CN107359905A - 一种用于频分电力线载波通信的数字前端及帧检测技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于频分电力线载波通信的数字前端及帧检测技术，所述数字前端及帧检测技术包括发送机和接收机；发送机包括前导生成器、多级插值FIR滤波、多级插值CIC滤波、及混频器；所述接收机包括多路混频器、多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块；本发明基于等效复数基带技术：支持中心频点可配置、带宽可配置、以及抑制带外干扰；本发明提供的接收机将等效复数基带形式的数字前端及帧检测模块实现为多路形式，支持对多路带宽相同、中心频率不同的频域非相干载波信号的并行帧检测能力，进而实现发送机任一频率配置载波信号在接收机上的盲检测。

Description

一种用于频分电力线载波通信的数字前端及帧检测技术

技术领域

本发明属于支撑物联网的电力线载波通信领域，具体涉及一种用于频分电力线载波通信的数字前端及帧检测技术。

背景技术

与无线、专有通信线路通信技术不同，电力线载波通信信道随电力线拓扑、接入电气设备、通信接入位置不同而发生极大变化。这包括线路阻抗、信号衰减、以及信道噪声。总体而言，电力线载波通信信道具有频率选择性、时变性、有色背景噪声、窄带干扰、和多种脉冲噪声。衰减上，低频段(<500kHz)比高频段(>2MHz)低很多。但低频段底噪水平则远高于高频段。在低频段和高频段内部，信号衰减呈现极大的频率选择性，和通信距离关联度不高。从低频段和高频段角度观察电力线载波通信信道，很难选择出有效的通信频段，且最佳通信频段往往具有时变性。

现有的电力线载波通信标准及技术大都基于固定的通信频段，窄带(90kHz～500kHz)及宽带(2MHz～30MHz)，并使用重复编码来对抗电力线载波通信信道的频率选择性以及有色背景噪声干扰，导致通信速率问题。还有的电力线载波通信技术通过可配置中心频率及带宽来适应电力线载波通信信道，然而此类技术过于灵活，发送机及接收机需要实现通过复杂的扫频机制来协商上下行的中心频率和带宽配置。在带宽不变的情况下，一个典型的扫频时间是N2+N次通信，N代表中心频率配置的数量。另外，由于接收机只能监听一种中心频率和带宽配置，所以无法实现下位机的主动事件上报，只能由上位机轮询。

现有的无线通信技术大都支持频分复用技术，用于避免小区间边缘串扰。然而，由于无线通信信道相邻频率信道特性变化不大，无线通信技术基于一个固定频率进行协商，之后整个小区再迁移到新的频率上，实现频分复用。而电力线载波通信信道中无法定义出一个固定频段进行协商，所以需要考虑符合电力线载波通信信道情况的频分复用机制。

等效复数基带形式的数字前端广泛的用于无线通信领域。通过配置插值和抽取滤波器级数，可以实现数字信号的带宽变化；通过配置混频器的频率，可以实现数字信号的中心频率变化。等效复数基带形式的数字前端在电力线载波通信中的运用又被提及，但其并未在接收机上进行多路实现，只是在发送机和接收机中各实现一路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于频分电力线载波通信的数字前端及帧检测技术，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于频分电力线载波通信的数字前端及帧检测技术，所述数字前端及帧检测技术包括发送机和接收机；发送机包括前导生成器、多级插值FIR滤波、多级插值CIC滤波、及混频器；所述接收机包括多路混频器、多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块。

优选的，所述技术包括以下步骤：

(1)将依据比特符号生成的前导序列经过多级插值FIR滤波、多级插值CIC滤波、及混频器，形成两种不同带宽、可配置中心频率的载波数字信号；

(2)将所述载波数字信号经过多路混频器、多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块，形成原始比特序列，本发明将等效复数基带形式的数字前端及帧检测模块在接收机上实现为多路形式，具有对多路带宽相同、中心频率不同的频域非相干载波信号的并行帧检测能力。

优选的，所述数字前端及帧检测技术包括发送机和接收机；发送机包括前导生成器、多级插值FIR滤波、多级插值CIC滤波、及混频器；所述接收机包括多路混频器、多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块。

优选的，所述前导生成器用于根据比特符号生成前导序列；所述多级插值FIR滤波和多级插值CIC滤波为级联模式，用于分步提高等效复数基带信号的采样率；所述混频器用于将等效复数基带信号转换为数字带通信号。

