【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及fpga信号处理、宽带电力载波通信系统、数据处理，具体而言是一种用于宽带plc-ofdm系统的cp设计与载波频率失真的补偿方法及系统。
技术介绍
1、随着家庭自动化系统、车载通信系统、智能电网系统、互联网技术等的日益发展，在生活与生产中对于数据传输的要求不断提升。传统的通信系统需要布设专用的通信线路，部署成本与后续管理成本较高。相较于传统的通信系统，电力线通信利用现有的、普及范围广的电力线路作为通信媒介，在降低了通信系统建设成本的同时实现了广泛的覆盖。并且，在扩频、ofdm和多维网格编码等技术的优化下，电力线通信具有传输稳定、传输速率快等优点。
2、然而，ofdm技术在宽带电力载波通信系统中的应用还存在一些问题，有着较大的提升空间。比如，电力线信道中存在噪声、频率选择性衰落以及各类干扰，传输情况较为复杂。此外，并行传输下伴随着的多径干扰也为信号的传输带来了诸多难题。在ofdm系统中，为了抵消信道引起的多径效应，避免符号间干扰，现有的应对方法是在子载波的符号与符号之间的保护间隔加入循环前缀(cp)。在实际情况的通信中，考虑到电力线中复杂的传输情况、多普勒频偏、振荡器固有的物理特性不同，子载波的频率将难以保持一致，为后续的解调工作带来了困难。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种用于宽带plc-ofdm系统的cp设计与载波频率失真的补偿方法；
2、根据电力线信道特性确定子载波数以及cp长度，并提出一种基于循环前缀的cfo(ff
3、本专利技术还提出了一种用于宽带plc-ofdm系统的cp设计与载波频率失真的补偿系统。
4、术语解释：
5、1、plc，电力线通信，是一种利用电力线传输数据和媒体信号的一种通信方式。该技术将高频信息加载在电流上，用电线传输信息，在接收端用滤波器得到调制信号后，通过解调便能得到原通信信号，由此实现了信息传递。
6、2、ofdm，正交频分复用，通过频分复用来达到将高速串行数据转化为低速并行数据的目的。ofdm的核心思想是将信道分为若干正交的子信道，由此将高速信号转换为并行的多个低速信号，调制至各个子信道完成传输。各个载波之间相互正交的特性使它们可以在同一时间和频率上传输，这也大大改善了数据传输速率和频谱效率。此外，ofdm还能够有效地应对频率选择性衰落以及抗多径衰落，提高信道容量和系统性能，减少传输过程中的失真。
7、3、cp，cyclic preifx，循环前缀。cp是指在ofdm系统中，子载波信号上一个符号的前缀。在符号与符号的保护间隔之间插入cp，即将每个ofdm符号之后的采样点复制一段加在前面，这使得ofdm符号的时延副本中波形周期数目与fft周期数目成整数倍，确保了子载波的正交性，由此便解决了时延拓展带来的isi和ici。
8、4、电力线信道，电力线并不是专用的通信线路，实际应用中，电力线作为通信的传输介质面临着噪声大、干扰大以及衰减大等问题，建立起精确的电力线信道的模型难度较高。通常的应对方法是对电力线进行反复的参数测定，根据测试数据逐步建立起指定环境下的电力线信道相对模型。
9、5、isi，inter-symbol interference，符号间干扰。在ofdm系统中，由于多径效应，上一个符号可能会落人当前符号的采样区间，引起符号重叠，严重干扰了信号的传输。
10、6、ici，inter-channel interference，信道间干扰。在ofdm系统的理论模型中，多信道的载波严格满足正交性，使得对多信道载波在接收端的解调可以顺利进行。而在实际应用中，由于多载波系统的ici存在，破坏了子载波间的正交性，为后续的解调工作带来困难。
11、7、ifft，反傅里叶变换。
12、8、qam，是quadrature amplitude modulation的缩写，中文译名为″正交振幅调制″，其幅度和相位同时变化，属于非恒包络二维调制。qam是正交载波调制技术与多电平振幅键控的结合。
13、本专利技术的技术方案为：
14、一种用于宽带plc-ofdm系统的cp设计与载波频率失真的补偿方法，包括：
15、对循环前缀长度进行优化设计；
16、基于循环前缀的小数倍频偏(ffo)、整数倍频偏(ifo)估计解决载波频率失真。
17、根据本专利技术优选的，对循环前缀长度进行优化设计；包括：
18、兼顾误码率和电力线信道条件，设置可容忍时延、循环前缀时延、各子带符号承载的bit数目；
19、依据信道特征，设定子载波数确定条件；
20、依据信道特性、多径延迟范围、带宽效率设置参数设定循环前缀长度；
21、确定通信的ifft长度；
22、使用随机码生成导频符号，使用qam对导频符号进行调制，遍历子载波，在导频处插入导频符号，将数据符号复制到非导频位置，完成数据和导频符号分配；
23、依据分配完成的调制符号序列，利用ifft运算生成在宽带电力载波通信系统中传输符号序列；
24、依据计算得到的循环前缀长度与传输符号序列通过截取拼接的方式得到添加循环前缀后的传输符号。
25、根据本专利技术优选的，基于循环前缀的小数倍频偏、整数倍频偏估计解决载波频率失真，包括：
