一种载波频率同步方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力线通信技术领域，尤其涉及一种载波频率同步方法。
【背景技术】
[0002] 传统电网的集中发电、人工故障恢复、单向电力/信息流等运作模式决定了其在能 源转换效率、安全性、可靠性以及灵活性等诸多方面都不够理想的特点，为此，人们提出了 智能电网的概念。智能电网是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感 和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现 电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。电力多载波通信技术为完成智 能电网信息的传输提供了有效的解决方案。其中，正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)是一种特殊的多载波调制技术。它具有较高的频谱利用率， 在对抗多径衰落方面有着天然的优越性，适合高速数据传输。OFDM技术以其诸多优点在电 力线通信方面具有巨大优势，可以用于电力行业数据的实时交互和协同作业。但是，OFDM系 统对频偏非常敏感，即使微小的载波频率偏差都会给OFDM系统带来严重的性能损失。由于 电厂、变电站等内部自动化设备、继电保护设备、远动控制设备的特殊性，在系统稳健性和 安全性上要求更高，因此需要载波频率同步十分精确。
[0003] 传统的载波频率同步方式多将训练序列添加至主信息内，并根据添加的训练序列 计算载波频率的同步误差。比如，请参考图1，所示为加入PN序列的OFDM符号结构图，由图1 可知，使用两个符号长度的训练符号(PN序列)放在每帧的开始位置，第一个训练符号用于 进行定时同步和小数倍载波频偏估计的计算，第二个训练序列符号用于整数倍载波频偏估 计的计算。传统的载波频率同步方式的主要缺点在于需要额外占用OFDM信号的频谱开销， 导致OFDM信号的利用率下降，传输效率降低。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种载波频率同步方法，以解决现有载波频率同步方式导致传输效率 降低的技术问题。
[0005] 本发明提供一种载波频率同步方法，所述载波频率同步方法包括:将训练序列与 主信息叠加，获取混合频谱;计算所述混合频谱的频偏估计值;根据所述频偏估计值进行频 偏补偿。
[0006] 优选的，所述训练序列包括K个长度均为A的重复Kasami序列和N-KA个零，其中，N 为主信息的子载波数;K为N/A的整数部分。
[0007] 优选的，所述将训练序列与主信息叠加还包括:将所述训练序列进行FFT变换，所 述FFT大小与主信息中IFFT的大小一致;获取主信息与训练序列平均功率之比，根据所述主 信息与训练序列平均功率之比将训练序列与主信息叠加。
[0008] 优选的，所述计算所述混合频谱的频偏估计值包括:根据所述训练序列计算所述 混合频谱的第一接收信号;根据所述第一接收信号计算训练序列的第一延时相关函数;根 据所述第一延时相关函数计算所述混合频谱的频偏估计值。
[0009] 优选的，所述载波频率同步方法还包括:根据所述频偏补偿的结果计算第二延时 相关函数;根据所述第二延时相关函数计算混合频谱的频偏精估计值;根据所述频偏精估 计值进行频偏补偿。
[0010] 本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0011] 本发明提供一种载波频率同步方法，所述载波频率同步方法包括:将训练序列与 主信息叠加，获取混合频谱;计算所述混合频谱的频偏估计值;根据所述频偏估计值进行频 偏补偿。本发明提供的载波频率同步方法，在OFDM频域的基础上叠加训练序列，无须额外占 用OFDM信号的频谱开销，而且具有很强的稳健性，可以解决现有载波频率同步方式导致传 输效率降低的技术问题。
[0012] 应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不 能限制本发明。
【附图说明】
[0013]图1是本发明实施例中提供的加入PN序列的OFDM符号结构示意图；
[0014] 图2是本发明实施例中提供的一种载波频率同步方法的流程图；
[0015] 图3是本发明实施例中提供的载波偏频信号的模型图；
[0016] 图4是本发明实施例中提供的训练序列的符号结构示意图；
