CN114172776A - 一种基于中压载波系统的定时同步方法 - Google Patents

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李亮
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Abstract

本发明提供一种基于中压载波系统的定时同步方法，首先载波机发送端发送经过巴克码调制的同步头信号，载波机接收端根据巴克码的编码形式对接收数据进行累加处理，对累加后的数据与本地同步数据做自相关处理；同时，将载波机接收端前后L长度的数据进行互相关处理，若其中之一满足阈值条件，则认为同步成功。本发明通过累加的方法提高了同步头的信噪比，利用粗同步与细同步结合的方式，解决了高信噪比下的模糊问题，可根据子载波数调整巴克码的位数，从而实现同步头信号比OFDM信号更高的过信噪比能力。

Description

一种基于中压载波系统的定时同步方法
技术领域
本发明属于电力线通信技术领域，具体涉及一种基于中压载波系统的定时同步方法。
背景技术
中压载波系统目前多采用OFDM(正交频分复用，Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)调制技术进行数据传输，基于OFDM调制技术的定时同步技术主要分为两个过程，一是粗同步过程，二是细同步过程。粗同步过程会影响同步的过信噪比性能，细同步过程会影响同步位置的偏差。中压载波系统的传输信道存在极强的频率选择性衰落现象，在通信前，会进行子载波筛选工作，导致子载波筛选后的通信性能得到提升，但是同步性能一直未得到提升，本发明提出了一种可以保证同步性能强于OFDM信号的通信性能的方法。
传统的定时同步方法先进行粗同步过程，再进行细同步过程，即粗同步成功，则认为同步到了OFDM信号，实际上粗同步性能也是高于细同步性能的，但是粗同步存在的制约因素是不能通过累加来提升信噪比，而细同步是可以通过累加来提升信噪比的，因此在累加的作用下，细同步是可以拥有高于粗同步的性能，因此可以采用细同步进行同步成功的判断。通过累加即可满足不同子载波数下的适应，这样同步性能也能得到提升，当然细同步在累加的过程中存在着模糊现象，尤其是高信噪比下模糊会影响同步的判断。
发明内容
为解决上述现有技术存在的不足或缺陷，本发明提出一种基于中压载波系统的定时同步方法，利用巴克码编码形式的互相关特性，得到经过累加的同步头信号，提高了同步信号的信噪比，从而提高了定时同步的同步性能，同时为了解决高信噪比下引入的模糊问题，利用粗同步过程进行联合判断是否检测到同步信号，覆盖了低信噪比与高信噪比下的所有情况。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于中压载波系统的定时同步方法，本发明的技术方案包含以下内容:
发送设定为线性调频信号的同步信号；
数据处理，对接受的同步信号数据累加并进行自相关处理，自相关处理根据自相关阈值判断是否检测到同步信号；同时对接收数据前后距离2L长度的数据进行互相关处理，互相关处理若满足互相关阈值条件则判定检测到同步信号；
判断是否同步成功，数据处理中任一种处理方式检测到同步信号，则判定同步成功。
进一步的，同步信号编码采用巴克码形式，巴克码位数N采用比子载波数大的最小巴克码位数即可，每个同步头信号长度L与无前后缀的OFDM信号长度保持一致。
进一步的，巴克码形式是指利用巴克码的正负关系对同步头进行相位调制编码，设定巴克码的编码方式为B＝[b0,b1,...,bL-1]，B中的元素为{1，-1}，同步头的L个数据为 S＝[s0,s1,...,sL-1]，发送数据为
Figure RE-GDA0003502477010000011
其中，符号
Figure RE-GDA0003502477010000012
代表Kronecker积。
进一步的，数据累加包含以下内容：
通过滑窗处理每NL长度的接收数据Dr，对接收数据进行分块累加处理，块的数目与巴克码的位数相同，块的累加符号与巴克码的符号相同。
其中，接收数据可以表示为Dr＝[D(0),D(1),...,D(N-1)]＝[d0,d1,...,dNL-1]，累加后的数据可以表示为
Figure RE-GDA0003502477010000021
进一步的，自相关处理包含两个过程：
1)累加数据的二值化处理，大于0的数据赋值为1，小于等于0的数据赋值为-1；
