一种用于OFDM-PLC系统的DFT信道估计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于OFDM

【技术实现步骤摘要】
一种用于OFDM
‑
PLC系统的DFT信道估计方法


[0001]本专利技术属于信道
，具体地，涉及一种用于OFDM
‑
PLC系统的DFT信道估计方法。

技术介绍

[0002]电力线载波通信(Power line carrier communication，PLC)在智能电网中的应用大大降低了电网中电信功能的建设和维护成本。根据信号频率带宽和数据传输速率，PLC可分为窄带PLC(NB PLC)和宽带PLC(BB PLC)。PLC信道不仅受到系统中电气设备随机接入和切除的影响，还面临强噪声、频率选择性衰落、多径效应。近年来，正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术因其频谱效率高、抗多径传输和抗频率选择性衰减等优点，越来越多地应用于PLC。信道估计的目的是估计信道的时域或频域响应，对接收到的数据进行校正和恢复，以获得相干检测的性能增益。然而，由于PLC信道中既存在背景噪声，又存在脉冲噪声，传统的OFDM信道估计方法对PLC信道不太适用；最小二乘(Least Squares,LS)信道估计算法是OFDM系统中最常用的算法，LS信道估计算法不考虑噪声的影响，因此在信噪比较小时均方误差较大；尽管最小均方误差(Minimum Mean Squared Error,MMSE)是基于导频的信道估计算法中的最优准则，但基于MMSE的算法的缺点是需要获得信道的先验信息，这在突发噪声通信系统中很难获得，并且由于涉及大量的矩阵求逆过程，算法复杂度很高；基于离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)的信道估计技术，通过消除最大信道延迟之外的噪声影响来提高LS信道估计的性能，然而，传统的DFT算法只去除循环前缀(Cyclic Prefix,CP)外的噪声，无法滤除循环前缀内的噪声。
[0003]为了抑制CP内部噪声的影响，一些学者提出了基于阈值的去噪方法，通过在CP内部设置能量阈值来过滤噪声采样点，阈值的选择通常基于CP内部和外部采样点的能量值和幅度模量，阈值的设置方式为最大或中值。这些方法面临的问题是阈值有时太大而无法保留有效数据，或者有时太小而无法过滤噪声。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种用于OFDM
‑
PLC系统的DFT信道估计方法，通过对信道脉冲响应进行二次降噪，使得估计的信道频率响应更接近于真实值。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于OFDM
‑
PLC系统的DFT信道估计方法，具体包括如下步骤：
[0006]步骤1、使用最小二乘信道估计算法获取导频子载波的信道估计，并将导频子载波的信道估计通过离散傅里叶变换的逆变换转换到时域，得到采样点的信道脉冲响应值；
[0007]步骤2、根据循环前缀的长度对采样点划分为循环前缀内的采样点和噪声点，通过噪声点的信道脉冲响应值计算噪声点的平均噪声功率，并将噪声点的信道脉冲响应值置零；
[0008]步骤3、计算循环前缀内的采样点的平均功率，并结合噪声点的平均噪声功率计算出循环前缀内的采样点的平均信噪比以及循环前缀内的采样点的替代信噪比；
[0009]步骤4、将替代信噪比小于或等于平均信噪比的循环前缀内的采样点的信道脉冲响应值设置为零，得到一次降噪结果；
[0010]步骤5、计算循环前缀内的采样点的总能量，结合循环前缀内的采样点的平均信噪比，计算出循环前缀内的采样点中噪声的平均能量；
[0011]步骤6、若循环前缀内的某个采样点能量小于或等于循环前缀内的采样点中噪声的平均能量，将所述除循环前缀内的采样点的信道脉冲响应值设置为零，得到二次降噪结果，通过离散傅里叶变换得到信道频率响应的估计。
[0012]进一步地，步骤1中导频子载波的信道估计H
LS
为：
[0013]H
LS
(k)＝Y(k)/X(k)＝H(k)+W(k)/X(k),0≤k≤N
‑1[0014]其中，k表示子载波序号，N表示子载波总量，Y(k)表示频域的接收信号，X(k)表示频域的发射信号，H(k)表示多径信道的频率响应，W(k)则表示频域中的噪声。
[0015]进一步地，步骤1中采样点的信道脉冲响应值为：
[0016][0017]其中，h
LS
