CN108631818B - 信号收发装置及同步点侦测方法 - Google Patents

信号收发装置及同步点侦测方法 Download PDF

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Abstract

一种信号收发装置及同步点侦测方法，该信号收发装置包括一收发机以及一微处理器。收发机自一电力线接收一信号。微处理器将该信号与一第一既定图样执行相关性运算，以取得多个第一运算结果、将该信号与一第二既定图样执行相关性运算，以取得多个第二运算结果、根据该多个第一运算结果产生多个加权值，以及根据该多个加权值决定该信号的一同步点位置。当该信号的一取样点所对应的该加权值满足一第一条件，且该取样点所对应的该第二运算结果满足一第二条件时，微处理器决定以该取样点为该同步点。本发明可有效避免因电压信号中存在的噪声造成同步点的误侦测。

Description

信号收发装置及同步点侦测方法
技术领域
本发明关于一种信号处理方法与装置，可有效避免因电压信号中存在的噪声所造成同步点的误侦测。
背景技术
为了促进电力资源最佳化配置与运行，智能电网的建设已成为现今的主流趋势。为了达成此目的，必须建立起电力信息搜集与分析系统，例如具备双向通信功能的先进读表系统(Advanced Metering Infrastructure，缩写为AMI)，可使电力系统自动化与信息化。
双向通信功能不仅可使电力公司接收到电力消费者的用电信息，而无须直接读取电表，也可将用电信息提供电力消费者，以协助电力消费者调整其用电习惯。举例而言，电力公司可建议用电力消费者如何调整用电方式，以降低电费。
发明内容
由于重要的电力信息系承载于持续传送的电压信号中，因此，如何辨认出电压信号中的同步点(即，传送有效的电力信息的起始点)为重要的课题。然而，电力线传输中，难以避免有噪声干扰，因此，本发明提出一种新颖的信号处理方法与装置，可有效避免因电压信号中存在的噪声造成同步点的误侦测。
本发明揭露一种同步点侦测方法，包括：接收一信号，其中该信号包含多个取样点；将该信号与一第一既定图样执行相关性运算，以取得多个第一运算结果；将该信号与一第二既定图样执行相关性运算，以取得多个第二运算结果；根据该多个第一运算结果产生多个加权值；以及根据该多个加权值决定该信号的一同步点位置。当该信号的一取样点所对应的该加权值满足一第一条件，且该取样点所对应的该第二运算结果满足一第二条件时，决定以该取样点为该同步点。
本发明还揭露一种信号收发装置，包括一收发机以及一微处理器。收发机自一电力线接收一信号。微处理器将该信号与一第一既定图样执行相关性运算以取得多个第一运算结果，将该信号与一第二既定图样执行相关性运算以取得多个第二运算结果，根据该多个第一运算结果产生多个加权值，以及根据该多个加权值决定该信号的一同步点位置。当该信号的一取样点所对应的该加权值满足一第一条件、且该取样点所对应的该第二运算结果满足一第二条件时，决定以该取样点为该同步点。
附图说明
图1是显示根据本发明的一实施例所述的信号收发装置方块图。
图2是显示根据本发明的一实施例所述的同步点侦测方法流程图。
图3是显示根据本发明的第一实施例所述的执行相关性运算示意图。
图4是显示根据本发明的第一实施例所述的第一运算结果与第二运算结果示意图。
图5是显示根据本发明的第一实施例所述的执行相关性运算示意图。
图6A显示根据本发明的第二实施例所述的第一运算结果示意图。
图6B显示根据本发明的第二实施例所述的第二运算结果示意图。
其中，附图中符号的简单说明如下：
100～信号收发装置；110～收发机；120～微处理器；130～存储器；300、500～加权值表；401、402、601、602～线；PP～第一既定图样；PM～第二既定图样；P_Symbol～既定前导符元；Test_Symbol[1:512]、Test_Symbol[2:513]、Test_Symbol_1[1:256]、Test_Symbol_1[2:257]、Test_Symbol_2[257:512]、Test_Symbol_2[258:513]～测试符元。
具体实施方式
使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合图式，作详细说明。
图1是显示根据本发明的一实施例所述的信号收发装置方块图。信号收发装置100可被配置于电表中，亦可被配置于电器插头中。信号收发装置100可提供双向通信功能，用以通过电力线自电力公司接收电压信号，以及传送电压信号至电力公司，其中，电力信息会承载于持续传送的电压信号中。
