基于OFDM系统低压电力线载波通信的信道估计算法研究

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电力线载波通信(Power Line Communication, PLC)[1-2]是以电力线传输信号的电力系统通信,电力线本身的特点是可以遍布到千家万户,因此不需要重新布线,使用电力线进行通信可以大大的降低成本,因此受到人们的青睐,并随着技术水平的不断增加,其通信性能得到了很大方面的提升,因而受到了智能配电网通信的青睐。电力线是专门为传输电能而设计的,因而当使用电力线载波信道进行数据通信时信道环境比较恶劣,从而限制了电力线通信的质量。随着技术水平的不断发展,人们对数据传输速率的要求也在不断增加,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)[3-4]是一种高速数据传输技术,满足了人们对高速数据传输的要求。OFDM系统中各子载波间相互正交,可以减小或者消除码间串扰,因而降低了信道的频率选择性衰落,OFDM系统比较适用于恶劣的环境中。为了使信号在接收端可以完全分离,OFDM要求各子载波间要完全正交。为了使系统可以免除多径衰落效应的影响,实现系统性能的最佳效果,就需要我们可以对信道的响应变化进行追踪,信道估计就是一种比较理想的追踪信道响应变化的方法,OFDM系统的性能也直接受到信道估计方法精确程度的影响。传统的信道估计算法一般都需要预知信道的统计信息,LS算法虽不需要预知信道的统计特性但对噪声比较敏感,容易受到噪声的干扰。基于传统的信道估计算法复杂度较高和需要预先知道信道的统计信息的问题,本文提出了一种改进的算法,该算法避免了预先知道信道的统计信息,实则上本文算法也是对LS算法的一种优化,具体的操作过程如:在信号的发送端通过对频域信号插入导频,在接收端先利用LS算法估计出时域信道的脉冲响应,我们知道信道的能量主要集中前L径信道。基于此本文采用了两种方法估计出时域信道的噪声方差和信噪比,通过噪声方差和信噪比估计出信道的时域响应,频域响应可以通过快速傅里叶变换进行得到。本文改进的LMMSE算法避免了预先知道信道的统计信息,也避免了求解自相关矩阵及其逆矩阵,算法的复杂度得到了有效的降低。全文内容包括如下几个部分:第一章,简单的介绍了在智能配电网的发展过程中电力线载波通信具备了独特的功能和优势并对信道估计算法在国内外的发展趋势进行了简单的介绍;第二章,对低压电力线信道的信道特性进行简单的分析,并对在此特性的基础上建立的低压电力线信道模型进行了简单的分析;第三章,对OFDM系统模型、导频图案和导频点处的几种信道估计算法进行简单的介绍;第四章,提出一种改进的LMMSE信道估计算法,并对改进的算法进行了描述和仿真分析;第五章,本章的系统模型和计算信噪比的方法与第四章有所不同,提出了一种快速LMMSE信道估计算法,针对该算法的系统模型和算法复杂度进行了详尽的分析,并针对算法性能和复杂度进行了仿真分析;第六章,总结与展望。
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