CN102938695A - 一种电力线载波通信系统的定时同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力线载波通信系统的定时同步方法，包括：计算电力线载波通信系统接收端信号的前导序列与自发送端发送到接收端的信号的互相关值xcorr，并在力线载波通信系统的接收端依次搜索每个接收端信号的互相关值xcorr，然后确定最前面两个前导序列的位置P1；计算电力线载波通信系统接收端信号的前导序列与自发送端发送到接收端的信号的符号互相关值xcorr_sign，并在力线载波通信系统的接收端依次搜索每个接收端信号的符号互相关值xcorr_sign，然后确定最前面两个前导序列的位置P2；比较两个位置P1和P2的大小关系，确定定时同步的位置。本发明可以有效地提高电力线载波通信系统对抗电力线信道强干扰和强衰减特性的能力，并提高系统性能。

Description

一种电力线载波通信系统的定时同步方法

技术领域

本发明涉及电力线载波通信系统在电力线信道下定时同步技术领域，尤其涉及一种电力线载波通信系统的定时同步方法。

背景技术

同步技术是任何一个通信系统都需要解决的实际问题，其性能直接关系到整个通信系统的性能。没有准确的同步，就不可能进行可靠的数据传输。具体说来，同步又可以分为定时同步、采样同步和载波同步。其中，定时同步的目的在于确定每个符号的起止时刻，进而实现快速同步；采样同步则是为了消除由于发送端和接收端采样带来的偏差；载波同步是为了确保相干解调时接收端采用的载波与发送端调制的载波同频同相。

在定时同步中，为了能在接收端准确地找到发送端所发送的信号的开始部分，很多通信系统都会在信号前面添加一串前导序列用来检测信号的到来。该前导序列对于接收端来说是已知的，因此，定时同步最常用的方法就是利用已知的前导序列和接收到的信号序列做本地相关。当发送的前导序列来临时，在接收端的本地相关就会有明显的峰值出现，接收端通过提前设定比较合理的定时同步阈值来找到并进一步确定前导序列的位置。

电力线信道是电力线载波通信系统的传输环境。虽然电力线载波通信系统可以完全复用现有的电力线网络而不需要额外的布网开销，但是电力线信道环境非常恶劣，很不适宜用来进行数据传输。信道的特征和参数不仅随着时间、频率发生变化，而且与其位置，甚至连入电力线网络的设备都有很大关系。目前国内外最常用的10kHz到200kHz频段更是易受干扰，除了表现为频率选择性衰落信道外，还会有有色背景噪声、来自时域和频域的脉冲噪声、窄带干扰和群延时等的干扰。

现有的定时同步方法以延时相关法和本地相关法为主，但是延时相关法的相关峰值具有平台效应，本地相关法虽然可以获得较为明显的相关峰值，但当电力线载波通信系统面临强噪声干扰和强衰减时，定时同步出现误判的概率增大，因此也不能应对电力线信道的恶劣环境。因此，传统的定时同步算法在电力线信道下将会出现由于无法对抗强干扰和强衰减而带来的互相关值的误判，进而造成定时同步误差，导致系统性能下降。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明针对电力线信道环境给OFDM电力线载波通信系统的定时同步带来的强干扰和强衰减，进而降低系统性能的问题，提供一种电力线载波通信系统的定时同步方法。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种电力线载波通信系统的定时同步方法，包括：

计算电力线载波通信系统接收端信号的前导序列与自发送端发送到接收端的信号的互相关值xcorr，并在力线载波通信系统的接收端依次搜索每个接收端信号的互相关值xcorr，然后确定最前面两个前导序列的位置P1；

计算电力线载波通信系统接收端信号的前导序列与自发送端发送到接收端的信号的符号互相关值xcorr_sign，并在力线载波通信系统的接收端依次搜索每个接收端信号的符号互相关值xcorr_sign，然后确定最前面两个前导序列的位置P2；

比较两个位置P1和P2的大小关系，确定定时同步的位置。

上述方案中，所述电力线载波通信系统接收端信号的前导序列与自发送端发送到接收端的信号的互相关值xcorr，是将接收端已知的前导序列与接收端接收到的信号进行本地相关的计算结果，该接收端接收到的信号为发送端发送的实际信号经过多条径道传输后多个信号的叠加。所述将接收端已知的前导序列与接收端接收到的信号进行本地相关，采用以下公式实现：

$\mathrm{xcorr}\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n+k}\mathrm{conj}\left(\mathrm{preamble}\right)$

