一種載波頻率同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種載波頻率同步方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)電網(wǎng)的集中發(fā)電、人工故障恢復(fù)、單向電力/信息流等運(yùn)作模式?jīng)Q定了其在能 源轉(zhuǎn)換效率、安全性、可靠性以及靈活性等諸多方面都不夠理想的特點，為此，人們提出了 智能電網(wǎng)的概念。智能電網(wǎng)是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)的傳感 和測量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn) 電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)。電力多載波通信技術(shù)為完成智 能電網(wǎng)信息的傳輸提供了有效的解決方案。其中，正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)是一種特殊的多載波調(diào)制技術(shù)。它具有較高的頻譜利用率， 在對抗多徑衰落方面有著天然的優(yōu)越性，適合高速數(shù)據(jù)傳輸。OFDM技術(shù)以其諸多優(yōu)點在電 力線通信方面具有巨大優(yōu)勢，可以用于電力行業(yè)數(shù)據(jù)的實時交互和協(xié)同作業(yè)。但是，OFDM系 統(tǒng)對頻偏非常敏感，即使微小的載波頻率偏差都會給OFDM系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的性能損失。由于 電廠、變電站等內(nèi)部自動化設(shè)備、繼電保護(hù)設(shè)備、遠(yuǎn)動控制設(shè)備的特殊性，在系統(tǒng)穩(wěn)健性和 安全性上要求更高，因此需要載波頻率同步十分精確。
[0003] 傳統(tǒng)的載波頻率同步方式多將訓(xùn)練序列添加至主信息內(nèi)，并根據(jù)添加的訓(xùn)練序列 計算載波頻率的同步誤差。比如，請參考圖1，所示為加入PN序列的OFDM符號結(jié)構(gòu)圖，由圖1 可知，使用兩個符號長度的訓(xùn)練符號(PN序列)放在每幀的開始位置，第一個訓(xùn)練符號用于 進(jìn)行定時同步和小數(shù)倍載波頻偏估計的計算，第二個訓(xùn)練序列符號用于整數(shù)倍載波頻偏估 計的計算。傳統(tǒng)的載波頻率同步方式的主要缺點在于需要額外占用OFDM信號的頻譜開銷， 導(dǎo)致OFDM信號的利用率下降，傳輸效率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種載波頻率同步方法，以解決現(xiàn)有載波頻率同步方式導(dǎo)致傳輸效率 降低的技術(shù)問題。
[0005] 本發(fā)明提供一種載波頻率同步方法，所述載波頻率同步方法包括:將訓(xùn)練序列與 主信息疊加，獲取混合頻譜;計算所述混合頻譜的頻偏估計值;根據(jù)所述頻偏估計值進(jìn)行頻 偏補(bǔ)償。
[0006] 優(yōu)選的，所述訓(xùn)練序列包括K個長度均為A的重復(fù)Kasami序列和N-KA個零，其中，N 為主信息的子載波數(shù);K為N/A的整數(shù)部分。
[0007] 優(yōu)選的，所述將訓(xùn)練序列與主信息疊加還包括:將所述訓(xùn)練序列進(jìn)行FFT變換，所 述FFT大小與主信息中IFFT的大小一致;獲取主信息與訓(xùn)練序列平均功率之比，根據(jù)所述主 信息與訓(xùn)練序列平均功率之比將訓(xùn)練序列與主信息疊加。
[0008] 優(yōu)選的，所述計算所述混合頻譜的頻偏估計值包括:根據(jù)所述訓(xùn)練序列計算所述 混合頻譜的第一接收信號;根據(jù)所述第一接收信號計算訓(xùn)練序列的第一延時相關(guān)函數(shù);根 據(jù)所述第一延時相關(guān)函數(shù)計算所述混合頻譜的頻偏估計值。
[0009] 優(yōu)選的，所述載波頻率同步方法還包括:根據(jù)所述頻偏補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果計算第二延時 相關(guān)函數(shù);根據(jù)所述第二延時相關(guān)函數(shù)計算混合頻譜的頻偏精估計值;根據(jù)所述頻偏精估 計值進(jìn)行頻偏補(bǔ)償。
[0010] 本發(fā)明的實施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：
[0011] 本發(fā)明提供一種載波頻率同步方法，所述載波頻率同步方法包括:將訓(xùn)練序列與 主信息疊加，獲取混合頻譜;計算所述混合頻譜的頻偏估計值;根據(jù)所述頻偏估計值進(jìn)行頻 偏補(bǔ)償。本發(fā)明提供的載波頻率同步方法，在OFDM頻域的基礎(chǔ)上疊加訓(xùn)練序列，無須額外占 用OFDM信號的頻譜開銷，而且具有很強(qiáng)的穩(wěn)健性，可以解決現(xiàn)有載波頻率同步方式導(dǎo)致傳 輸效率降低的技術(shù)問題。
[0012] 應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不 能限制本發(fā)明。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實施例中提供的加入PN序列的OFDM符號結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2是本發(fā)明實施例中提供的一種載波頻率同步方法的流程圖；
[0015] 圖3是本發(fā)明實施例中提供的載波偏頻信號的模型圖；
