CN114826860A - 一种改进的电力线通信定时同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改进的电力线通信定时同步方法，包括粗同步、门限判决、精同步；粗同步估算出SYNCP与SYNCM分界点，取分界点前后各3072个点的序列与本地序列[SYNCP,SYNCP,SYNCM,SYNCM]做互相关运算；精同步根据互相关幅度峰值估计定时同步点。本发明的有益效果为：有多个训练序列的帧前导，延迟一个训练序列的长度，消除同步度量函数副峰，消除的副峰以主峰斜坡上的波动呈现。循环前缀的长度计入相关运算长度，加窗部分等效处理，同步度量函数主峰尖锐，无平台效应。根据同步度量函数波形特征，设定阈值提高定时同步的鲁棒性，级联互相关作为精同步，提高同步性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力线通信领域，特别涉及一种改进的电力线通信定时同步方法。
背景技术
目前，电力线通信（PLC）的主流技术为正交频分复用( OFDM) 是一种多载波调制技术，具有良好的频率选择性衰落及较高的频谱效率。与单载波系统相比，OFDM系统对同步精度的要求更高，同步偏差会引起ISI及ICI。在传输环境复杂，高噪声、高衰减和多径特性等因素电力线通信中，数据突发传输若不能及时捕捉，则产生丢包现象。因此，电力线通信（PLC）系统要求快速可靠的同步性能。常用的同步算法有双滑动窗功率比值法、延迟自相关算法等。针对上述帧前导，使用双滑动窗功率比值法、延迟自相关算法或互相关算法实现定是同步存在以下问题：（1）双滑动窗功率比值法，信号的功率水平对
峰值影响较大，峰值波动大导致难以确定阈值及信号开始的准确位置。（2）延迟自相关算法，由于循环前缀的存在，延迟自相关算法得到的同步效果并不理想，其同步度量函数曲线有一个平顶效应，这使得定时同步估计存在偏差和不确定性，同时由于多个相同序列自相关会产生多个副峰。（3）互相关算法，将帧前导保存于本地，需要的寄存器开销大。接收序列滑动与本地帧前导序列做互相关运算，还存在计算量大的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种改进的电力线通信定时同步方法。
本发明的技术方案为：一种改进的电力线通信定时同步方法，其特征在于：包括粗同步、门限判决、精同步；粗同步基于延迟自相关算法粗同步，估算出SYNCP与SYNCM分界点，取分界点前后各3072个点的序列与本地序列[SYNCP, SYNCP, SYNCM, SYNCM]做互相关运算，精同步基于互相关运算的精同步；采用互相关方法实现，根据互相关幅度峰值估计定时同步点。
所述的粗同步为将预处理后的数字序列
经延时器延迟N再取共轭后，输入乘法器与
相乘，对乘积滑动求和，求和长度为
，计算得延迟相关和
，
模平方运算后输入除法器；对延迟N的序列
取模平方，滑动求和，求和长度为
，计算得延迟相关和
，
平方运算后输入除法器；除法器输出同步度量函数
，
最大值时的
，即粗同步位置的估计；在通过自相关粗同步位置时，还能估计出小数采样频偏，并消除频偏。
所述的门限判决为噪声及干扰降低同步度量函数
的峰值且使峰值偏移，根据同步度量函数的波形特征判定，以提高鲁棒性；
计算结果与门限值，大于阈值接着进行精同步。
所述的精同步为进行小数频偏补偿后的还可能存在整数采样频偏，考虑到电力线通信的使用环境及电子元器件的精度，整数采样频偏通常很小，取±3ppm，±2ppm，±1ppm和0ppm；为降低计算量，故将整数频偏补偿到本地序列x(n)上，然后与r(n)进行互相关；r(n)经延时器延迟k输入乘法器与
相乘，对乘积滑动求和后取模平方，求和长度为6N-1，得到
