基于OFDM的电力线通信系统信号同步与信道估计的研究

摘要

随着智能电网的兴起，电力线通信再次成为人们研究的热点，被认为是实现智能电网必不可少的重要途径之一。虽然电力线通信已经发展了几十年，但到目前为止仍未被广泛应用，其中一个重要的原因是电力线的铺设环境复杂，负载多变，噪声干扰严重，可靠性不高。OFDM凭借其众多良好的性能被目前绝大多数的电力线通信终端所采用，而信号同步和信道估计则是OFDM的两项关键技术。因此，为提高电力线通信的可靠性，本文主要对OFDM技术物理层的信号同步和信道估计进行探索。
　　首先，介绍目前国内外电力线通信的发展和研究现状，并对目前OFDM的信号同步算法和信道估计算法的研究情况进行分析。
　　其次，介绍了OFDM系统的基本原理；深入分析了低压电力线信道特性，建立了低压电力线信道的频率响应模型和噪声模型。在此基础上，建立了OFDM电力线通信系统模型，为后续的研究内容奠定基础。
　　再次，针对OFDM的信号同步算法，结合电力线信道特性，提出了一种新的基于同步训练序列的本地相关同步算法（PR算法）。该算法包括定时同步和频偏估计两部分内容。通过仿真分析，从定时函数峰值的显著性、定时同步的计算量以及定时同步的准确率三个方面将PR算法和Park算法进行比较。此外，以频偏估计的均方误差为指标，将PR算法和Schmidl算法进行对比。
　　然后，在分析 OFDM的 LS同步算法和 MMSE同步算法的基础上，针对LS算法在低信噪比（Signal to Noise Rate，SNR）下性能较差的缺点，以信道脉冲响应与SNR的关系为依据，提出了一种对LS算法估计的信道脉冲响应设定去噪阈值的新方法（FLS算法）。此外，结合电力线信道的慢时变性以及OFDM中信道估计的准确性直接决定通信误码率高低的特点，提出一种根据误码率对信道估计算法进行优化设计方法（FLSopt算法）。通过仿真分析，从信道估计的均方误差和通信误码率两个方面，验证改进算法的优越性。
　　最后，搭建了电力线通信实验平台，设计 OFDM电力线通信系统，编写DSP程序，在220V电力线上实现点对点通信。将本文算法应用于该实验平台，设计了信道状况良好和信道干扰较多两种实验场景，并在这两种实验场景下进行信号同步实验和测量通信误码率实验，验证了本文算法的可行性。

目录

第1章 绪 论

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外在该方向的研究现状及分析

1.3课题的研究内容与结构安排

第2章 基于OFDM的电力线通信系统模型

2.1引言

2.2经典OFDM技术

2.3低压电力线信道分析

2.4低压电力线信道模型

2.5 OFDM电力线通信系统

2.6本章小结

第3章 OFDM信号同步算法设计

3.1引言

3.2 OFDM信号同步

3.3基于训练序列的传统同步算法

3.4改进的同步算法

3.5同步算法的仿真分析

3.6本章小结

第4章 OFDM信道估计算法设计

4.1引言

4.2基于导频的OFDM信道估计

4.3基于DFT的LS信道估计算法改进

4.4基于误码率的信道估计算法优化设计

4.5仿真结果与分析

4.6本章小结

第5章 OFDM电力线通信的设计与实现

5.1引言

5.2实验平台

5.3系统设计

5.4系统测试

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

声明

致谢