CN115776314B - 一种hplc双模无线系统同步检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种HPLC双模无线系统同步检测方法及装置，涉及通信技术领域，解决了STF检测易找到假峰而导致整包数据解错或丢失的技术问题，其技术方案要点是通过对STF序列进行共轭相乘、滑动相关、多段累加和能量计算，将最终得到的相关值结果和能量值结果上报给软件，由软件完成峰值搜索以及门限判决，从而完成同步检测。由于双模HRF制式带宽较小，采样速率较低，对于基带处理时充较为宽松，因此使用软件的方式进行峰值搜索，具有更高的灵活性。通过对两个峰值进行合并，对旁瓣抑制有明显效果，大大提高了峰值的幅度，削弱了假峰；且在峰的周边还有相互抵消的部分，能够保证峰值更加明显，误同步率更低，准确度更高。

Description

一种HPLC双模无线系统同步检测方法及装置

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种HPLC双模无线系统同步检测方法及装置。

背景技术

在电网通信领域，主要以高速电力线载波通信（HPLC）为主，这是以电力线为载体的有线通信系统。为了弥补有线通信的局限性，国家电网推出了新的标准，即采用高速电力线载波（HPLC）和高速无线（HRF）通信技术相结合的双模制式进行数据传输的通信技术。

双模系统中的高速无线通信技术，是一种在无线空间中进行数据传输的宽带载波技术，同样采用正交频分复用(OFDM)技术，通信频段支持470MHz～510MHz。对于无线突发信号的同步检测，是无线通信中最重要的环节之一。

同步检测主要利用无线通信协议中的前导序列实现，前导包括STF序列和LTF序列，均为周期序列，STF为短训练序列，LTF为长训练序列。

现有技术中主要利用接收到的信号进行STF序列的相关计算，得到峰值完成定时同步，当外场环境，存在频偏、多径衰落等干扰情况下，STF检测很容易找到假峰。一旦同步检测失败，会导致整包数据解错或丢失。

发明内容

本申请提供了一种HPLC双模无线系统同步检测方法及装置，其技术目的是提升STF序列的相关峰值，抑制假峰，提升同步检测的整体性能。

本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种HPLC双模无线系统同步检测方法，包括：

S1：对STF序列进行延迟，得到延迟STF序列，将延迟STF序列与STF序列进行共轭相乘，得到共轭STF相乘序列；

S2：根据配置的滑动窗长对共轭STF相乘序列进行滑动得到第一滑动STF序列，将第一滑动STF序列与共轭STF相乘序列进行相加，得到第二滑动STF序列；

S3：对第二滑动STF序列进行多段加权累加，得到输出STF相关结果；

S4：对STF序列进行能量检测，得到STF序列的平均能量；

S5：将两个输出STF相关结果进行叠加得到最终STF相关结果，同时将两个平均能量进行直接相加，得到最终能量，将最终STF相关结果和最终能量进行上报；

S6：根据最终STF序列和最终能量进行峰值搜索。

进一步地，步骤S2中，对共轭STF序列进行滑动前，先对共轭STF序列进行延迟，得到延迟共轭STF相乘序列，再根据配置的滑动窗长对延迟共轭STF相乘序列进行滑动得到第一滑动STF序列。

进一步地，步骤S3中，对第二滑动STF序列进行加权累加时，包括：对第二滑动STF序列进行延迟，得到8段延迟滑动序列，将该8段延迟滑动序列和第二滑动STF序列根据配置的正负符号进行加权累加，得到输出STF序列。

进一步地，步骤S4中，对STF序列进行能量检测，包括：对STF序列进行平方计算，得到平方STF序列，对平方STF序列进行延迟得到延迟平方STF序列，将平方STF序列减去延迟平方STF序列得到STF序列的平均能量。

