CN108600140B - 一种ofdm***中抗脉冲干扰的信道估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种OFDM***中抗脉冲干扰的信道估计方法，属于电力线通信技术领域。该方法首先利用非线性脉冲干扰消除技术对参考符号进行预处理，以获得较准确的初始信道估计，然后根据噪声的分布特性，利用拉依达准则和初始信道估计对预处理中产生的非线性失真和未得到抑制的脉冲干扰进行重构，将重构的干扰项从参考符号中剔除，最终获得高精确度的信道估计。本发明对基于置零的信道估计中引入的非线性失真和没有得到抑制的脉冲干扰进行了较为彻底的消除，在各种脉冲干扰出现概率和各种脉冲干扰强度下性能保持稳定，在大多数脉冲干扰环境下，本发明只需迭代2次或2次以内就可以达到与无脉冲干扰下信道估计相当的性能。

Description

一种OFDM***中抗脉冲干扰的信道估计方法
技术领域
本发明属于电力线通信技术领域，涉及一种OFDM***中抗脉冲干扰的信道估计方法。
背景技术
电力线通信(Power Line Communication,PLC)是指以电力线网络作为传输媒介进行数据传输的一种通信方式。由于电力线网络分布广，无需重新布线和维护方便等优点，近年来电力线通信被看成解决信息高速公路“最后一公里”问题的一种解决方案，成为了当前通信技术领域的研究热点。然而电力线最初并不是为数据传输而设计，利用它进行通信需要解决一系列问题，如脉冲干扰、频率选择性衰落等。正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing,OFDM)技术能够抵抗信道的频率选择性衰落，充分利用频带，可以在电力线信道带宽有限的情况下实现数据的高速传输，因此成为了当前PLC***调制解调方案的热门选择。PLC***传输信号的过程中因受电力线信道多径效应的影响，信号在接收端发生失真和畸变，需要利用信道估计的结果进行均衡才能实现信号的正确判决。然而电力线通信信道环境恶劣，存在突发脉冲干扰，其持续时间短、幅度高，OFDM解调后严重影响了几乎所有导频子载波上的数据，直接应用传统的信道估计算法如LS、LMMSE等，无法获得准确的信道估计，因此在基于OFDM的PLC***中实现抗脉冲干扰的信道估计十分关键。
置零法、限幅法以及两者结合的混合法是常用的非线性脉冲干扰消除方法，由于置零法在性能和复杂度之间取得了较好的折中，因此经常被用于抗脉冲干扰的信道估计中。然而置零法虽然简单，但是在消除脉冲干扰的同时引起了非线性失真，严重影响了信道估计的性能。此外该方法存在一个最优阈值，许多低于该阈值的脉冲干扰得不到抑制，导致脉冲干扰出现概率增加时性能急剧下降。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种OFDM***中抗脉冲干扰的信道估计方法，解决电力线通信***脉冲干扰下基于置零的信道估计产生非线性失真和脉冲干扰消除不彻底的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种OFDM***中抗脉冲干扰的信道估计方法，包括以下步骤：
S1：从基站接收信号并提取参考符号rn；
S2：对rn中幅度超过置零阈值T的样点进行置零处理得到
Figure BDA0001534149910000021
记录被置零的样点数目NI；
S3：对
Figure BDA0001534149910000022
进行OFDM解调变换到频域得到
Figure BDA0001534149910000023
S4：进行初始LS信道估计得到
Figure BDA0001534149910000024
S5：将LS估计结果变换到时域得到
Figure BDA0001534149910000025
循环前缀长度L以外的所有样点置零后得到
Figure BDA0001534149910000026
S6：将
Figure BDA0001534149910000027
变换回频域得到信道频率响应估计值
Figure BDA0001534149910000028
S7：将本地频域参考符号Xk与
Figure BDA0001534149910000029
NI/N相乘的结果从步骤S3中的
Figure BDA00015341499100000210
中减去得到
Figure BDA00015341499100000211
S8：将
Figure BDA00015341499100000212
变换到时域得到
Figure BDA00015341499100000213
然后利用拉依达准则筛选出步骤S2中置零处理引起的非线性失真和步骤S2中未得到处理的剩余脉冲干扰样点sn；
S9：对步骤S3中的
Figure BDA00015341499100000214
进行修复，即
Figure BDA00015341499100000215
S10：返回步骤S4进行迭代，迭代一定次数后最终输出信道频率响应估计值
Figure BDA00015341499100000216
本发明的有益效果在于：本发明对基于置零的信道估计中引入的非线性失真和没有得到抑制的脉冲干扰进行了较为彻底的消除，在各种脉冲干扰出现概率和各种脉冲干扰强度下性能保持稳定，在大多数脉冲干扰环境下，本发明只需迭代2次或2次以内就可以达到与无脉冲干扰下信道估计相当的性能。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为基于OFDM的PLC***框图；
图2为联合脉冲干扰消除与迭代信道估计框图；
图3为不同脉冲干扰出现概率下的误码性能曲线；
图4为不同脉冲干扰强度下的误码性能曲线；
图5为信道估计均方误差曲线；
图6为***误码率曲线。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
1.***模型
