CN106411363A

CN106411363A - 电力线载波通信的自动增益控制方法

Info

Publication number: CN106411363A
Application number: CN201611046947.1A
Authority: CN
Inventors: 李恒; 胡泽鑫; 张玉富; 谢岳文; 徐鹏程; 范律; 肖林松
Original assignee: Hunan Wasion Information Technology Co Ltd
Current assignee: Hunan Wasion Information Technology Co Ltd
Priority date: 2016-11-23
Filing date: 2016-11-23
Publication date: 2017-02-15

Abstract

本发明公开了一种电力线载波通信的自动增益控制方法，包括计算特征函数和判决函数；根据判决函数与检测阈值、脉冲干扰阈值之间的大小关系，计算增益控制量；在计算增益控制量时，根据判决函数和预设阈值、脉冲干扰阈值的大小关系，停止计算增益控制量并重新计算过程。本发明直接使用接收数据进行增益控制判断，采用迭代的方式计算特征函数，每次计算当前信号与延迟信号的差，并与上一次计算的结果进行加法运算，在保证增益计算精度的条件下降低了计算延迟与复杂度；同时设置了脉冲干扰阈值，用于抵抗噪声对增益控制的干扰。因此本发明方法不依赖帧同步或符号同步信息，可有效规避噪声对增益控制的干扰，且简化了增益控制值计算复杂度。

Description

电力线载波通信的自动增益控制方法

技术领域

本发明属于通信领域，具体涉及一种电力线载波通信的自动增益控制方法。

背景技术

目前电力线载波通信系统所采用的国内外标准协议，如PRIME、G3-PLC、Home PlugGreen PHY等，其帧结构可以概括为：包括前导部分(Preamble)、帧控制头部分(FrameControl Head，FCH)和数据(Data)部分。其前导部分由多个重复的基本符号单元(SYNCP)与所述基本符号单元相位相反的反相符号单元(SYNCM)构成，其中所述基本符号单元由具有预定特性的随机序列构成；帧控制头部分承载本次传输的参数及配置信息，由多个采用预定调制方式的符号组成；数据部分承载本次传输的用户信息，由多个采用相同调制方式的符号组成。其中前导部分用于信号检测、同步、自动增益控制及信道估计等多种功能。

由于电力线载波信道的衰落效应(路径损耗，多径衰落等)，以及电网用电负载的变化，会造成接收端信号幅度和功率的大幅度变化，过大的信号会导致模数转换器(Analogto Digital Converter，ADC)的输出产生削波限幅，而过小的信号则会导致信号量化失真，因此需要使用自动增益控制(Automatic gain control，AGC)技术来解决这一问题。通过自动调整可变增益控制器(Variable-gain amplifier，VGA)的增益档位，将输入信号自动调整为适合于ADC字长的动态范围，在不增加模数转换器字长的前提下，减少量化失真，提高ADC输出信号的信噪比。采用AGC技术的另一个好处是降低实现成本，在不损失信号特性的前提下，采用较小的ADC字长，获得足够的量化精度，并降低了基带电路的实现复杂度。

目前使用在电力线载波通信中的AGC技术，可以概括为：基于前导信息进行自动增益控制，基于OFDM符号中插入的循环前缀或导频信息进行自动增益控制。上述方法的缺点在于：1.依赖于较为精确的帧同步及符号同步所提供的符号分界信息。2.计算过程中涉及一次或多次傅里叶变换\反变换，计算延迟长，运算复杂度高。3.计算时所选取的样本点较少，精度较低，且对于噪声的抵抗性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不依赖帧同步或符号同步信息，可有效规避噪声对增益控制的干扰，且简化了增益控制值计算复杂度的电力线载波通信的自动增益控制方法。