进一步地，步骤S5中，将两个输出STF相关结果进行叠加前，对输出STF相关结果进行处理，包括：

S51：对输出STF相关结果进行cordic_arctan 运算，得到θ；

S52：通过θ得到t1，t1=θ * N；其中，N表示两个输出STF相关结果的相关差的时延系数；

S53：通过cordic_exp 计算相位补偿，得到exp(t1)；

S54：将exp(t1)与输出STF相关结果进行复数相乘，得到对输出STF相关结果补偿后的值。

一种HPLC双模无线系统同步检测装置，该装置包括第一计算单元、第二计算单元、合并单元和CPU，所述第一计算单元和所述第二计算单元均包括：

共轭相乘模块，对STF序列进行延迟，得到延迟STF序列，将延迟STF序列与STF序列进行共轭相乘，得到共轭STF相乘序列；

滑动相关模块，根据配置的滑动窗长对共轭STF相乘序列进行滑动得到第一滑动STF序列，将第一滑动STF序列与共轭STF相乘序列进行相加，得到第二滑动STF序列；

多段累加模块，对第二滑动STF序列进行多段加权累加，得到输出STF相关结果；

能量计算模块，对STF序列进行能量检测，得到STF序列的平均能量；

其中，合并单元用于对第一计算单元和第二计算单元的输出STF相关结果进行叠加得到最终STF相关结果，同时将第一计算单元和第二计算单元计算的平均能量进行直接相加，得到最终能量，并将最终STF相关结果和最终能量向CPU进行上报；

CPU根据最终STF相关结果和最终能量进行峰值搜索。

进一步地，所述共轭相乘模块包括：

第一延迟单元，对STF序列进行延迟，得到延迟STF序列；

共轭乘法单元，将延迟STF序列与STF序列进行共轭相乘，得到共轭STF相乘序列；

所述滑动相关模块包括：

第二延迟单元，对共轭STF相乘序列进行延迟，得到延迟共轭STF相乘序列；

滑动单元，根据配置的滑动窗长对延迟共轭STF相乘序列进行滑动得到第一滑动STF序列。

进一步地，所述多段累加模块包括：

第三延迟单元，对第二滑动STF序列进行延迟，得到8段延迟滑动序列；

多段求和单元，将该8段延迟滑动序列和第二滑动STF序列根据配置的正负符号进行加权累加，得到输出STF相关结果。

进一步地，所述能量计算模块包括：

平方和计算单元，对STF序列进行平方计算，得到平方STF序列；

数据缓存延迟单元，对平方STF序列进行延迟得到延迟平方STF序列；

加减法器，将平方STF序列根据延迟窗长进行滑动累加得到STF序列的平均能量。

进一步地，所述合并单元包括：

cordic单元，对输出STF相关结果进行cordic_arctan 运算，得到θ，通过θ得到t1，t1=θ * N，通过cordic_exp 计算相位补偿，得到exp(t1)；其中，N表示两个输出STF相关结果的相关差的时延系数；

复数乘法单元，将exp(t1)与输出STF相关结果进行复数相乘，得到对输出STF相关结果补偿后的值；

加法单元，对第一计算单元和第二计算单元的输出STF相关结果补偿后的值进行叠加，得到最终STF相关结果；对第一计算单元和第二计算单元输出的平均能量进行直接相加，得到最终能量。

本申请的有益效果在于：本申请所述的HPLC双模无线系统同步检测方法及装置，通过对STF序列进行共轭相乘、滑动相关、多段累加和能量计算，将最终得到的相关值结果和能量值结果上报给软件，由软件完成峰值搜索以及门限判决，从而完成同步检测。由于双模HRF制式带宽较小，采样速率较低，对于基带处理时充较为宽松，因此使用软件的方式进行峰值搜索，具有更高的灵活性。通过对两个峰值进行合并，对旁瓣抑制有明显效果，大大提高了峰值的幅度，削弱了假峰；且在峰的周边还有相互抵消的部分，能够保证峰值更加明显，误同步率更低，准确度更高。

附图说明

图1为STF帧格式示意图；

图2为本申请所述HPLC双模无线系统同步检测装置的示意图；

图3为多段加权累加示意图；

图4为本申请所述HPLC双模无线系统同步检测方法的流程图；

图5为本申请两路STF序列叠加后的效果示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案进行详细说明。