(n)表示第n个采样点的信道脉冲响应值，IDFT[]表示离散傅里叶变换的逆变换，j表示虚数单位，h(n)表示多径信道的脉冲响应，w(n)表示PLC系统中的噪声复数样本，w(n)＝IDFT[W(k)/X(k)]。
[0018]进一步地，步骤2中对采样点进行划分的过程为：
[0019][0020]其中，L
CP
表示循环前缀CP的长度。
[0021]进一步地，步骤2中噪声点的平均噪声功率P
w
为：
[0022][0023]进一步地，步骤3中所述循环前缀内的采样点的平均功率P
s+w
为：
[0024][0025]所述循环前缀内的采样点的平均信噪比γ
av
为：
[0026][0027]所述循环前缀内的采样点的替代信噪比γ
n
为：
[0028][0029]进一步地，步骤4中一次降噪结果h
DFT
‑1(n)为：
[0030][0031]进一步地，步骤5中所述循环前缀内的采样点的总能量为：
[0032][0033]所述循环前缀内部噪声的总能量为：
[0034][0035]所述循环前缀内的采样点中噪声的平均能量为：
[0036][0037]进一步地，步骤6中二次降噪结果h
DFT
‑2(n)为：
[0038][0039]进一步地，步骤6中信道频率响应的估计为：
[0040][0041]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术用于OFDM
‑
PLC系统的DFT信道估计方法针对PLC信道中存在广泛的背景噪声和突发的脉冲噪声通过CP内每个采样点的替代信噪比和CP内采样点有用信号的平均能量，设计了CP内两次降噪，分别应对脉冲噪声和背景噪声进行滤波，与同类技术相比，该专利技术能够以较低的均方误差获得更准确的信道估计，且计算复杂度较低。
附图说明
[0042]图1为OFDM
‑
PLC系统的发射机和接收机框图；
[0043]图2为本专利技术用于OFDM
‑
PLC系统的DFT信道估计方法的流程图；
[0044]图3为不同信道估计方法估计出的信道功率对比图；
[0045]图4为不同信道估计方法的均方误差对比图。
具体实施方式
[0046]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步地解释说明。
[0047]如图1为OFDM本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于OFDM
‑
PLC系统的DFT信道估计方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1、使用最小二乘信道估计算法获取导频子载波的信道估计，并将导频子载波的信道估计通过离散傅里叶变换的逆变换转换到时域，得到采样点的信道脉冲响应值；步骤2、根据循环前缀的长度对采样点划分为循环前缀内的采样点和噪声点，通过噪声点的信道脉冲响应值计算噪声点的平均噪声功率，并将噪声点的信道脉冲响应值置零；步骤3、计算循环前缀内的采样点的平均功率，并结合噪声点的平均噪声功率计算出循环前缀内的采样点的平均信噪比以及循环前缀内的采样点的替代信噪比；步骤4、将替代信噪比小于或等于平均信噪比的循环前缀内的采样点的信道脉冲响应值设置为零，得到一次降噪结果；步骤5、计算循环前缀内的采样点的总能量，结合循环前缀内的采样点的平均信噪比，计算出循环前缀内的采样点中噪声的平均能量；步骤6、若循环前缀内的某个采样点能量小于或等于循环前缀内的采样点中噪声的平均能量，将所述除循环前缀内的采样点的信道脉冲响应值设置为零，得到二次降噪结果，通过离散傅里叶变换得到信道频率响应的估计。2.根据权利要求1所述的一种用于OFDM
‑
PLC系统的DFT信道估计方法，其特征在于，步骤1中导频子载波的信道估计H
LS
为：H
LS
(k)＝Y(k)/X(k)＝H(k)+W(k)/X(k),0≤k≤N
‑
1其中，k表示子载波序号，N表示子载波总量，Y(k)表示频域的接收信号，X(k)表示频域的发射信号，H(k)表示多径信道的频率响应，W(k)则表示频域中的噪声。3.根据权利要求2所述的一种用于OFDM
‑
PLC系统的DFT信道估计方法，其特征在于，步骤1中采样点的信道脉冲响应值为：其中，h
LS
(n)表示第n个采样点的信道脉冲响应值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洁，王朗齐，孟琳，余雨，陈瑞，刘伟伟，韦朴，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：