考虑如附图1所示的***模型。在发送端，信息比特经过卷积编码、交织和星座映射后得到调制符号Xk，然后分别映射到相应的子载波上进行OFDM调制得到基带发送信号xn，假设有N个子载波，则一个OFDM符号周期内的时域发送信号表示为
Figure BDA0001534149910000031
通过耦合器将基带发送信号耦合到电力线信道进行传输，接收端收到的信号表示为
Figure BDA0001534149910000032
其中hn为信道冲激响应，符号
Figure BDA0001534149910000039
表示卷积运算，ηn由背景噪声ωn和脉冲干扰In组成。在接收端接收到信号后，首先进行自动增益控制和同步，OFDM解调后进行信道估计，利用估计结果进行均衡，然后作与发送端相反的处理，最终输出原始信息比特。
为了分析脉冲干扰对PLC***信道估计的影响，假设背景噪声ωn为均值为0，方差为
Figure BDA00015341499100000310
的高斯白噪声，脉冲干扰采用伯努利-高斯模型，表示为
In＝bn·in (3)
其中in为均值为0，方差为
Figure BDA0001534149910000033
的高斯白噪声，bn为服从伯努利分布的随机过程，其概率密度分布为
Figure BDA0001534149910000034
其中p表示脉冲干扰出现的概率，此外定义信号功率与背景噪声功率比为
Figure BDA0001534149910000035
信号功率与脉冲干扰功率比为
Figure BDA0001534149910000036
信道频率响应表示为
Figure BDA0001534149910000037
其中Npath为多径数目，gi、di分别为第i条径的权重因子和长度，a0和a1为衰减参量，k0为衰减因子的指数，vp为电缆的相位速度。
2.联合脉冲干扰消除与迭代信道估计
1)从基站接收信号并提取参考符号rn，对幅值超过T的rn样点置零，并记录被置零样点的个数NI
Figure BDA0001534149910000038
其中T表示最优置零阈值，为
Figure BDA0001534149910000041
2)对
Figure BDA0001534149910000042
进行OFDM解调变换到频域得到
Figure BDA0001534149910000043
并进行初始LS信道估计
Figure BDA0001534149910000044
Figure BDA0001534149910000045
3)对
Figure BDA0001534149910000046
中循环前缀长度L以外的噪声样点进行处理
Figure BDA0001534149910000047
Figure BDA0001534149910000048
Figure BDA0001534149910000049
4)非线性失真和剩余脉冲干扰重构
Figure BDA00015341499100000410
Figure BDA00015341499100000411
根据拉依达准则，背景噪声的幅值|ωn|<(μ+3σω)的概率为99.74％，由于μ＝0，因此3σω可作为阈值对非线性失真分量和剩余脉冲干扰分量进行筛选，即
Figure BDA00015341499100000412
5)接收前导符号修复，即
Figure BDA00015341499100000413
6)返回步骤2进行迭代，迭代一定次数后最终输出
Figure BDA00015341499100000414
图2为联合脉冲干扰消除与迭代信道估计框图；图3为不同脉冲干扰出现概率下的误码性能曲线；图4为不同脉冲干扰强度下的误码性能曲线；图5为信道估计均方误差曲线；图6为***误码率曲线。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.一种OFDM***中抗脉冲干扰的信道估计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：从基站接收信号并提取参考符号rn；
S2：对rn中幅度超过置零阈值T的样点进行置零处理得到
Figure FDA0001534149900000011
记录被置零的样点数目NI；
S3：对
Figure FDA0001534149900000012
进行OFDM解调变换到频域得到
Figure FDA0001534149900000013
S4：进行初始LS信道估计得到
Figure FDA0001534149900000014
S5：将LS估计结果变换到时域得到
Figure FDA0001534149900000015
循环前缀长度L以外的所有样点置零后得到
Figure FDA0001534149900000016
S6：将
Figure FDA0001534149900000017
变换回频域得到信道频率响应估计值
Figure FDA0001534149900000018
S7：将本地频域参考符号Xk与
Figure FDA0001534149900000019
NI/N相乘的结果从步骤S3中的
Figure FDA00015341499000000110
中减去得到
Figure FDA00015341499000000111
S8：将
Figure FDA00015341499000000112
变换到时域得到
Figure FDA00015341499000000113
然后利用拉依达准则筛选出步骤S2中置零处理引起的非线性失真和步骤S2中未得到处理的剩余脉冲干扰样点sn；
S9：对步骤S3中的
Figure FDA00015341499000000114
进行修复，即
Figure FDA00015341499000000115
S10：返回步骤S4进行迭代，迭代一定次数后最终输出信道频率响应估计值
Figure FDA00015341499000000116
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