优选的，所述多路混频器将数字带通信号转换为多路频域非相干等效复数基带信号；所述多路多级抽取CIC滤波器和多路多级抽取FIR滤波器为级联模式，用于分步降低等效复数基带信号的采样率，并滤除非本频段的等效复数基带信号；所述多路帧检测模块用于在多路频域非相干等效复数基带信号中内与本地前导符号进行互相关操作。

优选的，所述发送机的混频器中心频率配置为接收机的多路混频器的中心频率其中之一；所述发送机的多级插值FIR和CIC滤波与接收机的多级抽取CIC滤波和FIR滤波在滤波参数、插值或抽取倍数、滤波级数上一致；所述中心频率配置和带宽配置使得多路载波信号在频域上非相干。

优选的，所述多路混频器、多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块，用于对多路带宽相同、中心频率不同的频域非相干载波信号进行并行帧检测。

优选的，所述数字前端及帧检测技术包括发送机和接收机；发送机包括前导生成器、多级插值FIR滤波、多级插值CIC滤波、及混频器；所述接收机包括多路混频器、可旁路多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块。

优选的，所述技术包括以下步骤：

(1)将依据比特符号生成的前导序列经过多级插值FIR滤波、多级插值CIC滤波、及混频器，形成带宽固定、可配置中心频率的载波数字信号；

(2)将所述载波数字信号经过多路混频器、多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块，形成原始比特序列。

优选的，所述步骤(1)包括下述步骤：

A.比特信息中包含当前混频器所使用的中心频点配置；根据比特1表示有前导符号、比特0表示无前导符号的规则，比特信息被转换为前导序列；前导序列前部再附上多个前导符号，用于符号检测；

B.所述前导序列经过多级插值FIR低通滤波，以等效复数基带信号形式的前导序列的采样率按插值倍率提升；

C.所述以等效复数基带信号形式的前导序列经过多级插值CIC低通滤波，等效复数基带信号的采样率按插值倍率提升；

D.所述等效复数基带信号经过混频器转换为数字带通信号。

优选的，所述步骤(2)包括下述步骤：

A.数字带通信号经过多路混频器转换为多路等效复数基带信号，由于发送机的混频器频率配置是接收机多路混频器中多个频率配置中的一个，所以，其中一路等效复数基带信号为实际的前导序列；

B.所述多路等效复数基带信号经过多路多级抽取CIC滤波器，每一路等效复数基带信号的采样率按抽取倍数降低；

C.所述多路等效复数基带信号经过多路多级抽取FIR滤波器，每一路等效复数基带信号的采样率按抽取倍数降低；

D.所述多路等效复数基带信号经过多路帧检测模块，含有实际前导序列的一路等效复数基带信号被检出符号，并根据有前导符号表示比特1，无前导符号表示比特0的规则，解出发送机混频器所使用的频率配置信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明基于等效复数基带技术：支持中心频点可配置、带宽可配置、以及抑制带外干扰。

2.本发明提供的接收机将等效复数基带形式的数字前端及帧检测模块实现为多路形式，支持对多路带宽相同、中心频率不同的频域非相干载波信号的并行帧检测能力。进而实现发送机任一频率配置载波信号在接收机上的盲检测。

3.本发明提供的发送机和接收机集成在同一通信设备中，则通信设备可以在检测任一频率配置载波信号的同时，发送另一频率配置载波信号。进而实现全双工通信。

4.本发明提供的接收机通过对任一频率载波信号的盲检测，实现在无时钟同步情况下的扫频机制。扫频典型时间是2N+1，N代表中心频率配置的数量。由于避免了同步情况下的时分间隔，扫频效率达到最高。

5.本发明提供的发送机与接收机通过扫频之后，可以确认上下行的最佳通信频点。由于接收机可以对任一频率载波信号盲检测，上位机可随时接收下位机的主动事件上报信息。

附图说明

图1是本发明提供的发送机和接收机结构图；

图2是本发明提供的发送机中数字前端实例图；

图3是本发明提供的接收机中数字前端和帧检测实例图；

图4是本发明提供的非相干频域载波信号PSD图；

图5是本发明提供的数字前端中的多级滤波对带外载波信号抑制性能图；

图6是本发明提供的上位机和下位机扫频机制示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1、图2、图3、图4、图5和图6，本发明提供一种技术方案：一种用于频分电力线载波通信的数字前端及帧检测技术，数字前端及帧检测技术包括发送机和接收机；发送机包括前导生成器、多级插值FIR滤波、多级插值CIC滤波、及混频器；接收机包括多路混频器、多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块。

