CN113225283B - Hplc双模通信中无线通信适应agc调整的频偏估计方法 - Google Patents

Hplc双模通信中无线通信适应agc调整的频偏估计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种HPLC双模通信中无线通信适应AGC调整的频偏估计方法，包括：根据粗同步位置，从STF的起始位置开始取出5个FFT长度的STF数据；将取出STF数据分成5段；统计每段溢出的数据点百分比；计算5段STF的平均功率；根据设定的溢出百分比和不溢出功率门限，判断出受AGC影响的数据段；根据判定结果重新取出STF符号；用取出的符号计算频偏；用计算出的频偏纠正数据。本发明可以自适应AGC调整的影响，既保证了在低信噪比下用更多符号评估频偏，提高估计准确性，又在高信噪比下取更少的符号，避免AGC调整影响，提升载波频率偏差估计性能，从而提升系统的通信性能。

Description

HPLC双模通信中无线通信适应AGC调整的频偏估计方法
技术领域
本发明涉及电力无线通信领域，尤其涉及一种HPLC(低压电力线高速载波)双模通信中无线通信适应AGC(Automatic gain control)调整的频偏估计方法。
背景技术
在无线通信系统中，物理层帧通常在帧头部分设置了训练序列，用于载波频率偏差估计、信道估计等，在HPLC(High-Speed Power Line Communication,缩写为HPLC)双模通信中无线OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,缩写为OFDM)通信中，载波频率偏差估计是物理层信号处理的关键步骤，载波频率偏差将导致OFDM系统出现子载波间的干扰，会严重制约通信性能。
在不同信噪比下AGC对帧头训练序列影响的长度不相同，通常在低信噪比时AGC对帧头训练序列的影响较小，而在高信噪比时AGC调整将影响较多的帧头训练序列。载波频率偏差估计需要使用帧头训练序列，因而AGC对帧头训练序列的影响将制约载波频率偏差估计的准确性。目前的载波频率偏差估计没有考虑AGC调整对载波频率偏差估计的影响，在高信噪比下可能出现比低信噪比估计的载波频率偏差的误差更大，从而影响后续的帧解算性能。
发明内容
为了弥补上述现有技术易受AGC调整影响导致频偏估计不准确的不足，本发明提出一种HPLC双模通信中无线通信适应AGC调整的频偏估计方法。
本发明的目的是为了解决现有技术中的频偏估计方法会受到AGC调整的影响，导致可能出现高信噪比信号载波频率偏差估计估计误差比低信噪比的估计误差更大，导致高信噪比的解算性能更差，从而影响系统的通信性能。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
本发明提出一种HPLC双模通信中无线通信适应AGC调整的频偏估计方法，包括如下步骤：S1、根据粗同步位置，从STF(短训练域)的起始位置开始取出5个FFT(快速傅里叶变换)长度的STF数据；S2、将取出的5个FFT长度的STF数据分成5段；S3、统计每段溢出的数据点百分比；S4、计算5段STF的平均功率；S5、根据设定的溢出百分比和不溢出功率门限，判断出受AGC影响的数据段；S6、根据判定结果重新取出STF符号；S7、用取出的符号计算频偏；S8、用计算出的频偏纠正数据。
在一些实施例中，步骤S1中的5个FFT长度的STF数据来源于SHR域，SHR域由5个FFT长度的STF数据和2.5个FFT长度的LTF数据组成，FFT长度为16×2n(n取值为0、1、2、3)；根据SHR部分的结构，同步后计算出STF的起始位置，从该起始位置开始，取出STF域的数据为RSTF。
在一些实施例中，步骤S2为将步骤S1中取出的STF数据平均分成5段：
Figure BDA0002992369190000021
在一些实施例中，步骤S3为将S2步骤取出的数据，计算每段STF数据中溢出数据的比例，判定数据是否溢出需要设定溢出门限OVERval，溢出门限值根据具体实现时ADC的位宽确定，
OVERval＝2N-1-ADJ (2)
上式中N为ADC位宽，ADJ为可调整的值，调整该值可以调整溢出限值，
Figure BDA0002992369190000022
