CN103684699B

CN103684699B - 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

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Publication number: CN103684699B
Application number: CN201310751098.XA
Authority: CN
Inventors: 尹汝泼; 王红美
Original assignee: Shanghai Beiling Co Ltd
Current assignee: Shanghai Beiling Co Ltd
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2033-12-31
Also published as: CN103684699A

Abstract

本发明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。

Description

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

技术领域

本发明涉及电力线通信，特别涉及窄带电力线通信的帧结构以及信号检测和同步。

背景技术

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-off Chu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-T G.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-T G.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。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明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。

本发明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_struct_j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。

本发明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r_n的符号s_n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C_n根据如下公式计算：

其中，S_n为基本符号单元的本地序列；

所述判决函数通过如下公式计算：

本发明还提供了一种电力线通信的同步检测装置，该装置包括依次连接的峰值检测器、符号检测器、峰值编码器、模式识别器，所述峰值检测器包括：计算单元，其配置为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并缓存判决函数，其缓存窗口长度为一个基本符号单元长度W；检测单元，其配置为对所述判决函数进行峰值搜索和降采样抽取以得到峰值及其对应位置，所述降采样的抽取间隔为W；所述符号检测器配置为获取该峰值的符号并缓存为符号序列，其缓存窗口长度为L；所述峰值编码器配置为对所述符号检测器缓存的所述符号序列进行编码，得到峰值序列结构码；所述模式识别器配置为根据预先存储的前导结构编码模式表，对所述峰值编码器输出的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，所述检测单元包括：比较单元，其配置为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”；峰值检测单元，其配置为判断当前的所述判决函数是否满足峰值条件，如果满足峰值条件且之前未检测到有效峰值，则初始化长度计数，如果满足峰值条件且之前已检测到有效峰值，则更新长度计数，如果不满足峰值条件且之前未检测到有效峰值，则通知所述计算单元对新的采样点进行计算，如果不满足峰值条件且之前已检测到有效峰值，则更新长度计数；判定单元，当判定长度计数满足k*W±Δ条件时，将所述比较单元得到的所述比较结果缓存至缓存区，其缓存窗口长度为2Δ，其中，Δ为检测峰值位置的容差，k＝1,2,3,...；峰值提取单元，当所述缓存区满时，搜索所述缓存区，输出一个峰值结果并清空所述缓存区。

进一步地，所述符号检测器具体配置为：如果所述检测单元搜索到正向峰值，则缓存的符号值为“1”；如果所述检测单元搜索到负向峰值，则缓存的符号值为“-1”；如果所述检测单元未搜索到峰值，则缓存的符号值为“0”；所述峰值编码器具体配置为：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，该装置还包括同步位置预测器，所述峰值检测器的输出端与所述同步位置检测器的输入端相连接，所述同步位置预测器配置为选择位置误差小于预定阈值的峰值，以得到所述符号序列的同步位置，以及根据多次执行得到的同步位置来确定最终的帧同步位置。

本发明提供的电力线通信的同步检测方法和装置，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和检测速度。

附图说明

图1为窄带电力线通信G3-PLC标准的帧结构；

图2a为窄带电力线通信G3-PLC标准的前导部分符号单元的相位示意图；

图2b为窄带电力线通信G3-PLC标准的前导部分的本地互相关函数的示意图；

图3为窄带电力线通信ITU-T G.hnem标准的帧结构；

图4a为本发明的电力线通信的帧前导结构设计方法的优选的实施方式的帧结构的前导部分的结构示意图；

图4b为图4a的符号单元的相位示意图；

图4c为图4a的判决函数的示意图；

图4d为图4c的峰值的符号映射为二进制比特及其与同步位置的距离示意图；

图5为本发明的电力线通信的同步检测方法的优选的实施方式的流程图；

图6为本发明的电力线通信的同步检测装置的优选的实施方式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的电力线通信的帧结构及其同步检测方法与装置作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。

本发明提供的帧前导结构设计方法，该数据帧包括前导部分、帧控制头部分和数据部分，前导部分包括基本符号单元(SYNCP)和与SYNCP相位相反的反相符号单元(SYNCM)，SYNCP和SYNCM均由具有良好互相关特性的长度为W的随机序列构成。在前导部分包括的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组成结构均互不相同，其中L＜x。