信号收发装置100可包括一收发机110，一微处理器120以及一存储器130。收发机110用以自电力线接收信号，以及将信号传送至电力线。微处理器120可对所述信号进行处理，例如，微处理器120可将接收到的信号解调，或者调变欲传送的信号。微处理器120可包含模拟-数字转换模块，用以对接收到的信号进行模拟至数字转换，或者对欲传送的信号执行数字至模拟转换。值得注意的是，于本发明的实施例中，信号收发装置100亦可包含模拟-数字转换电路，用以执行上述转换。存储器130可用以储存使用者的用电信息，及系统相关信息。
如上述，由于重要的电力信息系承载于持续传送的电压信号中，因此，如何辨认出电压信号中的同步点(即，传送有效的电力信息的起始点)为重要的课题。以下段落将进一步说明本发明所提出的同步点侦测方法。
图2是显示根据本发明的一实施例所述的同步点侦测方法流程图。首先，接收一信号(步骤S202)。该信号可以是自电力线接收的信号，并且为经模拟-数字转换电路或微处理器120进行模拟至数字转换过的数字信号，因此该信号可包含多个取样点。接着，将信号与一第一既定图样执行相关性运算，以取得多个第一运算结果(步骤S204)，以及将信号与一第二既定图样执行相关性运算，以取得多个第二运算结果(步骤S206)。接着，根据第一运算结果产生多个加权值(步骤S208)。最后，根据加权值与第二运算结果决定信号的一同步点位置(步骤S210)，其中当信号的一取样点所对应的加权值满足一第一条件，且该取样点所对应的第二运算结果满足一第二条件时，微处理器120可决定以该取样点为信号中的同步点。待决定出同步点的位置后，微处理器120可确认后续的信号包含有效的电力信息，并且可开始一连串的信号接收与处理程序，以撷取出重要的电力信息。
根据本发明的第一实施例，步骤S204中所执行的相关性运算为对信号与既定前导符元(preamble symbol)所执行的互相关运算(cross-correlation)，步骤S206中所执行的相关性运算为对信号与其延迟版本所执行的自相关运算(auto-correlation)。
根据本发明的一实施例，前导信号可为一线性调频(Chirp)信号，其频率随时间而改变(增加或减少)。而既定前导符元为一个符元的前导信号，具有传送端与接收端共知的图样，并且所述的既定前导符元可储存于存储器130。当传送端要传送有效的电力信息前，会于信号前端插入多个(例如，8个)前导符元P_Symbol，以及于前导符元后插入一或多个(例如，1.5个)反相前导符元M_Symbol，其中反相前导符元M_Symbol的电位与前导符元P_Symbol相反。
根据本发明的第一实施例，微处理器120以包含N个取样点的滑动窗口(slidingwindow)依序取信号中的N个取样点进行上述相关性运算，其中系统中的一符元即包含N个取样点，既定前导符元亦包含N个取样点，N为一正整数，例如，N＝256。
于步骤S204中，微处理器120依序取信号中的N个取样点与既定前导符元执行互相关运算，以取得第一运算结果。
于步骤S206中，微处理器120依序取信号的N个取样点数据作为第一测试符元，以及将信号延迟N个取样点后为取N个取样点作为第二测试符元，并且对第一测试符元与第二测试符元执行自相关运算，以取得第二运算结果。
于步骤S208中，微处理器120可建立起一加权值表，其中加权值表可包含N个栏位，用以按照取样点的索引值记录各取样点所对应的加权值，其中第n点、第n+256点、第n+512点等数据所对应的加权值会统一记录于第n个栏位(0<n≤N)。换言之，将索引值模除N后可得相同的结果的取样点会统一记录(对应于)同一栏位的加权值。加权值表内的加权值可初始为0。微处理器120接着依序判断各取样点所对应的第一运算结果是否大于一第一临界值TH_1。当第一运算结果大于第一临界值TH_1时，增加取样点所对应的加权值。当第一运算结果不大于第一临界值TH_1时，且取样点所对应的加权值大于0时，减少取样点所对应的加权值。
最后，于步骤S210中，当信号的一取样点所对应的加权值大于一第二临界值TH_2，且该取样点所对应的第二运算结果小于一第三临界值TH_3时，微处理器120可决定以该取样点为信号中的同步点。待决定出同步点的位置后，微处理器120可确认后续的信号包含有效的电力信息，并且可开始一连串的信号接收与处理程序，以撷取出重要的电力信息。