上式为判定STF数据是否溢出得到逻辑值的公式，5段STF数据都需要按照上式进行判定，
Figure BDA0002992369190000023
5段STF数据按照上式进行统计，计算出5段STF溢出数据比例。
在一些实施例中，步骤S4为用S2步骤取出的数据，计算5段数据的功率，其计算公式如下：
Figure BDA0002992369190000031
按照以上公式计算出5段STF的功率。
在一些实施例中，步骤S5为根据设定的溢出百分比和不溢出功率门限，判断出受AGC影响的数据段，设定溢出数据百分比门限为STFOVERRATIOTH，功率门限值STFPOWERTH，按照以下公式分别对5段数据进行评估判断：
Figure BDA0002992369190000032
Figure BDA0002992369190000033
STFVALID(i)＝STFOverValid(i)|STFPowValid(i) (8)
在一些实施例中，步骤S6根据S5得到的判定结果重新取出STF符号，判定结果STFVALID(i)中i的取值范围为[1,5],i的取值分别代表5段STF数据位置，STFVALID(i)的值为0表示该段STF数据不能用于频偏计算，值为1表示可以取出用于频偏计算；在取出第5段数据时，需要将第5段数据的后一半数据取负，即后一半数据均加上一个负号，
Figure BDA0002992369190000034
取出数据的总的段数计算公式如下：
Figure BDA0002992369190000035
在一些实施例中，根据步骤S6取出的STF数据段进行频偏估计，频偏估计的第一步为数据段间隔一个FFTLEN后前后STF段进行共轭相乘；
Rcomplex(N)(i)＝R* STF(N)(i)×RSTF(N+1)(i) (11)
上式中N的取值由S6取出的数据段数确定，可以取出5段数据时，N的取值为4，i的取值为[1,FFTLEN]。
在一些实施例中，步骤S8为用S7步骤的共轭相乘的结果，计算小数频偏，计算公式如下：
Figure BDA0002992369190000041
式中angle为求复数的相位。
Figure BDA0002992369190000042
φ的取值为[-π,π)，FEST是小数频偏估计值，范围为
Figure BDA0002992369190000043
fsc是子载波间隔。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，其存储有与计算设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现上述任一项所述方法的步骤。
本发明与现有技术对比的有益效果包括：本发明可以自适应AGC调整的影响，既保证了在低信噪比下用更多符号评估频偏，提高估计准确性，又在高信噪比下取更少的符号，避免AGC调整影响，提升载波频率偏差估计性能，从而提升系统的通信性能。
附图说明
图1是本发明实施例的一种HPLC双模通信中无线通信适应AGC调整的频偏估计方法的相位跟踪方法步骤示意图。
图2是本发明实施例的一种HPLC双模通信中无线通信适应AGC调整的频偏估计方法的SHR域的结构示意图。
图3是本发明实施例的一种HPLC双模通信中无线通信适应AGC调整的频偏估计方法的STF取数据分段示意图。
具体实施方式
下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1，本实施例的一种HPLC双模通信中无线通信适应AGC调整的频偏估计方法包括如下步骤：
S1、根据粗同步位置，从STF的起始位置开始取出5个FFT长度的STF数据；
5个FFT长度的STF数据来源于SHR(同步头)域，SHR域由5个FFT长度的STF数据和2.5个FFT长度的LTF(长训练域)数据组成，如图2所示，FFT长度为16×2n(n取值为0、1、2、3)。根据SHR部分的结构，同步后计算出STF的起始位置，从该起始位置开始，取出STF域的数据为RSTF；
S2、将取出的5个FFT长度的STF数据分成5段；
取出的STF数据平均分成5段。
Figure BDA0002992369190000051
S3、统计每段溢出的数据点百分比；
计算每段STF数据中溢出数据的比例，判定数据是否溢出需要设定溢出门限OVERval，溢出门限值根据具体实现时ADC(模数转换器)的位宽确定。
