寬帶電力載波OFDM系統采樣頻率偏差估計與校正方法技術方案

本發明專利技術提供一種寬帶電力載波OFDM系統采樣頻率偏差估計與校正方法。該方法包括：將接收幀前導中相鄰的兩個導頻OFDM符號變換到頻率域，得到子載波頻譜值；利用所述子載波頻譜值直接估計采樣頻率偏差值；利用所述估計的采樣頻率偏差值，計算待解調數據符號與參考導頻符號的采樣時刻累積偏差值；將所述累積偏差值轉化成子載波的相位偏差補償值，對待解調數據符號進行相位補償；本方法避免了傳統的采樣頻率偏差估計相角計算中?π與π發生跳變的缺陷，可估計的采樣頻率偏差范圍大，并且在低信噪比情況下可以通過多次估計取平均的方法提高精度，同時采樣頻率偏差校正的方法簡單易于實現。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電力線載波通信
，尤其涉及一種寬帶電力載波OFDM系統采樣頻率偏差估計與校正方法。
技術介紹
電力線載波通信(PowerLineCommunication)簡稱PLC，是利用電力線傳輸載波通信信號，傳統的電力線通信載波頻率在500kHz以下，受電力線上各種噪聲的影響嚴重，多采用單載波傳輸方式，一般采用差分調制方式，通信速率低，而基于OFDM多載波傳輸的寬帶載波通信則很好地克服了上述缺點。基于OFDM的寬帶電力載波通信頻率在1MHz以上，為了在低信噪比情況下獲得更好的通信性能，調制方式采用相干調制，例如國際標準homeplugAV采用BPSK、QPSK和8-QAM等相干調制方式。相對于差分的調制方式，相干調制對采樣頻率偏差(samplefrequencyoffset，簡稱SFO)非常敏感，這是因為隨著采樣時間的增加，相對于發送端，接收采樣時刻的累積偏差會越來越大，造成子載波相位的偏差越來越大，在星座圖上的表現就是星座點出現旋轉。對采樣頻率偏差估計的現有技術中，大多先計算子載波的相位值，然后根據相位差值進行偏差的估計或相位的補償，例如：專利申請《一種正交頻分多路信號相位解調誤差的校正方法》，申請號：200910238482.3，公開的方法中首先就是提取幀同步或訓練序列碼元每個子載波的相位值，這樣的方法很難避免相位值計算中-π與π發生跳變而帶來的巨大誤差，在電力線載波這樣惡劣的通信環境中，難以適用。
技術實現思路
為解決現有采樣頻率偏差估計與校正技術在寬帶電力載波通信系統應用中存在的問題，本專利技術提供一種寬帶電力載波OFDM系統采樣頻率偏差估計與校正方法。本專利技術通過如下技術方案實現：一種寬帶電力載波OFDM系統采樣頻率偏差估計與校正方法，包括以下步驟：將接收幀前導中相鄰的兩個導頻OFDM符號變換到頻率域，得到子載波頻譜值；利用所述子載波頻譜值直接估計采樣頻率偏差值；利用所述估計的采樣頻率偏差值，計算待解調數據符號與參考導頻符號的采樣時刻累積偏差值；將所述累積偏差值轉化成子載波的相位偏差補償值，對待解調數據符號進行相位補償。所述將接收幀前導中相鄰的兩個導頻OFDM符號變換到頻率域，得到子載波頻譜值的步驟中，所述相鄰的兩個導頻OFDM符號在發送時是由同一個導頻OFDM符號重復得到的。所述子載波頻譜值是通過對接收的OFDM符號采樣序列進行FFT變換得到的。所述利用所述子載波頻譜值直接估計采樣頻率偏差值的步驟中，所述采樣頻率偏差值ε估計的公式為：其中和分別表示相鄰的兩個導頻OFDM符號的第k號子載波的頻譜值，cstart和cstop分別表示起始和結束導頻子載波編號。