电力线通信的帧前导结构设计方法及同步检测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种电力线通信的帧前导结构编码设计方法，使得前导部分的结构设计中引入了多种编码模式，每种编码模式携带唯一的位置信息。本发明专利技术还提供了基于这种帧前导结构编码设计方法的同步检测方法和装置，通过对预定长度的互相关峰值序列进行取符号和编码，得到峰值序列结构码，根据有效结构码对应的唯一的同步位置信息来确定帧同步的位置。本发明专利技术的有益效果在于，不用检测到前导部分的末尾就能确定同步位置，并且可以通过多种位置信息综合判断以提高检测的精确性，大大增强了同步检测的鲁棒性和检测速度。

【技术实现步骤摘要】
电力线通信的帧前导结构设计方法及同步检测方法和装置
本专利技术涉及电力线通信，特别涉及窄带电力线通信的帧结构以及信号检测和同步。
技术介绍
前导是帧结构中的重要组成部分，是为实现信号检测、同步、自动增益控制及信道估计等多种功能而设计，而正确的信号检测和同步是实现其它功能的基础。OFDM系统前导通常设计一系列重复的单元符号，籍此提供数据之间相关性，以便于接收机的识别，单元符号重复的模式直接影响信号检测和同步算法的设计。窄带电力线载波通信G3-PLC标准使用OFDM通信方式，如图1所示，其帧结构包括前导部分、帧控制头部分(FCH)和数据部分。前导部分依次由8个完全相同的基本符号单元(SYNCP)和1.5个与SYNCP相位相反的反相符号单元(SYNCM)组成。该基本单元由具有良好相关特性的随机序列构成，如Zad-offChu序列，其长度均为256个采样点。在接收器端，相位信息可通过相关检测法提取,并用于帧同步，理想情况下，反相信息对应延迟自相关函数的谷值点，为负数，对应本地互相关的负向峰值点。如图2b所示,帧同步过程确定前导部分的结束位置或数据部分的起始位置。如果将前导部分的SYNCP相位信息描述为“1”、相位差为π的SYNCM的反相信息描述为“0”，则前导部分的基本结构可用码长为9的序二进制列“111111110”(最后0.5个SYNCM未示出)抽象表示，而在G3标准中决定帧同步位置的只有最后两位，如果检测不执行到前导的结束位置，或者最后一位出现错误，就不能获得帧同步信息，显然，因为该编码仅携带唯一的位置信息，编码的脆弱性较大。实际通信时，电力线中存在多种脉冲干扰，有的脉冲干扰的幅度较大，甚至持续相当长的时间，并呈现一定的周期性。如果干扰刚好位于SYNCM的位置，影响到互相关峰值的判断,则该受干扰帧的帧同步过程可能就会失败,在帧同步过程之前所做的所有工作也不得不丢弃。另外，由于该同步识别点位于且仅位于一帧中前导部分的最后，如果检测不执行到前导的结束位置，就不能获得同步信息。因此这种帧结构导致的同步检测时间较长。ITU-TG.hnem标准针对电力线通信的FCC频段做了改进，如图3所示，其帧结构中引入两个新的连续信道估计CES符号单元，以为SYNCM提供保护。其第一个CES与SYNCM相同，第二个CES与SYNCP相同。这种模式保证即使当脉冲噪声持续时间达到1/4工频周期时，仍有至少一个SYNCM能够正确检测。但当噪声持续时间较长时，这种帧结构依然难以保证接收端帧同步的成功。分析现有技术，其导致同步丢失或不准确的一个重要原因是前导部分的结构设计简单，提供的信息有限，且易受干扰，脆弱性较大，不论是G3-PLC标准的一个反相识别点还是ITU-TG.hnem标准的两个反相识别点，一旦这些识别点受到干扰，就会很难进行帧同步检测或造成帧同步检测不准。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术基于编码模式的思想改进了同步检测方法和装置以及前导部分的结构设计，在前导部分的结构设计中引入了多种编码模式，携带多种位置信息，并将同步问题转化为对特定结构模式的搜索，检测到任意一个编码模式即可预测帧同步位置，不需要检测一定执行到前导部分的结束位置，并可通过多种位置信息综合判断以提高检测的精确性，大大增强了同步检测的鲁棒性。