参照图4a，在该优选的实施方式中，x为9.5，L为3。即前导部分的结构为连续依次排列的3个SYNCP、1个SYNCM、1个SYNCP、3个SYNCM、1.5个SYNCP。图4b中用“+”号表示正相的SYNCP符号单元，“-”号表示反相的SYNCM符号单元。用本地互相关算法来进行帧同步过程时，即用本地基本符号单元S_n与接收的数据进行互相关运算并得到判决函数，理想情况下，判决函数的波形如图4c所示。对互相关函数的峰值取符号运算后，将得到与图4b相同的结果。由此可见，通过互相关函数的峰值，可以准确地获取前导部分的结构信息。

如图4d所示，对前导结构中的符号单元的相位信息进行量化，SYNCP量化的相位信息描述为“1”、SYNCM的反相信息描述为“0”，则本发明的前导部分的基本结构可用码长为10的序列“1110100011”(包括最后0.5个SYNCM)抽象表示。将其中每3个相邻的符号单元构成一个单元组，则每个单元组的符号序列分别为“111”、“110”、“101”、“010”、“100”、“000”、“001”、“011”，可以看出，每个单元组的组成结构均互不相同。把每个单元组的相位结构信息定义为一个编码模式(pattern)，则共存在8个pattern，如表1所示。

表1 前导结构编码模式表

编号j	pattern_j	当前位置	与同步位置的距离pattern_dist_j
				0	111	3	6.5
1	110	4	5.5
				2	101	5	4.5
3	010	6	3.5
				4	100	7	2.5
5	000	8	1.5
				6	001	9	0.5
7	011	Invalid	Invalid

参照表1和图4d，可以看出，每个pattern不仅唯一标识了当前的位置，而且能够根据当前位置和前导部分的长度，准确地预测前导部分结束的位置或数据符号开始的位置，即帧同步位置。因此，同步检测过程中接收端检测出表1中的任意一个pattern，均能快速地得到同步位置，从而不需要像现有技术那样，必须检测到前导部分的最后部分才能获得同步信息。

本发明提供的帧前导结构设计方法所得到的数据帧的前导结构，与G3-PLC标准的前导结构相比，在不改变其前导部分长度的同时，将符号单元的组成和排列方式做了改变，以此形成了一种特殊的前导结构，其隐含了可以标识同步位置信息的多个pattern。由于每个pattern的唯一性，使其可以用于基于本地互相关函数的信号检测及同步检测，即只要检测到任意一个有效的pattern，即可判断为检测到前导信号，即信号到达，相关峰值即为符号同步的边界点。同时，基于这种前导结构，帧同步检测过程可以从现有技术中的对前导部分结构编码中特定位的搜索，转化为对特定pattern的搜索。这种方法的信号检测及同步检测的时间由pattern编码的长度或pattern对应的符号单元的个数决定。进一步地，为了提高信号检测及同步检测效率，可以将信号检测过程和同步检测过程合并，即直接进行同步检测过程。

需要说明的是，由于最后一个SYNCP符号仅取一半的长度，即只有0.5个SYNCP，因此实际上pattern₇不能显式识别，在表中列出pattern₇显示出该前导结构码表的完备性。pattern₇可用来标识无效的峰值序列编码，比如峰值不连续或未检测到峰值的情况。

在该优选的实施方式中，仅给出了每个pattern码长为3的情况，实际上可以进一步扩展码长(即码长大于3)，其每个码字标识同步位置的唯一性仍将保持，因此也可作为pattern定义的一种选择。但是码字的长度增大时，pattern的检测时间也相应的增长。在实际应用中，需要在同步检测精度和检测时间中权衡考虑，来定夺每个pattern的长度。

如图5所示，本发明提供的电力线通信的同步检测方法，包括如下步骤：

步骤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C_n，并根据接收信号的功率和本地互相关函数C_n计算并缓存判决函数M_n，其缓存窗口长度为W。