對多個相鄰的兩個導頻OFDM符號的子載波頻譜值，進行多次采樣頻率偏差估計，然后計算均值，以提高估計的精度。導頻子載波還可以采用子載波編號不連續的方式。所述利用所述估計的采樣頻率偏差值，計算待解調數據符號與參考導頻符號的采樣時刻累積偏差值的步驟中，待解調數據符號與參考導頻符號的采樣時刻累積偏差值Nacc計算公式為：Nacc＝Ndistance·ε其中Ndistance表示待解調數據符號起始采樣時刻與參考導頻符號起始采樣時刻之差。所述將所述累積偏差值轉化成子載波的相位偏差補償值，對待解調數據符號進行相位補償的步驟中，所述累積偏差值與子載波的相位偏差補償值的關系表示為：其中θacc,k表示第k號子載波的相位補償值，NFFT表示FFT變換的長度；待解調數據符號進行相位補償的公式為：其中Yk表示未補償的待解調數據OFDM符號k號子載波的頻譜值，Y′k表示補償后k號子載波的頻譜值。所述采樣頻率偏差的校正是通過對子載波的相位進行補償實現的。θacc,k的正弦余弦值通過cordic算法計算得到。本專利技術對比現有的技術有如下有益效果：本專利技術通過子載波頻譜值直接估計采樣頻率偏差值，徹底避免了相位值計算中-π與π發生跳變的缺陷，在低信噪比情況下可以通過多次估計取平均的方法提高精度。本專利技術通過將采樣時刻累積偏差值轉化成子載波的相位偏差補償值，方法簡單易于實現。附圖說明圖1為本專利技術實施例提供的一種寬帶電力載波OFDM系統采樣頻率偏差估計與校正方法處理流程示意圖；圖2為本專利技術實施例提供的一種寬帶電力載波幀結構示意圖；圖3為本專利技術實施例提供的一種采樣頻率偏差估計導頻符號選擇位置示意圖；圖4為本專利技術實施例提供的一種采樣頻率偏差補償參考導頻符號及待解調數據符號位置示意圖；圖5A-圖5B為本專利技術實施例提供的一種未進行采樣頻率偏差校正的解調星座圖和校正后解調星座圖的對比圖。具體實施方式為了使本專利技術的技術方案及其優點更清晰更便于理解，下面結合本實施例中的附圖，對本專利技術技術方案的細節進一步描述。在本專利技術的一個實施例中，采樣頻率fs為75MSPS，FFT的長度NFFT為384，有效子載波的編號為10～153，即起始子載波編號cstart為10，結束子載波編號cstop為153。如圖2所示，為本專利技術一個實施例中幀結構示意圖，包括幀前導、幀控制和幀有效荷載三個部分，幀前導包括4個相同的SYNCP符號(導頻OFDM符號)和2個相同的SYNCM符號，SYNCM符號是SYNCP符號取負得到的，幀控制和幀有效荷載符號的循環前綴長度CP的值為60。進行采樣頻率偏差估計時，接收幀前導相鄰的兩個導頻OFDM符號前一個導頻符號(記為pre符號)的NFFT個采樣點值記為xpre,n，n＝0,1,……,NFFT-1，后一個導頻符號(記為cur符號)的NFFT個采樣點值記為xcur,n，n＝0,1,……,NFFT-1。在本專利技術一個實施例中，選取接收到的第2個SYNCP符號(pre符號)和第3個SYNCP符號(cur符號)進行采樣頻率偏差估計，如圖3所示，在圖示中故意將符號選取的位置向前偏移，以表示幀同步引入的微小向前偏差。利用FFT算法將pre符號和cur符號的時域采樣點值分別變換到頻率域得到子載波頻譜值Xpre,k和Xcur,k，用公式表示如下：利用所述子載波頻譜值Xpre,k和Xcur,k直接估計采樣頻率偏差值ε，計算公式為：其中由于pre符號和cur符號時域循環移位值相同，幀同步引入的微小向前或滯后偏差對所述采樣頻率偏差的估計沒有影響。