2)二值化后的数据
Figure RE-GDA0003502477010000022
与本地数据S进行相关处理，自相关系数表示为
Figure RE-GDA0003502477010000023
其中，
Figure RE-GDA0003502477010000024
为二值化后的数据
Figure RE-GDA0003502477010000025
中的第i个元素。
进一步的，自相关阈值Th为
Figure RE-GDA0003502477010000026
其中，
Figure RE-GDA0003502477010000027
本地信号已知，则P为定值，
Figure RE-GDA0003502477010000028
为取值范围为[0,1]，在实际应用中，根据现场环境的误同步情况以及极限通信能力权衡后进行设置，本发明通过现场验证，将相关系数设置范围定义为0.6～0.8之间；；当自相关系数大于自相关阈值时，则认为达到了同步的触发条件，寻找后续NL个自相关系数的最大值对应的位置，为同步结束位置，此时检测到同步信号。
进一步的，互相关处理公式为
Figure RE-GDA0003502477010000029
对于满足互相关阈值条件的点进行统计，当正值与负值点数与巴克码的正负值长度保持对等时，则认为达到了同步的触发条件，此时再从自相关系数中寻找后续L个自相关系数的最大值对应的位置，为同步结束位置，此时检测到同步信号。
本发明的有益效果为：利用累加的方法提高了同步头的信噪比，利用粗同步和细同步结合的方式，来避免模糊问题，通过二值化简化了计算量，从而获得一个可靠、过信噪比能力强的同步方法。
附图说明
图1为本发明基于中压载波系统的定时同步方法的工作流程图。
具体实施方式
下面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、完整的描述。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。
如图1所示，一种基于中压载波系统的定时同步方法包括以下步骤：
步骤1：载波机发送端同步头信号设计为线性调频信号，编码形式采用巴克码的形式，巴克码位数N采用比子载波数大的最小巴克码位数即可，每个同步头信号长度L与无前后缀的OFDM信号长度保持一致；
步骤2：载波机接收端根据巴克码的设计形式对接收数据进行累加处理，累加后的数据与本地同步数据做自相关处理，根据自相关阈值判断是否检测到同步信号；
步骤3：同时，将载波机接收端接收数据前后两个L长度的数据进行互相关处理，满足互相关阈值条件的认为检测到同步信号；
步骤4：步骤2和步骤3两者其一检测到同步信号，则判定同步成功，否则返回步骤1重复运行。
所述步骤1的编码形式采用巴克码的形式，是指利用巴克码的正负关系对同步头进行相位调制编码，设巴克码的编码方式为B＝[b0,b1,...,bL-1]，B中的元素为{1，-1}，同步头的L个数据表示为S＝[s0,s1,...,sL-1]，那么发送数据可以表示为
Figure RE-GDA0003502477010000031
其中，符号
Figure RE-GDA0003502477010000032
代表Kronecker积。
所述步骤2中的累加处理方法如下所示：
通过滑窗处理每NL长度的接收数据Dr，对接收数据进行分块累加处理，块的数目与巴克码的位数相同，块的累加符号与巴克码的符号相同。
其中，接收数据可以表示为Dr＝[D(0),D(1),...,D(N-1)]＝[d0,d1,...,dNL-1]，累加后的数据可以表示为
Figure RE-GDA0003502477010000033
所述步骤2中的自相关处理方法如下所示：
自相关处理分为两个过程，一是累加数据的二值化处理，大于0的数据赋值为1，小于等于0的数据赋值为-1；二是二值化后的数据
Figure RE-GDA0003502477010000034
与本地数据S进行相关处理，自相关系数可以表示为
Figure RE-GDA0003502477010000035
其中，
Figure RE-GDA0003502477010000036
为二值化后的数据
Figure RE-GDA0003502477010000037
中的第i个元素。
所述步骤2中的自相关阈值Th可以表示为
Figure RE-GDA0003502477010000038
其中，