本地互相关函数C_n的计算为将缓存的接收信号序列r_n与本地基本符号单元S_n做互相关运算：

接收信号的功率为：

本地序列的能量为：

从而得到判决函数M_n为：

为了简化计算，提高检测效率，优选地，在计算本地互相关函数C_n时不使用原始的接收数据r_n而只使用其符号序列s_n。为此，在步骤S1之前还包括：

步骤S0：根据如下公式，获取接收的信号采样点r_n的符号s_n并缓存，其缓存窗口长度为W，

相应地，步骤S1中本地互相关函数C_n的计算为：

步骤S2：对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peak_pos_i，降采样的抽取间隔为W。具体包括：S21.比较当前的判决函数是否大于第一阈值或小于第二阈值，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，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.当第二缓存区满时，搜索第二缓存区或第一缓存区，输出一个符号结果并清空第二缓存区。

步骤S3：将符号结果依次缓存至第三缓存区，第三缓存区的缓存窗口长度为L。如果搜索到正向峰值，则缓存的符号值为“1”，如果搜索到负向峰值，则缓存的符号值为“-1”，如果未搜索到峰值，则缓存的符号值为“0”。

步骤S4：取第三缓存区内的L个符号结果形成符号序列，对符号序列进行编码，得到峰值序列结构码。当符号序列中不包含“0”时，将符号序列中的各个符号映射为二进制比特，即“1”映射为“1”，“-1”映射为“0”；当符号序列中包含“0”时，将当前的符号序列映射为无效的编码。其中，无效的编码可以是表1中的pattern₇，也可以是其他的无效码字。

步骤S5：根据预先存储的前导结构编码模式表，例如表1，对峰值序列结构码进行匹配查找，即搜索与峰值序列结构码相同的pattern及该pattern对应的位置信息，即与同步位置的距离pattern_dist_j。

步骤S6：如果在步骤S5中查找到与峰值序列结构码相同的有效的pattern，则执行步骤S7；如果未查找到相同的pattern，或者查找到的相同的pattern为无效值，例如表1中的pattern₇，则当前的峰值序列不能确定同步位置信息，可返回步骤S1继续下一个采样点的检测。

步骤S7：根据步骤S2中记录的各峰值的对应位置peak_pos_i，选择误差小于预定阈值的峰值，以得到当前的符号序列的同步位置pattern_sy。n

选择误差小于预定阈值的峰值一种可选的方案为，选择相邻位置之间的距离最接近SYNCP的长度W的峰值。先通过如下公式确定相邻的峰值之间的距离peak_pos_dist_i：

peak_pos_dist_i＝peak_pos_i+1-peak_pos_i,i＝0,1,..,L-2

然后求得其中表示对括号内的L个值取最小值的运算，并将满足条件的i值记为q，再通过如下公式计算同步位置pattern_syn：

pattern_syn＝peak_pos_dist_q+(L-1-q)·W+pattern_dist_j

另一种可选的方案为，将L个峰值的位置做平均，以降低每个位置的误差幅度，用平均的位置参与同步位置pattern_syn的计算：

其中，round(·)表示对括号内的数取四舍五入的运算。

可以理解的是，在计算同步位置pattern_syn时，可以还依照其他的策略对相邻位置之间的距离进行筛选或平均，不限于本实施方式中提出的以上两种方案。

为了提高检测精度，可以增加对pattern的检测次数，把多次检测的位置结果进行平均。为此，本发明的同步检测方法还包括：

步骤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。

例如，每次的有效同步位置记为pattern_syn_p，则最终的同步位置pattern_syn_final为：

这些有效的同步位置pattern_syn_p可以是连续的，也可以是不连续的，不影响同步检测结果的可靠性。

综上所述，基于本发明的电力线通信的帧结构的同步检测方法，对比于现有技术，其检测的鲁棒性大大增强。

如图6所示，本发明的电力线通信的同步检测装置包括依次连接的峰值检测器、符号检测器、峰值编码器、模式识别器以及同步位置预测器，并且，峰值检测器的输出端与同步位置检测器的输入端相连。

峰值检测器包括计算单元和检测单元：

计算单元，其配置为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本地互相关函数计算并缓存判决函数，其缓存窗口长度为一个基本符号单元长度W。