其中，xcorr(n)为本地相关值的第n个取值，r_n+k为接收到信号的第n+k个子载波，preamble为前导序列，conj(·)表示共轭变换，N为前导序列长度，n为接收端收到的信号长度，k取值范围为0～N-1。

上述方案中，所述电力线载波通信系统接收端信号的前导序列与自发送端发送到接收端的信号的符号互相关值xcorr_sign，是将接收端已知的前导序列的符号与接收端接收到的信号的符号进行本地相关的计算结果，该接收端接收到的信号为发送端发送的实际信号经过多条径道传输后多个信号的叠加。所述将接收端已知的前导序列的符号与接收端接收到的信号的符号进行本地相关，采用以下公式实现：

$\mathrm{xcorr}\_\mathrm{sign}\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{sign}\_r_{n+k}\mathrm{conj}(\mathrm{sign}\_p)$

其中，xcorr_sign(n)为符号相关值的第n个取值，sign_r_n+k为接收到信号的第n+k个子载波，sign_p为前导序列的符号，conj(·)表示共轭变换，N为前导序列长度，n为接收端收到的信号长度，k取值范围为0～N-1。

上述方案中，所述比较两个位置P1和P2的大小关系，确定定时同步的位置，包括：如果P1＞P2，则P＝P1；如果P1＜P2，则P＝P2；如果P1＝P2，则P＝P1＝P2。

上述方案中，所述比较两个位置P1和P2的大小关系，确定定时同步的位置，还包括：如果位置P1和P2两者中有一个不存在则取另一个存在的作为定时同步位置；如果位置P1和P2两者都不存在，则判定为虚假同步。

(三)有益效果

本发明所提出的电力线载波通信系统的定时同步方法，由于采用了本地相关和符号互相关作为定时同步的判断准则，所以能够提高电力线载波通信系统在电力线信道下的定时同步性能，提升其对抗强干扰和强衰减的能力，提高系统定时同步的准确性，进而提高系统性能。

附图说明

图1为依照本发明实施例的电力线载波通信系统的定时同步方法的流程图；

图2为依照本发明实施例的电力线载波通信系统的物理层帧的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，图1为根据本发明的电力线载波通信系统的定时同步方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤101：计算电力线载波通信系统接收端信号的前导序列与自发送端发送到接收端的信号的互相关值xcorr，并在力线载波通信系统的接收端依次搜索每个接收端信号的互相关值xcorr，然后确定最前面两个前导序列位置P1。

所述步骤101中电力线载波通信系统接收端信号的前导序列与自发送端发送到接收端的信号的互相关值，是指将接收端已知的前导序列与接收端接收到的信号进行本地相关的计算结果，所述接收端接收到的信号为发送端发送的实际信号经过多条径道传输后多个信号的叠加；此处进行本地相关的计算方法为：

$\mathrm{xcorr}\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n+k}\mathrm{conj}\left(\mathrm{preamble}\right)$

其中，xcorr(n)为本地相关值的第n个取值，r_n+k为接收到信号的第n+k个子载波，preamble为前导序列，conj(·)表示共轭变换，N为前导序列长度，n为接收端收到的信号长度，k取值范围为0～N-1。

步骤102：计算电力线载波通信系统接收端信号的前导序列与自发送端发送到接收端的信号的符号互相关值xcorr_sign，并在力线载波通信系统的接收端依次搜索每个接收端信号的符号互相关值xcorr_sign，然后确定最前面两个前导序列位置P2。

所述步骤102中电力线载波通信系统接收端信号的前导序列与自发送端发送到接收端的信号的符号互相关值，是指将接收端已知的前导序列的符号与接收端接收到的信号的符号进行本地相关的计算结果，所述接收端接收到的信号为发送端发送的实际信号经过多条径道传输后多个信号的叠加；此处进行符号本地相关的计算方法为：

$\mathrm{xcorr}\_\mathrm{sign}\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{sign}\_r_{n+k}\mathrm{conj}(\mathrm{sign}\_p)$

其中，xcorr_sign(n)为符号相关值的第n个取值，sign_r_n+k为接收到信号的第n+k个子载波，sign_p为前导序列的符号，conj(·)表示共轭变换，N为前导序列长度，n为接收端收到的信号长度，k取值范围为0～N-1。

步骤103：比较步骤101和步骤102中找到的位置P1和P2，确定定时同步的位置P：如果P1＞P2，则P＝P1；如果P1＜P2，则P＝P2；如果P1＝P2，则P＝P1＝P2。