OVERval＝2N-1-ADJ (2)
上式中N为ADC位宽，ADJ为可调整的值，调整该值可以调整溢出限值。
Figure BDA0002992369190000052
上式为判定STF数据是否溢出得到逻辑值的公式，5段STF数据都需要按照上式进行判定。
Figure BDA0002992369190000053
5段STF数据按照上式进行统计，计算出5段STF溢出数据比例。
S4、计算5段STF的平均功率；
计算5段数据的功率，其计算公式如下：
Figure BDA0002992369190000061
按照以上公式计算出5段STF的功率。
S5、根据设定的溢出百分比和不溢出功率门限，判断出受AGC影响的数据段；
根据设定的溢出百分比和不溢出功率门限，判断出受AGC影响的数据段。设定溢出数据百分比门限为STFOVERRATIOTH，功率门限值STFPOWERTH。按照以下公式分别对5段数据进行评估判断：
Figure BDA0002992369190000062
Figure BDA0002992369190000063
STFVALID(i)＝STFOverValid(i)|STFPowValid(i) (8)
S6、根据判定结果重新取出STF符号，如图3所示，；
根据判定结果重新取出STF符号，判定结果STFVALID(i)中i的取值范围为[1,5],i的取值分别代表5段STF数据位置，STFVALID(i)的值为0表示该段STF数据不能用于频偏计算，值为1表示可以取出用于频偏计算。在取出第5段数据时，需要将第5段数据的后一半数据取负，即后一半数据均加上一个负号。
Figure BDA0002992369190000064
取出数据的总的段数计算公式如下：
Figure BDA0002992369190000065
S7、用取出的符号延迟1个FFT长度共轭相乘；
频偏估计的第一步为数据段间隔一个FFTLEN后前后STF段进行共轭相乘；
Rcomplex(N)(i)＝R* STF(N)(i)×RSTF(N+1)(i) (11)
上式中N的取值由S6取出的数据段数确定，可以取出5段数据时，N的取值为4，i的取值为[1,FFTLEN]。
S8、用共轭相乘结果计算频偏
步骤S8为用S7步骤的共轭相乘的结果，计算小数频偏，计算公式如下：
Figure BDA0002992369190000071
式中angle为求复数的相位。
Figure BDA0002992369190000072
φ的取值为[-π,π)，FEST是小数频偏估计值，范围为
Figure BDA0002992369190000073
fsc是子载波间隔。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种HPLC双模通信中无线通信适应AGC调整的频偏估计方法，其特征在于，包括：
S1、根据粗同步位置，从短训练域STF的起始位置开始取出5个FFT长度的STF数据；
S2、将取出的5个FFT长度的STF数据分成5段；
S3、统计每段溢出的数据点百分比；
S4、计算5段STF的平均功率；
S5、根据设定的溢出百分比和不溢出功率门限，判断出受AGC影响的数据段；
S6、根据判定结果重新取出STF符号；
S7、用取出的符号计算频偏；
S8、用计算出的频偏纠正数据。
2.根据权利要求1所述的一种HPLC双模通信中无线通信适应AGC调整的频偏估计方法，其特征在于，
步骤S1中的5个FFT长度的STF数据来源于同步头SHR域，SHR域由5个FFT长度的STF数据和2.5个FFT长度的LTF数据组成，FFT长度为16×2n，n取值为0、1、2、3；根据SHR部分的结构，同步后计算出STF的起始位置，从该起始位置开始，取出STF域的数据为RSTF。
3.根据权利要求2所述的一种HPLC双模通信中无线通信适应AGC调整的频偏估计方法，其特征在于，
步骤S2为将步骤S1中取出的STF数据平均分成5段：
Figure FDA0003577462490000011
其中，FFTLEN表示FFT长度，上述公式表示：将STF数据分成5段，STF数据编号从1到5*FFTLEN，第一段为STF的第1个数据到第FFTLEN个的数据，第二段为STF的第FFTLEN+1个数据到第2*FFTLEN个的数据，以此类推，得到第三段、第四段和第五段STF数据。