26、对经宽带plc-ofdm系统的传输信号进行符号同步处理；
27、依据处理完符号同步问题的传输信号判断循环前缀位置；
28、利用循环前缀对小数倍频偏进行估计；利用fft的起始、结束位置，通过循环移位判断的方式对整数倍频偏进行估计；
29、依据得到的小数倍频偏、整数倍频偏对载波频率失真进行补偿处理，得到矫正传输信号序列。
30、进一步优选的，设置可容忍时延、循环前缀时延、各子带符号承载的bit数目，包括：
31、设置可容忍时延td＝0.0001，循环前缀时延tcp＝4*td，各子带符号承载的bit数目bitper sub-belts＝4。
32、进一步优选的，设定子载波数确定条件为：carriercount是指子载波数；bitper sym是指划分子带前一个符号要传输的比特数；
33、进一步优选的，依据电力线信道特性、多径延迟范围、带宽效率设置参数设定循环前缀长度为：其中，n为子载波数选定比，具体设定为：intervalsub-belts为子带带宽间隔，delaycp为循环前缀时延。
34、进一步优选的，依据确定的子载波数，确定通信的ifft长度为：ifftlength＝2∧nextpow2(carriercount)；其中，2∧nextpow2()实现取不小于子载波数的最小的2的幂次。
35、进一步优选的，将qam调制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于宽带PLC-OFDM系统的CP设计与载波频率失真的补偿方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种用于宽带PLC-OFDM系统的CP设计与载波频率失真的补偿方法，其特征在于，对循环前缀长度进行优化设计；包括：
3.根据权利要求1所述的一种用于宽带PLC-OFDM系统的CP设计与载波频率失真的补偿方法，其特征在于，基于循环前缀的小数倍频偏、整数倍频偏估计解决载波频率失真，包括：
4.根据权利要求2所述的一种用于宽带PLC-OFDM系统的CP设计与载波频率失真的补偿方法，其特征在于，设置可容忍时延、循环前缀时延、各子带符号承载的bit数目，包括：
5.根据权利要求2所述的一种用于宽带PLC-OFDM系统的CP设计与载波频率失真的补偿方法，其特征在于，将QAM调制后的导频符号插入在导频间隔处，将数据符号复制到非导频位置，结合得到的IFFTlength，得到的数据与导频符号的组合序列为：其中，k为长度，为IFFTlength的整数序列；Xp mod为导频符号使用QAM调制后的结果；Nps为导频间隔；bitprep为传输
6.根据权利要求2所述的一种用于宽带PLC-OFDM系统的CP设计与载波频率失真的补偿方法，其特征在于，依据分配完成的调制符号序列，利用IFFT运算生成在宽带电力载波通信系统中传输符号序列为：
7.根据权利要求3所述的一种用于宽带PLC-OFDM系统的CP设计与载波频率失真的补偿方法，其特征在于，利用循环前缀对小数倍频偏进行估计，包括：
8.根据权利要求3所述的一种用于宽带PLC-OFDM系统的CP设计与载波频率失真的补偿方法，其特征在于，通过循环移位判断的方式对整数倍频偏进行估计，包括：
9.根据权利要求2-8任一所述的一种用于宽带PLC-OFDM系统的CP设计与载波频率失真的补偿方法，其特征在于，矫正传输信号序列如式(4)所示：
10.一种用于宽带PLC-OFDM系统的CP设计与载波频率失真的补偿系统，其特征在于，包括模拟前端、处理器、存储装置、通讯装置、I/O接口及显示设备；
...【技术特征摘要】
1.一种用于宽带plc-ofdm系统的cp设计与载波频率失真的补偿方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种用于宽带plc-ofdm系统的cp设计与载波频率失真的补偿方法，其特征在于，对循环前缀长度进行优化设计；包括：
3.根据权利要求1所述的一种用于宽带plc-ofdm系统的cp设计与载波频率失真的补偿方法，其特征在于，基于循环前缀的小数倍频偏、整数倍频偏估计解决载波频率失真，包括：
4.根据权利要求2所述的一种用于宽带plc-ofdm系统的cp设计与载波频率失真的补偿方法，其特征在于，设置可容忍时延、循环前缀时延、各子带符号承载的bit数目，包括：
5.根据权利要求2所述的一种用于宽带plc-ofdm系统的cp设计与载波频率失真的补偿方法，其特征在于，将qam调制后的导频符号插入在导频间隔处，将数据符号复制到非导频位置，结合得到的ifftlength，得到的数据与导频符号的组合序列为：其中，k为长度，为ifftlength的整数序列；xp mod为导频符号使用qam调制后的结果；nps为导频间隔；bitprep为传输数据符号...
【专利技术属性】
技术研发人员：范继辉，许辉，许凯文，何亦非，闫建法，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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