[0016] 圖4是本發(fā)明實施例中提供的訓(xùn)練序列的符號結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖5是本發(fā)明實施例中提供的混合頻譜符號結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖6是本發(fā)明實施例中提供的步驟SOl的方法流程圖；
[0019] 圖7是本發(fā)明實施例中提供的步驟S02的方法流程圖；
[0020] 圖8是本發(fā)明實施例中提供的另一種載波頻率同步方法的流程圖；
[0021] 圖9是本發(fā)明實施例中提供的頻偏精估計范圍圖；
[0022]圖10是本發(fā)明實施例中提供的不同頻率偏移下的估計性能圖；
[0023]圖11是本發(fā)明實施例中提供的不同Ns下，頻偏估計和頻偏精估計性能對比圖； [0024]圖12是本發(fā)明實施例中提供的不同隊下，載波頻偏估計的理論和仿真性能圖；
[0025] 圖13是本發(fā)明實施例中提供的不同PSR下，頻偏估計性能對比圖。
【具體實施方式】
[0026] 這里將詳細(xì)地對示例性實施例進(jìn)行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及 附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例 中所描述的實施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附 權(quán)利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置的例子。
[0027] 本說明書中的各個實施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個實施例之間相同相似的部 分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處。
[0028] 請參考圖2,所示為本發(fā)明實施例中提供的一種載波頻率同步方法的流程圖。
[0029] 由圖2可知，本發(fā)明提供一種載波頻率同步方法，所述載波頻率同步方法包括:將 訓(xùn)練序列與主信息疊加，獲取混合頻譜;計算所述混合頻譜的頻偏估計值;根據(jù)所述頻偏估 計值進(jìn)行頻偏補(bǔ)償。
[0030] 請參考圖3,所示為本發(fā)明實施例中提供的一種載波偏頻信號的模型圖。
[0031] 由圖3可知，發(fā)射機(jī)部分OFDM信號的傳輸過程主要包括:2/3LDPC信道編碼、16QAM 調(diào)制、串并轉(zhuǎn)換、IFFT(傅里葉反變換）、添加 CP(循環(huán)前綴）以及射頻等，相對應(yīng)的，接收機(jī)部 分OFDM信號的傳輸過程主要包括：串并轉(zhuǎn)換、頻偏估計、去CP、FFT (快速傅氏變換）、16QAM解 調(diào)以及并串轉(zhuǎn)換。本發(fā)明為了能夠利用訓(xùn)練序列進(jìn)行載波頻率同步，在發(fā)射機(jī)部分OFDM信 號的傳輸過程中，具體的為在IFFT之前，將訓(xùn)練序列與主信息疊加，獲取混合頻譜，并在接 收機(jī)部分OFDM信號的傳輸過程根據(jù)疊加的訓(xùn)練序列進(jìn)行頻偏估計以及頻偏補(bǔ)償。
[0032]本發(fā)明提供的載波頻率同步方法，在OFDM頻域的基礎(chǔ)上疊加訓(xùn)練序列，無須額外 頻譜開銷，而且具有很強(qiáng)的穩(wěn)健性，可以解決現(xiàn)有載波頻率同步方式導(dǎo)致傳輸效率降低的 技術(shù)問題。
[0033]請參考圖4和圖5,所示分別為本發(fā)明實施例中提供的訓(xùn)練序列的符號結(jié)構(gòu)示意圖 和本發(fā)明實施例中提供的混合頻譜符號結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 結(jié)合圖4和圖5可知，所述訓(xùn)練序列包括K個長度均為A的重復(fù)Kasami序列和N-KA個 零，其中，N為主信息的子載波數(shù);K為N/A的整數(shù)部分。本方案中訓(xùn)練序列和OFDM中主信息 相互疊加，不會額外占用OFDM頻域，確保OFDM頻域可以完全用于傳輸數(shù)據(jù)。
[0035] 本方法基于電力線通信的數(shù)據(jù)率低、可靠性要求高的特點，在保證不影響數(shù)據(jù)通 信的情況下在OFDM數(shù)據(jù)子載波(主信息)上疊加一條訓(xùn)練序列進(jìn)行同步信息傳輸，接收端利 用此訓(xùn)練序列進(jìn)行載波頻率同步。
[0036] 請參考圖6,所示為本發(fā)明實施例中提供的步驟SOl的方法流程圖。
[0037]由圖6可知，所述將訓(xùn)練序列與主信息疊加還包括:將所述訓(xùn)練序列進(jìn)行FFT變換， 所述FFT大小與主信息中IFFT的大小一致;獲取主信息與訓(xùn)練序列平均功率之比，根據(jù)所述 主信息與訓(xùn)練序列平均功率之比將訓(xùn)練序列與主信息疊加。具體的，根據(jù)主信息與訓(xùn)練序 列平均功率之比產(chǎn)生功率因子，根據(jù)功率因子將訓(xùn)練序列與主信息疊加。
[0038] 請參考圖7,所示為本發(fā)明實施例中提供的步驟S02的方法流程圖。
[0039] 由圖7可知，所述計算所述混合頻譜的頻偏估計值包括:根據(jù)所述訓(xùn)練序列計算所 述混合頻譜的第一接收信號;根據(jù)所述第一接收信號計算訓(xùn)練序列的第一延時相關(guān)函數(shù)； 根據(jù)所述第一延時相關(guān)函數(shù)計算所述混合頻譜的頻偏估計值。
[0040] 根據(jù)所述訓(xùn)練序列計算所述混合頻譜的第一接收信號具體包括：
[0041] 在進(jìn)行理論分析時將主通道的干擾看作噪聲，設(shè)置