CN108270712A - 一种改进的电力载波同步检测方法 - Google Patents

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蒋易松
隋天宇
乐强
肖飞
郭强
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    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
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Abstract

本发明公开了一种改进的电力载波同步检测方法，包括如下步骤：步骤一、导频符号的生成：采用特定序列的初始相位值产生频域信号，进行IFFT运算，得到P符号，然后取反得到M符号；步骤二、接收机一次同步：通过对接收到的信号与P符号进行二次相关；步骤三、接收机二次同步：在系统判定检测到同步之后，在一定长度的搜索窗之内搜索最大值点，将最大值点设定为数据部分的起始点。与现有技术相比，本发明的积极效果是：在实际的硬件实现、芯片化的过程中，存储单元的优化所带来的收益是极大的，本发明针对电力线通信系统的互相关同步法，设计相应的同步策略，减少了硬件实现过程中的存储单元消耗，减少了同步过程所产生的时延。

Description

一种改进的电力载波同步检测方法
技术领域
本发明涉及一种改进的电力载波同步检测方法。
背景技术
在电力线通信中一般采用的方法是：将接收到的信号与本地同步序列进行二次互相关，得到估计值，与归一化门限值(门限值与信道能量的乘积)进行检测判定，然后通过搜索窗对估计值的最大值进行搜索得到信号的起始位置。
在实际的硬件实现、芯片化的过程中，互相关同步算法会耗费大量的运算单元与存储单元，同时最大值搜索过程也会造成大量的时延。在实现过程中，运算单元可以通过提高系统时钟或者使用FFT的手段来进行缩减，而存储单元的消耗由精同步过程的搜索窗长度决定。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种改进的电力载波同步检测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种改进的电力载波同步检测方法，包括如下步骤：
步骤一、导频符号的生成：采用特定序列的初始相位值产生频域信号，进行IFFT运算，得到P符号，然后取反得到M符号；
步骤二、接收机一次同步：通过对接收到的信号与P符号进行二次相关；
步骤三、接收机二次同步：在系统判定检测到同步之后，在一定长度的搜索窗之内搜索最大值点，将最大值点设定为数据部分的起始点。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
在实际的硬件实现、芯片化的过程中，存储单元的优化所带来的收益是极大的。本发明针对电力线通信系统的互相关同步法，设计相应的同步策略，减少了硬件实现过程中的存储单元消耗，减少了同步过程所产生的时延。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明方法所应用的电力线通信系统架构图；
图2为G3-PLC标准的导频结构示意图；
图3为G3-PLC所采用的导频序列的二次同步的仿真图；
图4为采用本发明方法处理过的同步头序列的二次同步的仿真图。
具体实施方式
一、系统架构
本发明方法所应用的电力线通信系统架构如图1所示，本发明主要内容在同步检测模块。
二、信号格式
本算法要求帧结构中的导频信号有N个幅度相同，相位相同或者相反的OFDM符号。OFDM符号需要保证一定的自相关性能。相位为正的符号为P符号，为负的符号位M符号。以G3-PLC标准为例，采用8个P符号和1.5个M符号作为导频，每个符号为256位的OFDM符号，如图2所示。
本算法主要采用的就是对P、M导频序列进行重构的方法完成性能优化，所以导频格式与G3-PLC并不完全相同。
三、算法描述
1、导频符号生成
采用特定序列的初始相位值产生频域信号，进行IFFT运算，得到P符号，然后取反可以得到M符号。以G3-PLC为例，其采用256点的FFT，有效载波数量为36，所以对这36个频点的初始相位进行了规定，相应频点的值为：
其中C表示系统使用的频点的集合，而N为相对应的FFT点数，为对应点的初始相位值。
对于导频结构所采用的N个符号进行相位选择，选择一个自相关性强、旁瓣极小、长度为N的序列Seq，以此序列设计导频符号。
2、接收机一次同步
本发明针对互相关同步法，所以一次同步通过对接收到的信号与本地相关信号(即P符号)进行二次相关得到的结果进行判定来完成。
其中一次相关如下式所示。其中x为接收到信号，p为本地相关信号，D为OFDM符号长度，而N表示参与计算的接收信号长度。
二次相关如下式所示。其中D为OFDM符号长度，N为导频中的符号个数，y为一次相关的结果，而Seq为生成导频时所产生的长度为N的行向量。
二次相关值利用了P符号与M符号的特点，可更加有效区分同步信号与噪声。
计算出二次相关值之后，检测结果如下所示。其中const为固定门限值，En为平均能量值。
3、接收机二次同步
在系统判定检测到同步之后，在一定长度的搜索窗之内搜索最大值点，将最大值点设定为数据部分的起始点。
G3-PLC协议下的二次同步搜索窗的长度需要保证为2400点，那么这就需要存储单元的大小为2400×DataBit，其中DataBit为接收到的信号的位宽。并且假定在length(0≤length≤2400)处检测到最大值，则系统的时延为2400-length个采样周期。
本发明的原理和效果：
G3-PLC所采用的[P,P,P,P,P,P,P,P,M,M(half)]导频序列(即G3-PLC协议中的Seq为[1,1,1,1,1,1,1,1,-1,-1])的二次同步的仿真图如图3所示。
为了满足低信噪比条件下能够同步，门限值不能太高，在图3中A点的位置会有过门限的可能，所以搜索窗的长度必须比B点(最大值点，即起始点)与A点之间的距离大。
而对于处理过的同步头序列，即P·Seq，其二次同步的结果如图4所示，可以看出二次同步的结果的旁瓣变得更小，并且有可能过门限的A点和B点之间的距离缩短了所以搜索窗的长度可以进行相应的缩短，同步系统所产生的时延也能够相应的减少，并且在同步过程中由于旁瓣变小了，所以对精同步的起始位置确定也能够更为精确。

Claims (5)

1.一种改进的电力载波同步检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、导频符号的生成：采用特定序列的初始相位值产生频域信号，进行IFFT运算，得到P符号，然后取反得到M符号；
步骤二、接收机一次同步：通过对接收到的信号与P符号进行二次相关；
步骤三、接收机二次同步：在系统判定检测到同步之后，在一定长度的搜索窗之内搜索最大值点，将最大值点设定为数据部分的起始点。
2.根据权利要求1所述的一种改进的电力载波同步检测方法，其特征在于：所述特定序列的产生方法为：
(1)确定相应频点的值为：
其中，C表示系统使用的频点的集合，N为相对应的FFT点数，为对应点的初始相位值；
(2)对于导频结构所采用的N个符号进行相位选择，选择一个自相关性强、旁瓣极小、长度为N的序列Seq。
3.根据权利要求2所述的一种改进的电力载波同步检测方法，其特征在于：接收机采用如下公式对接收到的信号与P符号进行一次相关：
其中，x为接收到的信号，p为本地相关信号，D为OFDM符号长度，N表示参与计算的接收信号长度。
4.根据权利要求3所述的一种改进的电力载波同步检测方法，其特征在于：接收机采用如下公式对接收到的信号与P符号进行二次相关：
其中，D为OFDM符号长度，N为导频中的符号个数，y为一次相关的结果。
5.根据权利要求4所述的一种改进的电力载波同步检测方法，其特征在于：系统判定检测到同步的方法为：
当二次相关值时，则检测到同步；当二次相关值时，则未检测到同步；其中，const为固定门限值，En为平均能量值。
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