本发明提供的这种电力线载波通信的自动增益控制方法，包括如下步骤：

S1.对接收的每个采样点，计算缓存长度为L1的窗口A及窗口B内的特征函数X，并根据两个窗口内的特征函数X，计算判决函数L；

S2.根据步骤S1得到的判决函数L与事先设置的检测阈值T1、脉冲干扰阈值T2之间的大小关系，依据如下规则计算增益控制量：

若判定判决函数L大于检测阈值T1，且连续大于检测阈值T1的次数大于脉冲干扰阈值T2时，周期性的对L_symbol个采样点计算特征函数Y，并计算该值与信号参考值R1的比值，从而得到增益控制量G1；

否则，周期性的对L_noise个采样点计算特征函数Y，并计算该值与噪声参考值R2的比值，从而得到增益控制量G2；

S3.在依据步骤S2计算增益控制量时，若步骤S1所述的判决函数L小于预设阈值T3且连续小于预设阈值T3的次数超过脉冲干扰阈值T2，则立即停止计算增益控制量，并重新开始步骤S1～S3的计算过程。

步骤S1所述的窗口A和窗口B的长度相等，且均等于基本符号单元的长度。

步骤S1所述的特征函数X为采用如下所示的算式作为的特征函数：

a_n+1＝a_n+|r_n+1|-|r_n-m+1|(a₀＝0；若n＜m,则r_n-m+1＝0)

式中r_n表示第n个时刻的接收数据，a_n,b_n分别表示窗口A、窗口B的特征函数，m表示所述窗口长度。

步骤S1所述的判决函数为采用如下所示的算式作为的判决函数：

步骤S2所述的检测阈值T1的取值范围为T1≥1，且脉冲干扰阈值T2的取值范围为1≤T2≤L1。

步骤S2所述的采样点数L_symbol的值等于基本符号单元的长度。

步骤S2所述的特征函数Y为采用如下式所述的算式作为的特征函数：

式中k表示采样点的个数。

步骤S2所述的增益控制量G1或G2为采用如下算式计算增益控制量：

步骤S3所述的预设阈值T3的取值范围为T3<1。

本发明提供的这种电力线载波通信的自动增益控制方法，直接使用接收数据进行增益控制判断，摆脱了对帧同步及符号同步的依赖性；采用迭代的方式计算特征函数，每次计算当前信号与延迟信号的差，并与上一次计算的结果进行加法运算，在保证增益计算精度的条件下降低了计算延迟与复杂度；同时设置了脉冲干扰阈值，用于抵抗噪声对增益控制的干扰。本发明方法不依赖帧同步或符号同步信息，可有效规避噪声对增益控制的干扰，且简化了增益控制值计算复杂度。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图。

图2为本发明构建的带有高斯噪声与信号衰减的帧信号时域波形图。

图3为使用本发明所述方法计算的判决函数L的曲线图。

图4为使用本发明所述方法计算的特征函数Y与R1的比值曲线图。

具体实施方式

下面以G3-PLC标准为例，并结合图1～图4对本发明进行进一步说明。

G3-PLC标准的帧结构，其前导部分是由8个SYNCP和1.5个与其相位相反的SYNCM符号组成，帧控制头部分是由13个采用预定调制方式的符号组成，数据部分由N个采用相同调制方式的符号组成，N≥0。其基本符号单元长度为256。

如图1所示为本发明方法的流程示意图：本发明提供的这种电力线载波通信的自动增益控制方法，包括如下步骤：

S1.对接收的每个采样点r_n，计算缓存长度为L1的窗口A及窗口B(窗口A和B的长度均等于基本符号单元的长度)内的特征函数X：

a_n+1＝a_n+|r_n+1|-|r_n-m+1|(a₀＝0；若n＜256,则r_n-255＝0)

式中r_n表示第n个时刻的接收数据，a_n,b_n分别表示窗口A、窗口B的特征函数，m表示所述窗口长度，为256；

并根据两个窗口内的特征函数X，计算判决函数L：

若判定判决函数L大于检测阈值T1(T1≥1)，且连续大于检测阈值T1的次数大于脉冲干扰阈值T2(1≤T2≤L1)时，周期性的对L_symbol个采样点计算特征函数Y，并计算该值与信号参考值R1的比值，从而得到增益控制量G1；优选的，T1取值为1.25，T2取值为200，L_symbol取值为256；