图3是显示根据本发明的第一实施例所述的执行相关性运算示意图。假设自信号的第1个取样点开始进行相关性运算，N＝256，则微处理器120可取第1笔到第256笔取样点数据作为第一测试符元(如图所示，第一测试符元Test_Symbol_1[1:256])，与既定前导符元P_Symbol执行互相关运算，以取得第1个取样点所对应的第一运算结果。微处理器120还取第257笔到第512笔取样点数据作为第二测试符元(如图所示，第二测试符元Test_Symbol_2[257:512])，与第一测试符元执行自相关运算，以取得第1个取样点所对应的第二运算结果。
接着，微处理器120可自第2笔取样点数据取测试符元(如图所示，第一测试符元Test_Symbol_1[2:257]与第二测试符元Test_Symbol_2[258:513])执行上述的互相关与自相关运算，以取得第2个取样点所对应的第一运算结果与第二运算结果，并且以此类推。
接着，微处理器120可依序将各取样点所对应的第一运算结果与第一临界值TH_1比较，并如上述将比较结果记录于加权值表300中。如图所示，加权值表300的第一个栏位内容会对应于第1点、第257点、第513点等数据，并依此类推。更具体的说，当第n点所对应的第一运算结果大于第一临界值TH_1(例如，TH_1＝0.2)时，代表侦测到信号中的前导符元，微处理器120将第n点(于此假设n≤256)所对应的记录于第n栏的加权值+1。接着，当第n+256点所对应的第一运算结果亦大于第一临界值TH_1时，代表侦测到信号中的前导符元，微处理器120再将第n栏的加权值+1。
然而，当第n+256点所对应的第一运算结果不大于第一临界值TH_1时，代表未侦测到信号中的前导符元。此时，若此取样点所对应的加权值(即，第n栏的加权值)目前大于0时，微处理器120将第n+256点所对应的加权值(即，第n栏的加权值)-1。若此取样点所对应的加权值等于0，则微处理器120不再减少第n+256点所对应的加权值。如此一来，若第n+256点未侦测到信号中的前导符元，代表先前第n点的侦测结果可能为误侦测，故微处理器120将第n栏的加权值往回扣，以去除误侦测的效应。
最后，微处理器120根据加权值与第二运算结果决定信号的一同步点位置。图4是显示根据本发明的第一实施例所述的第一运算结果与第二运算结果示意图，其中横轴代表取样点索引值，纵轴代表相关性运算结果，线401绘出各取样点的第一运算结果，线402绘出各取样点的第二运算结果。当自相关运算进行到反相前导符元M_Symbol的部分时，第二运算结果开始会往负值变化。
因此，根据本发明的第一实施例，举例而言，当信号的某个取样点所对应的加权值大于一第二临界值TH_2(例如，TH_2＝3，即，先前至少有3个与此取样点相对应的取样点的第一计算结果大于第一临界值)，且该取样点所对应的第二运算结果小于一第三临界值TH_3(例如，TH_3＝0)时，代表已辨识出既定的多个前导符元P_Symbol以及反相前导符元M_Symbol。
如此一来，微处理器120可决定以该取样点(或者，与该取样点邻近的其他取样点)为信号中的同步点。待决定出同步点的位置后，微处理器120可确认后续的信号包含有效的电力信息，并且可开始一连串的信号接收与处理程序，以撷取出重要的电力信息。
根据本发明的第二实施例，步骤S204中所执行的相关性运算为对信号与两个既定前导符元所组成的第一既定图样PP所执行的互相关运算，步骤S206中所执行的相关性运算为对信号与一个既定前导符元与一个反相前导符元所组成的第二既定图样PM所执行的互相关运算。
根据本发明的第二实施例，微处理器120以包含2N个取样点的滑动窗口(slidingwindow)依序取信号中的2N个取样点进行上述相关性运算，其中系统中的一符元包含N个取样点，既定前导符元与反相前导符元均包含N个取样点。
于步骤S204中，微处理器120依序取信号中的2N个取样点与第一既定图样PP执行互相关运算，以取得第一运算结果。
于步骤S206中，微处理器120依序取信号中的2N个取样点与第二既定图样PM执行互相关运算，以取得第二运算结果。
于步骤S208中，微处理器120可建立起一加权值表，其中加权值表可包含N个栏位，用以按照取样点的索引值记录各取样点所对应的加权值，其中第n点、第n+256点、第n+512点等数据所对应的加权值会统一记录于第n个栏位(0<n≤N)。换言之，将索引值模除N后可得相同的结果的取样点会统一记录(对应于)同一栏位的加权值。加权值表内的加权值可初始为0。微处理器120接着依序判断各取样点所对应的第一运算结果是否大于一第一临界值TH_1。当第一运算结果大于第一临界值TH_1时，增加取样点所对应的加权值。当第一运算结果不大于第一临界值TH_1时，且取样点所对应的加权值大于0时，减少取样点所对应的加权值。