[0017] 图5是本发明实施例中提供的混合频谱符号结构示意图；
[0018] 图6是本发明实施例中提供的步骤SOl的方法流程图；
[0019] 图7是本发明实施例中提供的步骤S02的方法流程图；
[0020] 图8是本发明实施例中提供的另一种载波频率同步方法的流程图；
[0021] 图9是本发明实施例中提供的频偏精估计范围图；
[0022]图10是本发明实施例中提供的不同频率偏移下的估计性能图；
[0023]图11是本发明实施例中提供的不同Ns下，频偏估计和频偏精估计性能对比图； [0024]图12是本发明实施例中提供的不同队下，载波频偏估计的理论和仿真性能图；
[0025] 图13是本发明实施例中提供的不同PSR下，频偏估计性能对比图。
【具体实施方式】
[0026] 这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及 附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例 中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附 权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
[0027] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部 分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
[0028] 请参考图2,所示为本发明实施例中提供的一种载波频率同步方法的流程图。
[0029] 由图2可知，本发明提供一种载波频率同步方法，所述载波频率同步方法包括:将 训练序列与主信息叠加，获取混合频谱;计算所述混合频谱的频偏估计值;根据所述频偏估 计值进行频偏补偿。
[0030] 请参考图3,所示为本发明实施例中提供的一种载波偏频信号的模型图。
[0031] 由图3可知，发射机部分OFDM信号的传输过程主要包括:2/3LDPC信道编码、16QAM 调制、串并转换、IFFT(傅里叶反变换）、添加 CP(循环前缀）以及射频等，相对应的，接收机部 分OFDM信号的传输过程主要包括：串并转换、频偏估计、去CP、FFT (快速傅氏变换）、16QAM解 调以及并串转换。本发明为了能够利用训练序列进行载波频率同步，在发射机部分OFDM信 号的传输过程中，具体的为在IFFT之前，将训练序列与主信息叠加，获取混合频谱，并在接 收机部分OFDM信号的传输过程根据叠加的训练序列进行频偏估计以及频偏补偿。
[0032]本发明提供的载波频率同步方法，在OFDM频域的基础上叠加训练序列，无须额外 频谱开销，而且具有很强的稳健性，可以解决现有载波频率同步方式导致传输效率降低的 技术问题。
[0033]请参考图4和图5,所示分别为本发明实施例中提供的训练序列的符号结构示意图 和本发明实施例中提供的混合频谱符号结构示意图。
[0034] 结合图4和图5可知，所述训练序列包括K个长度均为A的重复Kasami序列和N-KA个 零，其中，N为主信息的子载波数;K为N/A的整数部分。本方案中训练序列和OFDM中主信息 相互叠加，不会额外占用OFDM频域，确保OFDM频域可以完全用于传输数据。
[0035] 本方法基于电力线通信的数据率低、可靠性要求高的特点，在保证不影响数据通 信的情况下在OFDM数据子载波(主信息)上叠加一条训练序列进行同步信息传输，接收端利 用此训练序列进行载波频率同步。
[0036] 请参考图6,所示为本发明实施例中提供的步骤SOl的方法流程图。
[0037]由图6可知，所述将训练序列与主信息叠加还包括:将所述训练序列进行FFT变换， 所述FFT大小与主信息中IFFT的大小一致;获取主信息与训练序列平均功率之比，根据所述 主信息与训练序列平均功率之比将训练序列与主信息叠加。具体的，根据主信息与训练序 列平均功率之比产生功率因子，根据功率因子将训练序列与主信息叠加。
[0038] 请参考图7,所示为本发明实施例中提供的步骤S02的方法流程图。
[0039] 由图7可知，所述计算所述混合频谱的频偏估计值包括:根据所述训练序列计算所 述混合频谱的第一接收信号;根据所述第一接收信号计算训练序列的第一延时相关函数； 根据所述第一延时相关函数计算所述混合频谱的频偏估计值。
[0040] 根据所述训练序列计算所述混合频谱的第一接收信号具体包括：
[0041] 在进行理论分析时将主通道的干扰看作噪声，设置