低压电力线OFDM载波通信系统定时同步新方法.pdf

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1、第14卷第7期2014年3月科学技术与工程V0L14No．7Mar．20141671—1815(2o14)07—0186—05ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．机电技术低压电力线OFDM载波通信系统定时同步新方法孙丽君郭禧斌(河南工业大学电气工程学院，郑州450001)摘要在低压电力线OFDM载波通信系统中，符号定时偏差和载波频率偏差会产生符号间干扰(ISI)和信道间干扰(ICI)，降低OFDM系统性能，所以同步技术至关重要。提出了一种新的定时同步方法，来实现准确的定时同步。分析了传统算法Schmidl&Cox算法、M

2、inn算法的优缺点，在此基础上，提出基于Minn算法的改进算法。并对比分析了Schmidl&Cox算法、Minn算法和改进新算法在PLC通信系统的定时同步特性。仿真结果表明采用新算法准确度高，稳定性强，是一种有效的基于OFDM的PLC通信系统定时同步方法。关键词低压电力线载波通信正交频分复用定时同步Minn算法中图法分类号TM919；文献标志码A电力线通信PLC(powerlinecommunication)是快速可靠的同步方案对系统的通信性能至关重指利用电力线传输数据和话音等信号的通信方式。要。由于OFDM系统对同步误差十分敏感，所以载电力线通信具有覆盖范围广，一线两用等优点，成为波

3、频率偏差产生子信道问串扰(ICI)；定时偏差引入近年来研究的热点j。220V／380V低压配电网是ISI_5J。在符号问插入带循环前缀的保护间隔(GI)一个多分支拓扑结构的复杂网络。信号在PLC网络传输过程中，传输阻抗不匹配会引起信号反射，信电力线通信网络中，符号定时同步的精确度对信道号到达接收端不同步从而产生多径效应，造成时问时延扩展的敏感度影响很大，因此，应当选择合适的弥散性和频率选择性衰落J。同时，多路传输带来的时延扩展产生符号间干扰(ISI)。此外，由于低压配电网噪声成分复杂，负荷的不确定性，具有一定的非平稳特性I4J。由于低压电力线信道传输环境恶劣，信号衰减大，干扰特性强，以

4、及时变性大，从而造成电力线上突发干扰影响严重，制约了低压电力线审载波技术的发展。正交频分复用(OFDM)是一种多载波调制技术，其原理是将高速的串行码流转换成低速的并行码流，再分别调制到不同中心频率且相图1低压电力线OFDM载波通信系统互正交的子载波上，从而实现数据的并行传输。当转换成并行码流时，码元周期变长，当码元周期远大1低压电力线oFDM载波通信系统于信道的时延扩展时，信号的带宽也就小于信道的相干带宽，即避免了码问干扰(ISI)。因此，OFDM如图1所示的PLC系统中。发送的信息经过编码、映射后进行串并转换，将串行的数据流转换成技术可以有效克服低压电力线信道多径传输效应和频率选择性

5、衰落特性的影响，实现数据高速传输。Ⅳ路并行的数据流，并通过IFFT变换将～路并行的数据流调制到N个正交的子载波上，然后进行并串2013年9月26日收到，10月30日修改转换、形成一个OFDM符号。形成的OFDM符号即第一作者简介：孙丽君(1968一)，女，博士，教授，硕士生导师。研究可经数模转换、上变频完成发射，放大耦合通过低压方向：信号与信息处理，电力系统通信研究。E—mail：186237182561配电网输送到接收端。接收端所进行的操作基本与jsun@haut．edu．cn。发射端相反，不同的是要先进行同步，并在此过程中通信作者简介：郭禧斌。E-mail：664844977@qq

6、．corn。要加入信道估计与均衡。7期孙丽君，等：低压电力线OFDM载波通信系统定时同步新方法1872低压电力线信道噪声特性、l弋』、＼噪声干扰对OFDM系统定时同步有很大影响，j土时测唐台＼因此需要对电力线信道噪声进行分析。低压电力线＼l1通信信道噪声可分为稳态背景噪声，窄带干扰噪声，』j突发性噪声和周期脉冲噪声。背景噪声分布在整个j＼／1l通信频带，低压电网上高斯白噪声可达22dB以上。r＼1突发性噪声是由用电设备的随机接入或断开而产、I生。研究表明，脉冲干扰对低压电力线载波通信的质量影响最大。脉冲干扰的强度最大可达40定时偏差(样值数)dB_o。噪声特点如表(1)。图2Schmi

7、dl＆Cox方法的定时测度表1噪声特点分析3．2Minn方法噪声特点噪声成因在文献[9，10]中，Minn提出一种新的算法。连续性在电力线上产生时不变但频谱很宽的连续噪声Minn算法的训练符号由4个参考符号组成。假设周期性墨竺声以交流电频率的整数倍出现第一个参考符号的长度为N／4，参考符号记为A，第多变性随着时间和地点的不同，噪声情况各不相同二个为A，第三、四个为一A，如式(3)所示：随机性鬟量很大的脉冲噪声群，持续短，能量集中S=[AA—A—