最后，于步骤S210中，当信号的一取样点所对应的加权值大于一第二临界值TH_2，且该取样点所对应的第二运算结果大于一第四临界值TH_4时，微处理器120可决定以该取样点为信号中的同步点。待决定出同步点的位置后，微处理器120可确认后续的信号包含有效的电力信息，并且可开始一连串的信号接收与处理程序，以撷取出重要的电力信息。
图5是显示根据本发明的第一实施例所述的执行相关性运算示意图。假设自信号的第1个取样点开始进行相关性运算，则微处理器120可取第1笔到第512笔取样点数据作为测试符元(如图所示，测试符元Test_Symbol[1:512])，分别与第一既定图样PP及第二既定图样PM执行互相关运算，以取得第1个取样点所对应的第一运算结果及第二运算结果。
接着，微处理器120可自第2笔取样点数据取测试符元(如图所示，测试符元Test_Symbol[2:513])执行上述的互相关，以取得第2个取样点所对应的第一运算结果与第二运算结果，并且以此类推。
接着，微处理器120可依序将各取样点所对应的第一运算结果与第一临界值TH_1比较，并如上述将比较结果记录于加权值表500中。如图所示，加权值表500的第一个栏位内容会对应于第1点、第257点、第513点等数据，并依此类推。更具体的说，当第n点所对应的第一运算结果大于第一临界值TH_1时，代表侦测到信号中的前导符元，微处理器120将第n点(于此假设n≤256)所对应的记录于第n栏的加权值+1。接着，当第n+256点所对应的第一运算结果亦大于第一临界值TH_1时，代表侦测到信号中的前导符元，微处理器120再将第n栏的加权值+1。
然而，当第n+256点所对应的第一运算结果不大于第一临界值TH_1时，代表未侦测到信号中的前导符元。此时，若此取样点所对应的加权值(即，第n栏的加权值)目前大于0时，微处理器120将第n+256点所对应的加权值(即，第n栏的加权值)-1。若此取样点所对应的加权值等于0，则微处理器120不再减少第n+256点所对应的加权值。如此一来，若第n+256点未侦测到信号中的前导符元，代表先前第n点的侦测结果可能为误侦测，故微处理器120将第n栏的加权值往回扣，以去除误侦测的效应。
最后，微处理器120根据加权值与第二运算结果决定信号的一同步点位置。图6A与图6B分别显示根据本发明的第二实施例所述的第一运算结果与第二运算结果示意图，其中横轴代表取样点索引值，纵轴代表相关性运算结果，线601绘出各取样点的第一运算结果，线602绘出各取样点的第二运算结果。如图所示，当相关性运算进行到反相前导符元M_Symbol的部分时，第二运算结果开始有峰值产生。
因此，根据本发明的第二实施例，举例而言，当信号的某个取样点所对应的加权值大于一第二临界值TH_2(例如，TH_2＝3，即，先前至少有3个与此取样点相对应的取样点的第一计算结果大于第一临界值)，且该取样点所对应的第二运算结果大于一第四临界值TH_4(例如，TH_4＝0.2)时，代表已辨识出既定的多个前导符元P_Symbol以及反相前导符元M_Symbol。
如此一来，微处理器120可决定以该取样点(或者，与该取样点邻近的其他取样点)为信号中的同步点。待决定出同步点的位置后，微处理器120可确认后续的信号包含有效的电力信息，并且可开始一连串的信号接收与处理程序，以撷取出重要的电力信息。
如上述，根据本发明的第一实施例与第二实施例，不仅可快速侦测到信号中所传送的前导符元，还可利用连续插入的多个前导信号来增加侦测的准确率。此外，导入了计算加权值的概念，亦可有效避免因前导信号的误侦测而导致同步点判断错误的情形。
本发明的上述实施例能够以多种方式执行，例如使用硬件、软件或其结合来执行。本领域普通技术人员应了解执行上述功能的任何组件或组件的集合可被视为一个或多个控制上述功能的处理器。此一个或多个处理器可以多种方式执行，例如通过指定硬件，或使用微码或软件来编程的通用硬件来执行上述功能。
权利要求书中用以修饰元件的“第一”、“第二”、“第三”等序数词的使用本身未暗示任何优先权、优先次序、各元件之间的先后次序、或方法所执行的步骤的次序，而仅用作标识来区分具有相同名称(具有不同序数词)的不同元件。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (15)

1.一种同步点侦测方法，其特征在于，包括：
接收一信号，其中该信号包含多个取样点；