所述的特征函数Y的计算公式如下：

式中k表示采样点的个数；

信号参考值R1的计算公式如下：

式中S_z表示第z个时刻发送端前导符号的采样点数据；

增益控制量G1的计算公式如下：

否则，周期性的对L_noise个采样点计算特征函数Y，并计算该值与噪声参考值R2的比值，从而得到增益控制量G2；优选的，L_noise的取值为128；

特征函数Y的计算公式如下：

噪声参考值R2的计算公式如下：

上式中，W_n表示第n个时刻接收端测量到的信道噪声采样点数据。

增益控制量G2的计算公式如下：

S3.在依据步骤S2计算增益控制量时，若步骤S1所述的判决函数L小于预设阈值T3(T3＜1)且连续小于预设阈值T3的次数超过脉冲干扰阈值T2，则立即停止计算增益控制量，并重新开始步骤S1～S3的计算过程；优选的，T3可以取值为0.7。

根据所述本发明提供的方法，可确定在G3-PLC标准下，各阈值参数的取值如表1所示：

表1本发明应用于G3-PLC标准时各阈值取值表

参数名称	取值
		基本符号单元长度L1	256
检测阈值T1	1.25
		脉冲干扰阈值T2	200
L_symbol	256
		L_noise	128
预设阈值T3	0.7

为了更直观的显示本发明所述方法在电力线载波通信中的实际功效，搭建了基于G3-PLC标准的测试环境，其帧结构按照G3-PLC标准排列，包括9.5个基本符号单元组成的前导部分，13个OFDM符号组成的帧控制头部分以及38个OFDM符号组成的数据部分，并在帧结构的首尾各添加了5000个采样点的高斯白噪声数据。根据表1所述的参数对该待测帧信号应用本发明所述方法进行了仿真。待测帧信号的时域波形如图2所示；图3显示了本发明所述判决函数L在帧信号持续时间内的变化曲线，当信号部分通过时，判决函数L的取值明显上升，当连续次数超过脉冲阈值T2时，开始进行如本发明步骤2所示的操作，进行增益控制，进一步放大信号，使得曲线进一步上升；图4显示了采用本发明所述方法得到的特征函数Y与信号参考幅度R1的比值曲线，可以看出当信号通过时，本发明计算得到的信号幅度与信号参考幅度的比值接近1且波动较小，说明本发明提供的自动增益控制方法能够保证增益计算的精度。

Claims

1.一种电力线载波通信的自动增益控制方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的电力线载波通信的自动增益控制方法，其特征在于步骤S1所述的窗口A和窗口B的长度相等，且均等于基本符号单元的长度。

3.根据权利要求1或2所述的电力线载波通信的自动增益控制方法，其特征在于步骤S1所述的特征函数X为采用如下所示的算式作为的特征函数：

a_n+1＝a_n+|r_n+1|-|r_n-m+1|(a₀＝0；若n＜m,则r_n-m+1＝0)

4.根据权利要求1或2所述的电力线载波通信的自动增益控制方法，其特征在于步骤S1所述的判决函数为采用如下所示的算式作为的判决函数：

。

5.根据权利要求1或2所述的电力线载波通信的自动增益控制方法，其特征在于步骤S2所述的检测阈值T1的取值范围为T1≥1，且脉冲干扰阈值T2的取值范围为1≤T2≤L1。

6.根据权利要求1或2所述的电力线载波通信的自动增益控制方法，其特征在于步骤S2所述的采样点数L_symbol的值等于基本符号单元的长度。

7.根据权利要求1或2所述的电力线载波通信的自动增益控制方法，其特征在于步骤S2所述的特征函数Y为采用如下式所述的算式作为的特征函数：

式中k表示采样点的个数。

8.根据权利要求1或2所述的电力线载波通信的自动增益控制方法，其特征在于步骤S2所述的增益控制量G1或G2为采用如下算式计算增益控制量：

。

9.根据权利要求1或2所述的电力线载波通信的自动增益控制方法，其特征在于步骤S3所述的预设阈值T3的取值范围为T3<1。