一种电力线宽带载波系统采样频偏的估计方法
目录
1. 前言
2. 网络结构和帧结构
3. 基于信标帧的采样频偏估计基本原理
1. 前言
国家电网的低压电力线宽带载波系统简称为HPLC。HPLC的数据部分采用OFDM方式，采样频偏对于HPLC通信性能有严重影响。本文讨论一种基于信标帧的采样频偏的估计方法（基本原理）。
2. 网络结构和帧结构
如图1 所示，HPLC 系统通常形成以中心节点（CCO）为中心，以代理节点（PCO）为中继代理，连接所有站点（STA）的多级关联的树形网络。
图 1 电力线通信网络示意图
HPLC 网络采用TDMA 和CSMA 相结合的信道访问机制来共享电力线信道，CCO 通过周期性地发送信标帧来规划TDMA 和CSMA 时隙，这些时隙的时间基准都基于CCO 的NTB 计时器，同时网络中各节点都会维护一个本地NTB 计时器，其计时器的频率和绝对值上与CCO NTB 保持同步，以此为基准，解析CCO 的时隙分配，从而达到全网站点对时隙分配的统一理解和使用，最终形成一个基于CCO NTB的同步网络。
信标帧结构如下所示：
图 2 信标帧结构
由信标帧结构可知，NTB除了用于网络同步外，还可用物理层的频率与时钟同步。在[3]中定义的“（测试项目3）2.3 抗频偏性能测试”的测试流程中有以下步骤。
这也提示了信标帧的确是(可)用于时钟同步的。
3. 基于信标帧的采样频偏估计基本原理
基于CCO的信标帧中携带的信标时间戳，通过对比相邻的信标帧中的时间戳之差，以及本地的两个信标帧的接收时间之差，STA可以计算出本地采样时钟频率与CCO的基准采样时钟频率之间的频率偏差。其基本原理如下：
图 3 基于信标帧时间戳的SFO估计原理示意图
如上图所示，发端发送两个带时间戳的信标帧，接收端接收到这两个信标帧并提取其中的时间戳。如果发送端和接收端位置都是固定不变的（或者至少相对位置是不变的），发送端所看到的两个帧发送的物理时间差和接收端所看到的两个帧接收的物理时间差应该是完全相同的，即：
但是收发两端是分别基于各自的本地时钟进行计时的，信标帧中携带的时间戳是基于发动本地时钟对发送时刻的计时值，而接收时刻则是基于接收本地时钟所得的计时值。由于收发本地时钟频率不同，因此收发两端所得到的计时时间差是不同的。注意，这里只需要关心计时时间差，因为收发两端可能不是同时启动计时，因此计时的绝对值之间进行比较没有意义（当然也可以通过校准使得收发双方的计时绝对值）也保持基本“一致”。
以发端为基准，假定发送端基准时钟频率为 ，接收端基准时钟频率为 。则以上两帧发送的物理时间差 在发端和收端体现的计数值分别为：
由此可以得到接收端相比发送端的时钟频率偏差（ppm单位）为：
接收端从前后两个信标帧中提取的时间戳的差即为 ， 为接收端本地测量的两个帧的接收时刻的差。
[Reference]
[1] 周春良等. "一种电力线通信采样频偏的估计与补偿方法." 电子设计工程 v.28; No.17(2020):138-143.
[2] 低压电力线宽带载波互联互通测试系统测试用例
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