。
S102、利用滑窗对接收到的所述发射信号进行处理，得到接收到的所述发 射信号的符号定时度量函数。
本发明实施例中，所述滑窗的长度为4N，定位序列为第9.5个到12.5个完 整的4个符号组成，所述N为所述前导序列中第一符号的长度，所述利用滑窗 对接收到的所述发射信号进行处理，得到接收到的所述发射信号的符号定时度 量函数，包括：根据接收到的所述发射信号和所述滑窗，确定第一函数M1(d) 和第二函数M2(d)；根据所述第一函数和所述第二函数确定符号定时度量函 数。
所述第一函数M1(d)的计算方式为：
所述第二函数M2(d)的计算方式为：
R2(d)＝R1(d)
其中，d是搜索所述滑窗的起始位置所对应的采样点序号，r(n)为接收到的 所述发射信号在第n个采样点处的采样信号，r*(n)表示r(n)的共轭，n是采样点 的序号，k是变量，是0到N的正整数，N是常数，d+k、d+k+N、d+k+2N、d+k+3N 是一个变化的值，表示将4N长度的滑窗等分为四段，对其进行相关运算得到搜 索滑窗的相关性，从而判断是否准确定位。
所述符号定时度量函数的计算方式为：
M(d)＝M1(d)·M2(d)。
S103、根据所述符号定时度量函数得到OFDM系统的符号定时偏差。
本发明实施例中，若设定第9.5个符号的起始点为参考0点，则符号定时偏 差为：
下面通过Matlab仿真来测试本发明算法的准确性。仿真的参数设置如下：
子载波的个数为512，有用子载波个数为411，子载波编号为80到490，子 载波符合IEEE1901.1协议规定。IFFT长度N为1024，引入符号偏差为0。仿 真所用的信道分别为高斯白噪声、电力线4径信道模型和电力线11径信道模型， 其中，电力线4径信道模型采用Manfred Zimmermann and Klaus Dostert在论文 《A Multipath Model for thePowerline Channel》中提出经典电力线信道模型，电 力线11径模型采用中国科学院微电子研究所的侯华俊等人所提出的一种M. Zimmermann 11径模型。对一个前导序列进行仿真，一个前导序列包含13个 OFDM符号。将本发明算法与H.minn算法进行比较，利用搜索滑窗做相关性算 法，得出归一化时间度量函数，H.minn算法的时间度量函数用MHminn表示，本发明算法的时间度量函数用MPro表示。图4是本发明算法与H.minn算法在 无噪声情况下对比图，图5a和图5b是本发明算法与H.minn算法在加性高斯白 噪声情况下对比图，图6a和图6b是本发明算法与H.minn算法在低压电力线4 径模型情况下对比图，图7a和图7b是本发明算法与H.minn算法在低压电力线 11径模型情况下对比图。仿真结果表明，本发明算法中的时间度量函数的峰值 比H.minn算法中的更加尖锐，有利用提升OFDM系统同步性能。由于多径效应 的影响，采用H.minn算法做符号定时偏差估计时，时间度量函数峰值偏离0点 并且出现平台现象，准确度低。本发明算法在多径的影响下时间度量函数峰值 明显，具有更高的准确度。
本发明实施例中，通过算法中的时间度量函数的峰值比H.minn算法中的更 加尖锐，有利用提升OFDM系统同步性能。算法在多径的影响下时间度量函数 峰值明显，具有更高的准确度，从而提高了系统的整体性能。
上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限 制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域 的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims (6)

1.一种OFDM符号定时偏差估计方法，其特征在于，包括：
接收发射端发送的发射信号，所述发射信号中包括IEEE1901.1协议前导序列信号，所述发射信号通过低压电力线物理信道传输至接收端；
利用滑窗对接收到的所述发射信号进行处理，得到接收到的所述发射信号的符号定时度量函数；
根据所述符号定时度量函数得到OFDM系统的符号定时偏差。
2.如权利要求1所述的OFDM符号定时偏差估计方法，其特征在于，所述IEEE1901.1协议前导序列信号中包括第一数量个第一符号和第二数量个第二符号，所述第二数量小于所述第一数量，所述第一符号在所述前导序列中排列在前的第三数量个第一符号，与第二数量个第二符号中排列在后的第三数量个第二符号相同。
3.如权利要求1所述的OFDM符号定时偏差估计方法，其特征在于，所述滑窗的长度为4N，所述N为所述前导序列中第一符号的长度，所述利用滑窗对接收到的所述发射信号进行处理，得到接收到的所述发射信号的符号定时度量函数，包括：
根据接收到的所述发射信号和所述滑窗，确定第一函数M1(d)和第二函数M2(d)；
根据所述第一函数和所述第二函数确定符号定时度量函数。
4.如权利要求3所述的OFDM符号定时偏差估计方法，其特征在于，所述根据所述第一函数和所述第二函数确定符号定时度量函数，其中，所述第一函数M1(d)的计算方式为：
所述第二函数M2(d)的计算方式为：
R2(d)＝R1(d)；
其中，d是搜索所述滑窗的起始位置所对应的采样点序号，r(n)为接收到的所述发射信号在第n个采样点处的采样信号，r*(n)表示r(n)的共轭。
5.如权利要求4所述的OFDM符号定时偏差估计方法，其特征在于，所述根据所述第一函数和所述第二函数确定符号定时度量函数，其中，所述符号定时度量函数的计算方式为：
M(d)＝M1(d)·M2(d)。
6.如权利要求1所述的OFDM符号定时偏差估计方法，其特征在于，向接收端发送发射信号，以便于所述接收端利用滑窗对接收到的所述发射信号进行处理，得到所述发射信号的符号定时度量函数，并根据所述符号定时度量函数得到OFDM系统的符号定时偏差；其中，所述发射信号中包括IEEE1901.1协议前导序列信号，所述发射信号通过低压电力线物理信道传输至所述接收端。
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