本实施例中，优选的，技术包括以下步骤：

(1)将依据比特符号生成的前导序列经过多级插值FIR滤波、多级插值CIC滤波、及混频器，形成两种不同带宽、可配置中心频率的载波数字信号；

(2)将载波数字信号经过多路混频器、多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块，形成原始比特序列，本发明将等效复数基带形式的数字前端及帧检测模块在接收机上实现为多路形式，具有对多路带宽相同、中心频率不同的频域非相干载波信号的并行帧检测能力。

本实施例中，优选的，数字前端及帧检测技术包括发送机和接收机；发送机包括前导生成器、多级插值FIR滤波、多级插值CIC滤波、及混频器；接收机包括多路混频器、多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块。

本实施例中，优选的，前导生成器用于根据比特符号生成前导序列；多级插值FIR滤波和多级插值CIC滤波为级联模式，用于分步提高等效复数基带信号的采样率；混频器用于将等效复数基带信号转换为数字带通信号。

本实施例中，优选的，多路混频器将数字带通信号转换为多路频域非相干等效复数基带信号；多路多级抽取CIC滤波器和多路多级抽取FIR滤波器为级联模式，用于分步降低等效复数基带信号的采样率，并滤除非本频段的等效复数基带信号；多路帧检测模块用于在多路频域非相干等效复数基带信号中内与本地前导符号进行互相关操作。

本实施例中，优选的，发送机的混频器中心频率配置为接收机的多路混频器的中心频率其中之一；发送机的多级插值FIR和CIC滤波与接收机的多级抽取CIC滤波和FIR滤波在滤波参数、插值或抽取倍数、滤波级数上一致；中心频率配置和带宽配置使得多路载波信号在频域上非相干。

本实施例中，优选的，多路混频器、多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块，用于对多路带宽相同、中心频率不同的频域非相干载波信号进行并行帧检测。

本实施例中，优选的，数字前端及帧检测技术包括发送机和接收机；发送机包括前导生成器、多级插值FIR滤波、多级插值CIC滤波、及混频器；接收机包括多路混频器、可旁路多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块。

本实施例中，优选的，技术包括以下步骤：

(1)将依据比特符号生成的前导序列经过多级插值FIR滤波、多级插值CIC滤波、及混频器，形成带宽固定、可配置中心频率的载波数字信号；

(2)将载波数字信号经过多路混频器、多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块，形成原始比特序列。

本实施例中，优选的，步骤(1)包括下述步骤：

A.比特信息中包含当前混频器所使用的中心频点配置；根据比特1表示有前导符号、比特0表示无前导符号的规则，比特信息被转换为前导序列；前导序列前部再附上多个前导符号，用于符号检测；

B.前导序列经过多级插值FIR低通滤波，以等效复数基带信号形式的前导序列的采样率按插值倍率提升；

C.以等效复数基带信号形式的前导序列经过多级插值CIC低通滤波，等效复数基带信号的采样率按插值倍率提升；

D.等效复数基带信号经过混频器转换为数字带通信号。

本实施例中，优选的，步骤(2)包括下述步骤：

A.数字带通信号经过多路混频器转换为多路等效复数基带信号，由于发送机的混频器频率配置是接收机多路混频器中多个频率配置中的一个。所以，其中一路等效复数基带信号为实际的前导序列；

B.多路等效复数基带信号经过多路多级抽取CIC滤波器，每一路等效复数基带信号的采样率按抽取倍数降低；

C.多路等效复数基带信号经过多路多级抽取FIR滤波器，每一路等效复数基带信号的采样率按抽取倍数降低；

D.多路等效复数基带信号经过多路帧检测模块，含有实际前导序列的一路等效复数基带信号被检出符号，并根据有前导符号表示比特1，无前导符号表示比特0的规则，解出发送机混频器所使用的频率配置信息。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于频分电力线载波通信的数字前端及帧检测技术，所述数字前端及帧检测技术包括发送机和接收机；发送机包括前导生成器、多级插值FIR滤波、多级插值CIC滤波、及混频器；所述接收机包括多路混频器、多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块。

所述技术包括以下步骤：

(1)将依据比特符号生成的前导序列经过多级插值FIR滤波、多级插值CIC滤波、及混频器，形成两种不同带宽、可配置中心频率的载波数字信号；

(2)将所述载波数字信号经过多路混频器、多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块，形成原始比特序列，本发明将等效复数基带形式的数字前端及帧检测模块在接收机上实现为多路形式，具有对多路带宽相同、中心频率不同的频域非相干载波信号的并行帧检测能力。