所述步骤103中比较步骤101和步骤102中计算的位置P1和P2是指根据步骤101和步骤102得到的位置确定定时同步位置，如果两者中有一个不存在则取另外一个作为定时同步位置，如果两个都不存在，则判定为虚假同步。

图2为根据本发明的电力线载波通信系统的物理层帧的结构示意图。如图2所示，前面为两个相同的前导序列，随后是传送控制信息的Header和传输发送的信息的Payload，每个Payload前面会插入一个前导序列，用来确定FFT的开窗位置。

基于图1提供的电力线载波通信系统的定时同步方法，以下结合一个具体的例子来详细说明该电力线载波通信系统的定时同步方法。设电力线载波通信系统中某次接收到的信号为r_n+k，按照本发明所提出的方法分别计算本地相关和符号互相关。

依次搜索接收端信号的互相关值xcorr并确定最前面两个前导序列位置P1为[510，1024]；

依次搜索接收端信号的符号互相关值xcorr_sign并确定最前面两个前导序列位置P2为[512，1023]；

按照步骤103所给出的方法对计算得到的位置P1和P2分别进行比较，可以得到最终的定时同步的位置P为[512，1024]。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电力线载波通信系统的定时同步方法，其特征在于，包括：

计算电力线载波通信系统接收端信号的前导序列与自发送端发送到接收端的信号的互相关值xcorr，并在力线载波通信系统的接收端依次搜索每个接收端信号的互相关值xcorr，然后确定最前面两个前导序列的位置P1；

计算电力线载波通信系统接收端信号的前导序列与自发送端发送到接收端的信号的符号互相关值xcorr_sign，并在力线载波通信系统的接收端依次搜索每个接收端信号的符号互相关值xcorr_sign，然后确定最前面两个前导序列的位置P2；

比较两个位置P1和P2的大小关系，确定定时同步的位置。

2.根据权利要求1所述的电力线载波通信系统的定时同步方法，其特征在于，所述电力线载波通信系统接收端信号的前导序列与自发送端发送到接收端的信号的互相关值xcorr，是将接收端已知的前导序列与接收端接收到的信号进行本地相关的计算结果，该接收端接收到的信号为发送端发送的实际信号经过多条径道传输后多个信号的叠加。

3.根据权利要求2所述的电力线载波通信系统的定时同步方法，其特征在于，所述将接收端已知的前导序列与接收端接收到的信号进行本地相关，采用以下公式实现：

$\mathrm{xcorr}\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{n+k}\mathrm{conj}\left(\mathrm{preamble}\right)$

其中，xcorr(n)为本地相关值的第n个取值，r_n+k为接收到信号的第n+k个子载波，preamble为前导序列，conj(·)表示共轭变换，N为前导序列长度，n为接收端收到的信号长度，k取值范围为0～N-1。

4.根据权利要求1所述的电力线载波通信系统的定时同步方法，其特征在于，所述电力线载波通信系统接收端信号的前导序列与自发送端发送到接收端的信号的符号互相关值xcorr_sign，是将接收端已知的前导序列的符号与接收端接收到的信号的符号进行本地相关的计算结果，该接收端接收到的信号为发送端发送的实际信号经过多条径道传输后多个信号的叠加。

5.根据权利要求4所述的电力线载波通信系统的定时同步方法，其特征在于，所述将接收端已知的前导序列的符号与接收端接收到的信号的符号进行本地相关，采用以下公式实现：

$\mathrm{xcorr}\_\mathrm{sign}\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{sign}\_r_{n+k}\mathrm{conj}(\mathrm{sign}\_p)$

其中，xcorr_sign(n)为符号相关值的第n个取值，sign_r_n+k为接收到信号的第n+k个子载波，sign_p为前导序列的符号，conj(·)表示共轭变换，N为前导序列长度，n为接收端收到的信号长度，k取值范围为0～N-1。

6.根据权利要求1所述的电力线载波通信系统的定时同步方法，其特征在于，所述比较两个位置P1和P2的大小关系，确定定时同步的位置，包括：

如果P1＞P2，则P＝P1；

如果P1＜P2，则P＝P2；

如果P1＝P2，则P＝P1＝P2。

7.根据权利要求6所述的电力线载波通信系统的定时同步方法，其特征在于，所述比较两个位置P1和P2的大小关系，确定定时同步的位置，还包括：

如果位置P1和P2两者中有一个不存在则取另一个存在的作为定时同步位置；如果位置P1和P2两者都不存在，则判定为虚假同步。

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