基于OFDM的电力线载波信道估计算法研究

摘要

电力线网络覆盖广泛，接入方便，在宽带接入和智能家庭网络等应用方面越来越受到人们的关注。正交频分复用(OFDM)技术的抗噪声和多径能力强、频谱利用率高，加之容易实现高速传输，因此众多的通信协议标准都选择OFDM技术作为数字调制技术，在电力线载波通信中亦具有广阔的应用前景。
　　本文研究了基于OFDM的电力线载波通信信道估计算法。
　　首先，介绍了基于OFDM的电力线载波通信相关标准，着重研究了G3协议标准和PRIME标准，给出了两个相关标准的系统框图和详细参数，并用Matlab仿真实现了两个标准的发射信号功率谱密度。
　　其次，分析了基于OFDM的电力线载波通信系统的设计，介绍了OFDM技术的基本原理和关键技术，着重研究了基于OFDM的电力线载波系统组成的框图，主要参数等。
　　再次，介绍了电力线信道下的信道估计算法：首先，详细介绍了电力线信道的信道特性，着重研究了电力线输入阻抗特性、噪声特性以及衰落特性。其次，针对导频的信道估计算法，指出了OFDM系统中非盲估计算法研究的三个要点：
　　(1)发送端导频的选择与插入，讨论了块状导频、梳妆导频的插入方法；
　　(2)接收端导频位置信道信息获取的方式，详细分析了LS(Least Squares)、MMSE(Minimum Mean Square Error)、SVD(Singular Value Decomposition)这三种典型的信道估计算法的原理与特点。通过Matlab仿真表明：MMSE算法的性能最好，但是MMSE算法复杂度很高，难以在实际中得到应用；SVD算法复杂度相对MMSE算法要低，但是随着信噪比的增加，SVD算法的性能要差一些；相对来说LS算法的性能是最低的，但是LS算法简单且易于实现；
　　(3)通过导频位置获取的信道信息恢复出所有时刻信道的信息，介绍和比较了三种典型的插值算法：线性内插、Cubic插值算法和高斯插值算法。
　　最后，本文根据电力线信道的特性采用了一种基于LS算法的改进信道估计算法。通过Matlab仿真比较表明改进后的算法运算简单且大大提高了LS算法的信道估计性能，在恶劣的信道环境下保证了可靠性。
　　本文的研究结果对电力线通信接收机的实际应用具有一定的价值，也为今后设计完全自主知识产权基于OFDM电力线通信芯片奠定了基础。

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目录

1 绪 论

1.1论文的研究背景

1.2低压电力线载波通信研究现状

1.3 本文结构安排及主要内容

1.4 小结

2 基于OFDM的电力线载波通信相关标准

2.1 G3协议标准

2.2 PRIME标准

2.3其他OFDM的PLC标准概述

2.4小结

3 基于OFDM的PLC系统设计

3.1 OFMD技术的基本原理

3.2基于OFDM的PLC系统设计

3.3 小结

4 低压电力线信道估计算法研究

4.1低压电力线信道特性分析

4.2信道估计基本概述

4.3基于导频的信道估计技术

4.4用于本次PLC系统的信道估计算法

4.5小结

5 总结与展望

5.1全文总结

5.2进一步工作与展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录