2.根据权利要求1所述的一种用于频分电力线载波通信的数字前端及帧检测技术，其特征在于：所述数字前端及帧检测技术包括发送机和接收机；发送机包括前导生成器、多级插值FIR滤波、多级插值CIC滤波、及混频器；所述接收机包括多路混频器、多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块。

3.根据权利要求1和2所述的一种用于频分电力线载波通信的数字前端及帧检测技术，其特征在于：所述前导生成器用于根据比特符号生成前导序列；所述多级插值FIR滤波和多级插值CIC滤波为级联模式，用于分步提高等效复数基带信号的采样率；所述混频器用于将等效复数基带信号转换为数字带通信号。

4.根据权利要求1和2所述的一种用于频分电力线载波通信的数字前端及帧检测技术，其特征在于：所述多路混频器将数字带通信号转换为多路频域非相干等效复数基带信号；所述多路多级抽取CIC滤波器和多路多级抽取FIR滤波器为级联模式，用于分步降低等效复数基带信号的采样率，并滤除非本频段的等效复数基带信号；所述多路帧检测模块用于在多路频域非相干等效复数基带信号中内与本地前导符号进行互相关操作。

5.根据权利要求1和2所述的一种用于频分电力线载波通信的数字前端及帧检测技术，其特征在于：所述发送机的混频器中心频率配置为接收机的多路混频器的中心频率其中之一；所述发送机的多级插值FIR和CIC滤波与接收机的多级抽取CIC滤波和FIR滤波在滤波参数、插值或抽取倍数、滤波级数上一致；所述中心频率配置和带宽配置使得多路载波信号在频域上非相干。

6.根据权利要求4所述的一种用于频分电力线载波通信的数字前端及帧检测技术，其特征在于：所述多路混频器、多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块，用于对多路带宽相同、中心频率不同的频域非相干载波信号进行并行帧检测。

7.根据权利要求1所述的一种用于频分电力线载波通信的数字前端及帧检测技术，其特征在于：所述数字前端及帧检测技术包括发送机和接收机；发送机包括前导生成器、多级插值FIR滤波、多级插值CIC滤波、及混频器；所述接收机包括多路混频器、可旁路多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块。

所述技术包括以下步骤：

(1)将依据比特符号生成的前导序列经过多级插值FIR滤波、多级插值CIC滤波、及混频器，形成带宽固定、可配置中心频率的载波数字信号；

(2)将所述载波数字信号经过多路混频器、多路多级抽取CIC滤波器、多路多级抽取FIR滤波器、及多路帧检测模块，形成原始比特序列。

8.根据权利要求7所述的一种用于频分电力线载波通信的数字前端及帧检测技术，其特征在于：所述步骤(1)包括下述步骤：

A.比特信息中包含当前混频器所使用的中心频点配置；根据比特1表示有前导符号、比特0表示无前导符号的规则，比特信息被转换为前导序列；前导序列前部再附上多个前导符号，用于符号检测；

B.所述前导序列经过多级插值FIR低通滤波，以等效复数基带信号形式的前导序列的采样率按插值倍率提升；

C.所述以等效复数基带信号形式的前导序列经过多级插值CIC低通滤波，等效复数基带信号的采样率按插值倍率提升；

D.所述等效复数基带信号经过混频器转换为数字带通信号。

9.根据权利要求7所述的一种用于频分电力线载波通信的数字前端及帧检测技术，其特征在于：所述步骤(2)包括下述步骤：

A.数字带通信号经过多路混频器转换为多路等效复数基带信号，由于发送机的混频器频率配置是接收机多路混频器中多个频率配置中的一个。所以，其中一路等效复数基带信号为实际的前导序列；

B.所述多路等效复数基带信号经过多路多级抽取CIC滤波器，每一路等效复数基带信号的采样率按抽取倍数降低；

C.所述多路等效复数基带信号经过多路多级抽取FIR滤波器，每一路等效复数基带信号的采样率按抽取倍数降低；

D.所述多路等效复数基带信号经过多路帧检测模块，含有实际前导序列的一路等效复数基带信号被检出符号，并根据有前导符号表示比特1，无前导符号表示比特0的规则，解出发送机混频器所使用的频率配置信息。