，输入到除法器；r(n)取模平方滑动求和得r(n)的能量，x(n)取模平方滑动求和得x(n)的能量，r(n)的能量与x(n)的能量输入到乘法器，乘积作为除数输入到除法器，除法器的输出经峰值检测得
，取7种不同整数频偏补偿计算的最大
，可得精确的同步位置，同时得到整数采样频偏估计。
根据互相关幅度峰值估计定时同步点的技术方案为：
（1）消除副峰
增加相关运算长度为9N，其中N为SYNCP长度，相关运算的两序列之间延迟N，能够消除副峰，其自相关运算为：
2）消除同步度量函数曲线平台
为消除循环前缀带来的同步函数曲线平台，进一步增加自相关运算长度；循环前缀长度512，对前124个加窗做等效长度处理；等效长度加上（512-124），作为相关运算进一步增加的长度，此长度记为M；则自相关运算的长度为L=9N+M；计算公式为：
（3）提高定时同步鲁棒性
利用同步度量函数
最大值
前后5个数据均值除以同步度量函数
前后5个数据均值，与阈值
比较，高于阈值说明接收到信号，进一步进行精同步，低于阈值说明没有接收到信号，提高定时同步的鲁棒性；
（4）提高定时同步精度
在粗同步的基础上，估算出SYNCP与SYNCM分界点，取分界点前后各3072个点的序列，记为
, 
与本地序列
做互相关运算，将互相关函数归一化后取模平方作为精同步度量函数，公式为：
与现有技术相比，本发明的有益效果为：有多个训练序列的帧前导，延迟一个训练序列的长度，消除同步度量函数副峰，消除的副峰以主峰斜坡上的波动呈现。循环前缀的长度计入相关运算长度，加窗部分等效处理，同步度量函数主峰尖锐，无平台效应。根据同步度量函数波形特征，设定阈值提高定时同步的鲁棒性，级联互相关作为精同步，提高同步性能。
附图说明
图1为本发明精同步方案流程图。
图2为本发明粗同步方案流程图。
具体实施方式
如图所示：一种改进的电力线通信定时同步方法，其特征在于：包括粗同步、门限判决、精同步；粗同步基于延迟自相关算法粗同步，估算出SYNCP与SYNCM分界点，取分界点前后各3072个点的序列与本地序列[SYNCP, SYNCP, SYNCM, SYNCM]做互相关运算，精同步基于互相关运算的精同步；采用互相关方法实现，根据互相关幅度峰值估计定时同步点。
所述的粗同步为将预处理后的数字序列
经延时器延迟N再取共轭后，输入乘法器与
相乘，对乘积滑动求和，求和长度为
，计算得延迟相关和
，
模平方运算后输入除法器；对延迟N的序列
取模平方，滑动求和，求和长度为
，计算得延迟相关和
，
平方运算后输入除法器；除法器输出同步度量函数
，
最大值时的
，即粗同步位置的估计；在通过自相关粗同步位置时，还能估计出小数采样频偏，并消除频偏。
所述的门限判决为噪声及干扰降低同步度量函数
的峰值且使峰值偏移，根据同步度量函数的波形特征判定，以提高鲁棒性；
计算结果与门限值，大于阈值接着进行精同步。
所述的精同步为进行小数频偏补偿后的还可能存在整数采样频偏，考虑到电力线通信的使用环境及电子元器件的精度，整数采样频偏通常很小，取±3ppm，±2ppm，±1ppm和0ppm；为降低计算量，故将整数频偏补偿到本地序列x(n)上，然后与r(n)进行互相关；r(n)经延时器延迟k输入乘法器与
相乘，对乘积滑动求和后取模平方，求和长度为6N-1，得到
，输入到除法器；r(n)取模平方滑动求和得r(n)的能量，x(n)取模平方滑动求和得x(n)的能量，r(n)的能量与x(n)的能量输入到乘法器，乘积作为除数输入到除法器，除法器的输出经峰值检测得
，取7种不同整数频偏补偿计算的最大
，可得精确的同步位置，同时得到整数采样频偏估计。
根据互相关幅度峰值估计定时同步点的技术方案为：
（1）消除副峰
增加相关运算长度为9N，其中N为SYNCP长度，相关运算的两序列之间延迟N，能够消除副峰，其自相关运算为：
2）消除同步度量函数曲线平台