4.根据权利要求3所述的一种HPLC双模通信中无线通信适应AGC调整的频偏估计方法，其特征在于，
步骤S3为将S2步骤取出的数据，计算每段STF数据中溢出数据的比例，判定数据是否溢出需要设定溢出门限OVERval，溢出门限值根据具体实现时ADC的位宽确定，
OVERval＝2N-1-ADJ (2)
上式中N为ADC位宽，ADJ为可调整的值，调整该值可以调整溢出限值，
Figure FDA0003577462490000021
其中，STF(i)表示每一段FFTLEN长度的STF数据，总共5段，i的取值为[1,FFTLEN]；
上式为判定STF数据是否溢出得到逻辑值的公式，5段STF数据都需要按照上式进行判定，
Figure FDA0003577462490000022
5段STF数据按照上式进行统计，计算出5段STF溢出数据比例。
5.根据权利要求4所述的一种HPLC双模通信中无线通信适应AGC调整的频偏估计方法，其特征在于，
步骤S4为用S2步骤取出的数据，计算5段数据的功率，其计算公式如下：
Figure FDA0003577462490000023
按照以上公式计算出5段STF的功率。
6.根据权利要求5所述的一种HPLC双模通信中无线通信适应AGC调整的频偏估计方法，其特征在于，
步骤S5为根据设定的溢出百分比和不溢出功率门限，判断出受AGC影响的数据段，设定溢出数据百分比门限为STFOVERRATIOTH，功率门限值STFPOWERTH，按照以下公式分别对5段数据进行评估判断：
Figure FDA0003577462490000031
Figure FDA0003577462490000032
STFVALID(i)＝STFOverValid(i)|STFPowValid(i)。 (8)
7.根据权利要求6所述的一种HPLC双模通信中无线通信适应AGC调整的频偏估计方法，其特征在于，
步骤S6根据S5得到的判定结果重新取出STF符号，判定结果STFVALID(i)中i的取值范围为[1,5],i的取值分别代表5段STF数据位置，STFVALID(i)的值为0表示该段STF数据不能用于频偏计算，值为1表示可以取出用于频偏计算；在取出第5段数据时，需要将第5段数据的后一半数据取负，即后一半数据均加上一个负号，第5段数据的前一半数据为：
Figure FDA0003577462490000033
将第5段数据的后一半数据取负后为：
Figure FDA0003577462490000034
取出数据的总的段数计算公式如下：
Figure FDA0003577462490000035
8.根据权利要求7所述的一种HPLC双模通信中无线通信适应AGC调整的频偏估计方法，其特征在于，
根据步骤S6取出的STF数据段进行频偏估计，频偏估计的第一步为数据段间隔一个FFTLEN后前后STF段进行共轭相乘；
Rcomplex(N)(i)＝R* STF(N)(i)×RSTF(N+1)(i) (11)
上式中N的取值由S6取出的数据段数确定，可以取出5段数据时，N的取值为4，i的取值为[1,FFTLEN]；R* STF(N)(i)表示对RSTF(N)(i)取共轭操作，其中“*”表示共轭，RSTF(N)(i)表示根据S6步骤取出的STF符号，STF(N)中的N表示第N段，最大5段，其公式为步骤S2的取数步骤，i表示每一段中所处的位置标号，i的取值为[1,FFTLEN]。
9.根据权利要求8所述的一种HPLC双模通信中无线通信适应AGC调整的频偏估计方法，其特征在于，
步骤S8为用S7步骤的共轭相乘的结果，计算小数频偏，计算公式如下：
Figure FDA0003577462490000041
式中angle为求复数的相位，Nfft为FFT长度，
Figure FDA0003577462490000042
φ的取值为[-π,π)，FEST是小数频偏估计值，范围为
Figure FDA0003577462490000043
fsc是子载波间隔。
10.一种计算机可读存储介质，其存储有与计算设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现权利要求1至9任一项所述方法。
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