将该信号与一第一既定图样执行相关性运算，以取得多个第一运算结果；
将该信号与一第二既定图样执行相关性运算，以取得多个第二运算结果；
根据该多个第一运算结果产生多个加权值；以及
根据该多个加权值决定该信号的一同步点位置，
其中，当该信号的一取样点所对应的该加权值满足一第一条件，且该取样点所对应的该第二运算结果满足一第二条件时，决定以该取样点为该同步点。
2.根据权利要求1所述的同步点侦测方法，其特征在于，该第一既定图样包含N点数据，N为一正整数，并且将该信号与该第一既定图样执行相关性运算、以取得多个第一运算结果的步骤还包括：
取该信号的N个取样点与该第一既定图样执行互相关运算。
3.根据权利要求1所述的同步点侦测方法，其特征在于，该第二既定图样为该信号的一延迟版本，并且将该信号与该第二既定图样执行相关性运算、以取得多个第二运算结果的步骤还包括：
将该信号延迟N个取样点以取得一延迟信号；以及
对该信号与该延迟信号执行自相关运算。
4.根据权利要求1所述的同步点侦测方法，其特征在于，根据该多个第一运算结果产生多个加权值的步骤还包括：
判断该取样点所对应的该第一运算结果是否大于一第一临界值；
当该第一运算结果大于该第一临界值时，增加该取样点所对应的该加权值；以及
当该第一运算结果不大于该第一临界值、且该取样点所对应的该加权值大于0时，减少该取样点所对应的该加权值。
5.根据权利要求1所述的同步点侦测方法，其特征在于，该第一条件为该取样点所对应的该加权值大于一第二临界值，该第二条件为该取样点所对应的该第二运算结果小于一第三临界值。
6.根据权利要求1所述的同步点侦测方法，其特征在于，该第一既定图样与该第二既定图样分别包含2N点数据，并且该第一既定图样的一部分与该第二既定图样的一部分反相，并且该相关性运算为互相关运算。
7.根据权利要求1所述的同步点侦测方法，其特征在于，将该信号与该第一既定图样执行相关性运算、以取得多个第一运算结果的步骤还包括：
取该信号的2N个取样点与该第一既定图样执行互相关运算，并且将该信号与该第二既定图样执行相关性运算、以取得多个第二运算结果的步骤还包括：
取该信号的2N个取样点与该第二既定图样执行互相关运算。
8.根据权利要求1所述的同步点侦测方法，其特征在于，该第一条件为该取样点所对应的该加权值大于一第二临界值，该第二条件为该取样点所对应的该第二运算结果大于一第四临界值。
9.一种信号收发装置，其特征在于，包括:
一收发机，自一电力线接收一信号；以及
一微处理器，将该信号与一第一既定图样执行相关性运算以取得多个第一运算结果，将该信号与一第二既定图样执行相关性运算以取得多个第二运算结果，根据该多个第一运算结果产生多个加权值，以及根据该多个加权值决定该信号的一同步点位置，
其中，当该信号的一取样点所对应的该加权值满足一第一条件、且该取样点所对应的该第二运算结果满足一第二条件时，该微处理器决定以该取样点为该同步点。
10.根据权利要求9所述的信号收发装置，其特征在于，该第一既定图样包含N点数据，并且该信号与该第一既定图样所执行的该相关性运算为互相关运算。
11.根据权利要求9所述的信号收发装置，其特征在于，该第二既定图样为该信号的一延迟版本，并且该信号与该第二既定图样所执行的该相关性运算为自相关运算。
12.根据权利要求9所述的信号收发装置，其特征在于，该微处理器还判断该取样点所对应的该第一运算结果是否大于一第一临界值，当该第一运算结果大于该第一临界值时，该微处理器增加该取样点所对应的该加权值，当该第一运算结果不大于该第一临界值、且该取样点所对应的该加权值大于0时，该微处理器减少该取样点所对应的该加权值。
13.根据权利要求9所述的信号收发装置，其特征在于，该第一条件为该取样点所对应的该加权值大于一第二临界值，该第二条件为该取样点所对应的该第二运算结果小于一第三临界值。
14.根据权利要求9所述的信号收发装置，其特征在于，该第一既定图样与该第二既定图样分别包含2N点数据，并且该第一既定图样的一部分与该第二既定图样的一部分反相，并且该相关性运算为互相关运算。
15.根据权利要求9所述的信号收发装置，其特征在于，该第一条件为该取样点所对应的该加权值大于一第二临界值，该第二条件为该取样点所对应的该第二运算结果大于一第四临界值。
CN201710264237.4A 2017-03-15 2017-04-21 信号收发装置及同步点侦测方法 Active CN108631818B (zh)

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