本专利技术提供了一种电力线通信的帧前导结构设计方法，所述帧包括前导部分、帧控制头部分和数据部分，所述前导部分包括基本符号单元和与所述基本符号单元相位相反的反相符号单元，所述基本符号单元由具有预定互相关特性的随机序列构成，在所述前导部分包括的x个符号单元中，每L个相邻的符号单元构成的符号单元组的相位组成结构均互不相同，其中L＜x。优选地，所述L取值为3，x取值为9.5，每个所述符号单元组的所述相位组成结构phase_structj如下：其中，“1”表示所述基本符号单元的相位，即正相相位，“0”表示所述反相符号单元的相位，即反相相位。本专利技术还提供了一种基于上述帧前导结构设计方法的电力线通信的同步检测方法，该方法包括：S1.每接收到信号的一个采样点，对缓存的信号序列计算本地互相关函数，并根据接收信号的功率和所述本地互相关函数计算判决函数，并将所述判决函数缓存至第一缓存区，所述第一缓存区的缓存窗口长度为一个所述基本符号单元的长度W；S2.对所述判决函数进行峰值搜索和降采样抽取以得到峰值的符号结果，并记录该峰值的对应位置，所述降采样的抽取间隔为W；S3.将所述符号结果缓存至第三缓存区，所述第三缓存区的缓存窗口长度为L；S4.取所述第三缓存区内的L个所述符号结果形成符号序列，对所述符号序列进行编码，得到峰值序列结构码；S5.根据预先存储的前导结构编码模式表，对所述峰值序列结构码进行匹配查找，以获得所述峰值序列结构码的位置信息，所述前导结构编码模式表为各个前导结构编码模式及其与同步位置的距离之间的对应关系表。进一步地，步骤S2具体包括：S21.比较当前的所述判决函数是否大于第一阈值或小于第二阈值，所述第二阈值为负值，得到比较结果，当所述判决函数大于所述第一阈值时，所述比较结果为“1”，当所述判决函数小于所述第二阈值时，所述比较结果为“-1”，其他情况时，所述比较结果为“0”；S22.判断当前的所述判决函数是否满足峰值条件，如果满足峰值条件则执行步骤S23，否则执行步骤S24；S23.如果之前未检测到有效峰值，则初始化长度计数，如果之前已检测到有效峰值，则更新长度计数；S24.如果之前未检测到有效峰值，则返回步骤S1，如果之前已检测到有效峰值，则更新长度计数；S25.当判定长度计数满足k*W±Δ条件时，将步骤S21中得到的所述比较结果缓存至所述第二缓存区，所述第二缓存区的缓存窗口长度为2Δ，其中，Δ为检测峰值位置的容差，k＝1,2,3,...；S26.当所述第二缓存区满时，搜索所述第二缓存区或所述第一缓存区，输出一个符号结果并清空所述第二缓存区。进一步地，所述符号结果具体为：当搜索到正向峰值时所述符号结果为“1”，当搜索到负向峰值时所述符号结果为“-1”，当未搜索到峰值时所述符号结果为“0”。进一步地，步骤S4中的编码过程为：当所述符号序列中不包含“0”时，将所述符号序列中的各个符号映射为二进制比特，具体为，“1”映射为“1”，“-1”映射为“0”；当所述符号序列中包含“0”时，将当前的所述符号序列映射为无效的编码。进一步地，在步骤S5之后还包括：S6.如果在步骤S5中查找到与所述峰值序列结构码匹配且有效的前导结构编码模式，则执行步骤S7，否则返回执行步骤S1；S7.根据步骤S2中记录的所述各峰值的对应位置，选择误差小于预定阈值的峰值，以得到当前的所述符号序列的同步位置；S8.重复执行步骤S1至S7至预定次数，根据N次执行步骤S7中得到的N个同步位置，来确定最终的帧同步位置。优选地，步骤S25还包括：当所述判决函数满足峰值条件且长度计数不满足k*W±Δ条件时，清空所述第二缓存区并初始化长度计数，返回步骤S1。优选地，在步骤S1之前还包括：S0.根据如下公式，获取接收的信号采样点rn的符号sn并缓存为所述信号序列，其缓存窗口长度为W，在步骤S1中，所述本地互相关函数Cn根据如下公式计算：其中，Sn为基本符号单元的本地序列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力线通信的帧前导结构设计方法，所述帧包括前导部分、帧控制头部分和数据部分，所述前导部分包括基本符号单元和与所述基本符号单元相位相反的反相符号单元，所述基本符号单元由具有预定互相关特性的随机序列构成，其特征在于，在所述前导部分包括的x个符号单元中，每l个相邻的符号单元构成的符号单元组的相位组成结构均互不相同，其中l