Figure RE-GDA0003502477010000039
因本地信号已知，故P为定值，
Figure RE-GDA00035024770100000310
为取值范围为[0,1]，在实际应用中，根据现场环境的误同步情况以及极限通信能力权衡后进行设置，本发明通过现场验证，将相关系数设置范围定义为0.6～0.8之间；。
当自相关系数大于自相关阈值时，则认为达到了同步的触发条件，寻找后续NL个自相关系数的最大值对应的位置，为同步结束位置。
所述步骤3中的互相关处理公式为
Figure RE-GDA00035024770100000311
对于满足互相关阈值条件的点进行统计，若正值与负值点数与巴克码的正负值长度保持对等，即认为达到了同步的触发条件，此时再从自相关系数中寻找后续L个自相关系数的最大值对应的位置，为同步结束位置。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于中压载波系统的定时同步方法，其特征在于，具体包括以下内容：
发送设定为线性调频信号的同步信号；
数据处理，对接收的同步信号数据累加并进行自相关处理；同时对接收数据前后距离2L长度的数据进行互相关处理；
判断是否同步成功，数据处理中任一种处理方式检测到同步信号，则判定同步成功。
2.根据权利要求1所述的一种基于中压载波系统的定时同步方法，其特征在于，所述同步信号编码采用巴克码形式，巴克码位数N采用比子载波数大的最小巴克码位数即可，每个同步头信号长度L与无前后缀的OFDM信号长度保持一致。
3.根据权利要求2所述的一种基于中压载波系统的定时同步方法，其特征在于，所述巴克码形式是指利用巴克码的正负关系对同步头进行相位调制编码，设定巴克码的编码方式为B＝[b0,b1,K,bL-1]，B中的元素为{1，-1}，同步头的L个数据为S＝[s0,s1,K,sL-1]，发送数据为
Figure FDA0003341364000000011
其中，符号
Figure FDA0003341364000000012
代表Kronecker积。
4.根据权利要求1所述的一种基于中压载波系统的定时同步方法，其特征在于，所述数据累加包含以下内容：
通过滑窗处理每NL长度的接收数据Dr，对接收数据进行分块累加处理，块的数目与巴克码的位数相同，块的累加符号与巴克码的符号相同。
其中，接收数据可以表示为Dr＝[D(0),D(1),K,D(N-1)]＝[d0,d1,K,dNL-1]，累加后的数据可以表示为
Figure FDA0003341364000000013
5.根据权利要求1所述的一种基于中压载波系统的定时同步方法，其特征在于，所述自相关处理包含两个过程：
1)累加数据的二值化处理，即大于0的数据赋值为1，小于等于0的数据赋值为-1；
2)二值化后的数据
Figure FDA0003341364000000014
与本地数据S进行相关处理，自相关系数表示为
Figure FDA0003341364000000015
其中，
Figure FDA0003341364000000016
为二值化后的数据
Figure FDA0003341364000000017
中的第i个元素。
6.根据权利要求6所述的一种基于中压载波系统的定时同步方法，其特征在于，所述自相关阈值Th为
Figure FDA0003341364000000018
其中，
Figure FDA0003341364000000019
本地信号已知，则P为定值，
Figure FDA00033413640000000110
为取值范围为[0,1]，在实际应用中，根据现场环境的误同步情况以及极限通信能力权衡后进行设置，本发明通过现场验证，将相关系数设置范围定义为0.6～0.8之间；当自相关系数大于自相关阈值时，则认为达到了同步的触发条件，寻找后续NL个自相关系数的最大值对应的位置，为同步结束位置，此时检测到同步信号。
7.根据权利要求1所述的一种基于中压载波系统的定时同步方法，其特征在于，所述互相关处理公式为
Figure FDA0003341364000000021
对于满足互相关阈值条件的点进行统计，当正值与负值点数与巴克码的正负值长度保持对等时，则认为达到了同步的触发条件，此时再从自相关系数中寻找后续L个自相关系数的最大值对应的位置，为同步结束位置，此时检测到同步信号。
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