所述采樣頻率偏差的估計利用前后符號對應編號的子載波頻譜值，使用了從編號cstart到編號cstop的連續子載波，也可以利用不連續的子載波進行估計。在本專利技術的另一個實施例中，選取第1個和第2個SYNCP符號估計出一個采樣頻率偏差值ε1，選取第2個和第3個SYNCP符號估計出另一個采樣頻率偏差值ε2，最終的采樣頻率偏差值ε為ε1和ε2的平均，通過這樣方式估計的精度得到提高。在進行解調時，待解調數據符號與參考導頻符號的采樣時刻累積偏差值Nacc的計算公式為：Nacc＝Ndistance·ε其中Ndistance表示待解調數據符號起始采樣時刻與參考導頻符號起始采樣時刻之差。在本專利技術一個實施例某一解調過程中，如圖4所示，選取第3個SYNCP符號作為參考導頻符號以進行信道估計，待解調的數據符號為DATA3，待解調符號距離參考導頻符號為8個符號，加上符號間的循環前綴，因此Ndistance＝8×384+60×5＝3372。記待解調數據符號的NFFT個時域采樣點值為yn，其中序本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種寬帶電力載波OFDM系統采樣頻率偏差估計與校正方法，其特征在于，包括以下步驟：將接收幀前導中相鄰的兩個導頻OFDM符號變換到頻率域，得到子載波頻譜值；利用所述子載波頻譜值直接估計采樣頻率偏差值；利用所述估計的采樣頻率偏差值，計算待解調數據符號與參考導頻符號的采樣時刻累積偏差值；將所述累積偏差值轉化成子載波的相位偏差補償值，對待解調數據符號進行相位補償。

【技術特征摘要】
1.一種寬帶電力載波OFDM系統采樣頻率偏差估計與校正方法，其特征在于，包括以下步驟：將接收幀前導中相鄰的兩個導頻OFDM符號變換到頻率域，得到子載波頻譜值；利用所述子載波頻譜值直接估計采樣頻率偏差值；利用所述估計的采樣頻率偏差值，計算待解調數據符號與參考導頻符號的采樣時刻累積偏差值；將所述累積偏差值轉化成子載波的相位偏差補償值，對待解調數據符號進行相位補償。2.根據權利要求1所述的寬帶電力載波OFDM系統采樣頻率偏差估計與校正方法，其特征在于，所述將接收幀前導中相鄰的兩個導頻OFDM符號變換到頻率域，得到子載波頻譜值的步驟中，所述相鄰的兩個導頻OFDM符號在發送時是由同一個導頻OFDM符號重復得到的。3.根據權利要求2所述的寬帶電力載波OFDM系統采樣頻率偏差估計與校正方法，其特征在于，所述子載波頻譜值是通過對接收的OFDM符號采樣序列進行FFT變換得到的。4.根據權利要求1所述的寬帶電力載波OFDM系統采樣頻率偏差估計與校正方法，其特征在于，所述利用所述子載波頻譜值直接估計采樣頻率偏差值的步驟中，所述采樣頻率偏差值ε估計的公式為：ϵ=-Σk=cstartcstop1k·[Xpre,kR·Xcur,kI-Xpre,kI·Xcur,kR]2·π·Σk=cstartcstop[Xpre,kR·Xcur,kR+Xpre,kI·Xcur,kI]]]>其中和分別表示相鄰的兩個導頻OFDM符號的第k號子載波的頻譜值，cstart和cstop分別表示起始和結束導頻子載波編號。5.根據權利要求4所述的寬帶電力載波OFDM系統采樣頻率偏差估計與校正方法，其特征在于，對多個相鄰的兩個導頻OFDM符號的子載波頻譜值，進行多次采樣頻率...

【專利技術屬性】
技術研發人員：水永輝，
申請(專利權)人：北京曉程科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11