【技术特征摘要】
1.一种电力线通信的同步检测方法，该方法基于如下的电力线通信的帧结构：该帧结构包括前导部分、帧控制头部分和数据部分，所述前导部分包括基本符号单元和与所述基本符号单元相位相反的反相符号单元，所述基本符号单元由具有预定互相关特性的随机序列构成，在所述前导部分包括的x个符号单元中，每L个相邻的符号单元构成的符号单元组的相位组成结构均互不相同，其中L＜x，该方法包括：S1.每接收到信号的一个采样点，对缓存的信号序列计算本地互相关函数，并根据接收信号的功率和所述本地互相关函数计算判决函数，并将所述判决函数缓存至第一缓存区，所述第一缓存区的缓存窗口长度为一个所述基本符号单元的长度W；S2.对所述判决函数进行峰值搜索和降采样抽取以得到峰值的符号结果，并记录该峰值的对应位置，所述降采样的抽取间隔为W；S3.将所述符号结果缓存至第三缓存区，所述第三缓存区的缓存窗口长度为L；S4.取所述第三缓存区内的L个所述符号结果形成符号序列，对所述符号序列进行编码，得到峰值序列结构码；S5.根据预先存储的前导结构编码模式表，对所述峰值序列结构码进行匹配查找，以获得所述峰值序列结构码的位置信息，所述前导结构编码模式表为各个前导结构编码模式及其与同步位置的距离之间的对应关系表。2.根据权利要求1所述的电力线通信的同步检测方法，其特征在于，步骤S2具体包括：S21.比较当前的所述判决函数是否大于第一阈值或小于第二阈值，所述第二阈值为负值，得到比较结果，当所述判决函数大于所述第一阈值时，所述比较结果为“1”，当所述判决函数小于所述第二阈值时，所述比较结果为“-1”，其他情况时，所述比较结果为“0”；S22.判断当前的所述判决函数是否满足峰值条件，如果满足峰值条件则执行步骤S23，否则执行步骤S24；S23.如果之前未检测到有效峰值，则初始化长度计数，如果之前已检测到有效峰值，则更新长度计数；S24.如果之前未检测到有效峰值，则返回步骤S1，如果之前已检测到有效峰值，则更新长度计数；S25.当判定长度计数满足k*W±Δ条件时，将步骤S21中得到的所述比较结果缓存至第二缓存区，所述第二缓存区的缓存窗口长度为2Δ，其中，Δ为检测峰值位置的容差，k＝1,2,3,...；S26.当所述第二缓存区满时，搜索所述第二缓存区或所述第一缓存区，输出一个符号结果并清空所述第二缓存区。3.根据权利要求1所述的电力线通信的同步检测方法，其特征在于，所述符号结果具体为：当搜索到正向峰值时所述符号结果为“1”，当搜索到负向峰值时所述符号结果为“-1”，当未搜索到峰值时所述符号结果为“0”。4.根据权利要求1所述的电力线通信的同步检测方法，其特征在于，步骤S4中的编码过程为：当所述符号序列中不包含“0”时，将所述符号序列中的各个符号映射为二进制比特，具体为，“1”映射为“1”，“-1”映射为“0”；当所述符号序列中包含“0”时，将当前的所述符号序列映射为无效的编码。5.根据权利要求1所述的电力线通信的同步检测方法，其特征在于，在步骤S5之后还包括：S6.如果在步骤S5中查找到与所述峰值序列结构码匹配且有效的前导结构编码模式，则执行步骤S7，否则返回执行步骤S1；S7.根据步骤S2中记录的所述各峰值的对应位置，选择误差小于预定阈值的峰值，以得到当前的所述符号序列的同步位置；S8.重复执行步骤S1至S7至预定次数，根据N次执行步骤S7中得到的N个同步位置，来确定最终的帧同步位置。6.根据权利要求2所述的电力线通信的同步检测方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹汝泼，王红美，
申请(专利权)人：上海贝岭股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31