检测单元，其配置为对判决函数进行峰值搜索和降采样抽取以得到峰值及其对应位置，降采样的抽取间隔为W。检测单元包括：比较单元，其配置为比较当前的判决函数是否大于第一阈值或小于第二阈值，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”；峰值检测单元，其配置为判断当前的判决函数是否满足峰值条件，如果满足峰值条件且之前未检测到有效峰值，则初始化长度计数，如果满足峰值条件且之前已检测到有效峰值，则更新长度计数，如果不满足峰值条件且之前未检测到有效峰值，则通知所述计算单元对新的采样点进行计算，如果不满足峰值条件且之前已检测到有效峰值，则更新长度计数；判定单元，当判定长度计数满足k*W±Δ条件时，将所述比较单元得到的所述比较结果缓存至缓存区，其缓存窗口长度为2Δ，其中，Δ为检测峰值位置的容差，k＝1,2,3,...；峰值提取单元，当缓存区满时，搜索缓存区，输出一个峰值结果并清空缓存区。

符号检测器配置为获取该峰值的符号并缓存为符号序列，其缓存窗口长度为L。其具体配置为：如果检测单元搜索到正向峰值，则缓存的符号值为“1”；如果检测单元搜索到负向峰值，则缓存的符号值为“-1”；如果检测单元未搜索到峰值，则缓存的符号值为“0”。

峰值编码器配置为对符号检测器缓存的符号序列进行编码，得到峰值序列结构码。其具体配置为：当符号序列中不包含“0”时，将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”；当符号序列中包含“0”时，将当前的符号序列映射为无效的编码。

模式识别器配置为根据预先存储的前导结构编码模式表，对峰值编码器输出的峰值序列结构码进行匹配查找，以获得峰值序列结构码的位置信息，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。

同步位置预测器，峰值检测器的输出端与同步位置检测器的输入端相连接，同步位置预测器配置为选择位置误差小于预定阈值的峰值，以得到符号序列的同步位置，以及根据多次执行得到的同步位置来确定最终的帧同步位置。

以上具体实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不能用于限定本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims

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，其特征在于，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。

7.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S1之前还包括：S0.根据如下公式，获取接收的信号采样点r_n的符号s_n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C_n根据如下公式计算：

其中，S_n为基本符号单元的本地序列；

所述判决函数通过如下公式计算：

8.一种电力线通信的同步检测装置，该装置包括依次连接的峰值检测器、符号检测器、峰值编码器、模式识别器，其特征在于，

所述峰值检测器包括：

计算单元，其配置为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并缓存判决函数，其缓存窗口长度为一个基本符号单元长度W；

检测单元，其配置为对所述判决函数进行峰值搜索和降采样抽取以得到峰值及其对应位置，所述降采样的抽取间隔为W；

所述符号检测器配置为获取该峰值的符号并缓存为符号序列，其缓存窗口长度为L；

所述峰值编码器配置为对所述符号检测器缓存的所述符号序列进行编码，得到峰值序列结构码；

所述模式识别器配置为根据预先存储的前导结构编码模式表，对所述峰值编码器输出的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。

9.根据权利要求8所述的电力线通信的同步检测装置，其特征在于，所述检测单元包括：比较单元，其配置为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”；

峰值检测单元，其配置为判断当前的所述判决函数是否满足峰值条件，如果满足峰值条件且之前未检测到有效峰值，则初始化长度计数，如果满足峰值条件且之前已检测到有效峰值，则更新长度计数，如果不满足峰值条件且之前未检测到有效峰值，则通知所述计算单元对新的采样点进行计算，如果不满足峰值条件且之前已检测到有效峰值，则更新长度计数；

判定单元，当判定长度计数满足k*W±Δ条件时，将所述比较单元得到的所述比较结果缓存至缓存区，其缓存窗口长度为2Δ，其中，Δ为检测峰值位置的容差，k＝1,2,3,...；

峰值提取单元，当所述缓存区满时，搜索所述缓存区，输出一个峰值结果并清空所述缓存区。

10.根据权利要求8所述的电力线通信的同步检测装置，其特征在于，

所述符号检测器具体配置为：如果所述检测单元搜索到正向峰值，则缓存的符号值为“1”；如果所述检测单元搜索到负向峰值，则缓存的符号值为“-1”；如果所述检测单元未搜索到峰值，则缓存的符号值为“0”；

所述峰值编码器具体配置为：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。

11.根据权利要求8所述的电力线通信的同步检测装置，其特征在于，还包括同步位置预测器，所述峰值检测器的输出端与所述同步位置检测器的输入端相连接，所述同步位置预测器配置为选择位置误差小于预定阈值的峰值，以得到所述符号序列的同步位置，以及根据多次执行得到的同步位置来确定最终的帧同步位置。