为消除循环前缀带来的同步函数曲线平台，进一步增加自相关运算长度；循环前缀长度512，对前124个加窗做等效长度处理；等效长度加上（512-124），作为相关运算进一步增加的长度，此长度记为M；则自相关运算的长度为L=9N+M；计算公式为：
（3）提高定时同步鲁棒性
利用同步度量函数
最大值
前后5个数据均值除以同步度量函数
前后5个数据均值，与阈值
比较，高于阈值说明接收到信号，进一步进行精同步，低于阈值说明没有接收到信号，提高定时同步的鲁棒性；
（4）提高定时同步精度
在粗同步的基础上，估算出SYNCP与SYNCM分界点，取分界点前后各3072个点的序列，记为
, 
与本地序列
做互相关运算，将互相关函数归一化后取模平方作为精同步度量函数，公式为：
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 (5)
1.一种改进的电力线通信定时同步方法，其特征在于：包括粗同步、门限判决、精同步；粗同步基于延迟自相关算法粗同步，估算出SYNCP与SYNCM分界点，取分界点前后各3072个点的序列与本地序列[SYNCP, SYNCP, SYNCM, SYNCM]做互相关运算，精同步基于互相关运算的精同步；采用互相关方法实现，根据互相关幅度峰值估计定时同步点。
2.根据权利要求1所述的一种改进的电力线通信定时同步方法，其特征在于：所述的粗同步为将预处理后的数字序列
经延时器延迟N再取共轭后，输入乘法器与
相乘，对乘积滑动求和，求和长度为
，计算得延迟相关和
，
模平方运算后输入除法器；对延迟N的序列
取模平方，滑动求和，求和长度为
，计算得延迟相关和
，
平方运算后输入除法器；除法器输出同步度量函数
，
最大值时的
，即粗同步位置的估计；在通过自相关粗同步位置时，还能估计出小数采样频偏，并消除频偏。
3.根据权利要求1所述的一种改进的电力线通信定时同步方法，其特征在于：所述的门限判决为噪声及干扰降低同步度量函数
的峰值且使峰值偏移，根据同步度量函数的波形特征判定，以提高鲁棒性；
计算结果与门限值，大于阈值接着进行精同步。
4.根据权利要求1所述的一种改进的电力线通信定时同步方法，其特征在于：所述的精同步为进行小数频偏补偿后的还可能存在整数采样频偏，考虑到电力线通信的使用环境及电子元器件的精度，整数采样频偏通常很小，取±3ppm，±2ppm，±1ppm和0ppm；为降低计算量，故将整数频偏补偿到本地序列x(n)上，然后与r(n)进行互相关；r(n)经延时器延迟k输入乘法器与
相乘，对乘积滑动求和后取模平方，求和长度为6N-1，得到
，输入到除法器；r(n)取模平方滑动求和得r(n)的能量，x(n)取模平方滑动求和得x(n)的能量，r(n)的能量与x(n)的能量输入到乘法器，乘积作为除数输入到除法器，除法器的输出经峰值检测得
，取7种不同整数频偏补偿计算的最大
，可得精确的同步位置，同时得到整数采样频偏估计。
5.根据权利要求1所述的一种改进的电力线通信定时同步方法，其特征在于：根据互相关幅度峰值估计定时同步点的技术方案为：
（1）消除副峰
增加相关运算长度为9N，其中N为SYNCP长度，相关运算的两序列之间延迟N，能够消除副峰，其自相关运算为：
2）消除同步度量函数曲线平台
为消除循环前缀带来的同步函数曲线平台，进一步增加自相关运算长度；循环前缀长度512，对前124个加窗做等效长度处理；等效长度加上（512-124），作为相关运算进一步增加的长度，此长度记为M；则自相关运算的长度为L=9N+M；计算公式为：
（3）提高定时同步鲁棒性
利用同步度量函数
最大值
前后5个数据均值除以同步度量函数
前后5个数据均值，与阈值
比较，高于阈值说明接收到信号，进一步进行精同步，低于阈值说明没有接收到信号，提高定时同步的鲁棒性；
（4）提高定时同步精度
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