在国网双模标准高速无线系统中，采用Burst通信方式，其物理层发送的PPDU(Physical Layer Protocol Data Unit，物理层协议数据单元)帧结构由前导、SIG、PHR和PSDU 组成；其中，前导分为STF(Short Training Field，短训练域)序列和LTF(LongTraining Field ,长训练域)序列，均为周期序列，STF为短训练序列，LTF为长训练序列。

STF时域帧格式的结构如图1所示。在STF序列中，一共有4个STF OFDM符号，其中，Option1和Option2每个OFDM符号前加入的CP（循环前缀）长度为1/4个OFDM符号长度，Option3直接进行OFDM符号复制，最终每个模式STF长度都为5个FFT长度。对于Option1，每个FFT长度的符号内，有8组重复的数据，对于Option2，每个FFT长度的符号内，有4组重复的数据，对于Option3，每个FFT长度的符号内，有2组重复的数据。同时加入1个10比特的扰码序列，扰码序列为[-1 -1-1 -1 1 1 -1 -1 -1 1]。

同时，物理层OFDM符号有三种模式，Option1的FFT点数为128，Option2的FFT点数为64，Option3的FFT点数为32。从而可知图1中每个S均对应16个时域采样点数。根据STF的以上特性，可以采用相关算法来得到帧边界，实现接收过程中帧同步的目的。

本申请所述的HPLC双模无线系统同步检测装置如图2所示，该装置包括第一计算单元、第二计算单元、合并单元和CPU，所述第一计算单元和所述第二计算单元均包括共轭相乘模块、滑动相关模块、多段累加模块和能量计算模块。

共轭相乘模块，对STF序列进行延迟，其延迟的长度可配置，得到延迟STF序列，将延迟STF序列与STF序列进行共轭相乘，得到共轭STF相乘序列。

具体地，共轭相乘模块包括第一延迟单元和共轭乘法单元，第一延迟单元用于对STF序列进行延迟，得到延迟STF序列；共轭乘法单元用于将延迟STF序列与STF序列进行共轭相乘，得到共轭STF相乘序列。

相关计算比较常用的方法是对接收信号进行延时自相关计算，延时的拍数与STF的序列周期有关。延迟自相关的计算公式如下：

其中，T表示延迟周期，选择16的整数倍；r(n)表示输入的STF序列；R表示相关结果。

如图2所示，第一延迟单元Delay_RAM1最大支持192深度，可配置16/32/48/64/96/192的延迟长度。

滑动相关模块，根据配置的滑动窗长对共轭STF相乘序列进行滑动得到第一滑动STF序列，将第一滑动STF序列与共轭STF相乘序列进行相加，得到第二滑动STF序列。

具体地，滑动相关模块包括第二延迟单元和滑动单元，第二延迟单元用于对共轭STF相乘序列进行延迟，得到延迟共轭STF相乘序列；滑动单元用于根据配置的滑动窗长对延迟共轭STF相乘序列进行滑动得到第一滑动STF序列。

第二延迟单元Delay_RAM2最大支持64深度，用为FIFO功能，可配置为16/32/64的滑窗长度。滑动单元即为加法器，例如当滑动窗长=16时，滑动单元输入为d1,d2,d3,…时，其依次输出结果为：。

多段累加模块，对第二滑动STF序列进行多段加权累加，得到输出STF相关结果。

具体地，多段累加模块包括第三延迟单元和多段求和单元，第三延迟单元用于对第二滑动STF序列进行延迟，得到8段延迟滑动序列；多段求和单元用于将该8段延迟滑动序列和第二滑动STF序列根据配置的正负符号进行加权累加，得到输出STF相关结果。

如图3所示，第三延迟单元Dealys_RAM3实现了8段数据的缓存，每段缓存长度可配置，支持16/32/64。具体实现时，使用1个深度为512的Spram来实现。

其中多段求和单元的多段求和功能，是将8段缓存节点数据和在线数据共9段进行累加，同时这9段需要按照配置的正负符号进行加权相加。比如9段数据分别为din1,din2,din3,…,din9,对应配置的9段符号为(-1,1,1,-1,1,-1,1,1,1), 得到的结果为-din1+din2+din3-din4+din5-din6+din7+din8+din9。

多段求和单元的分段数支持可配置，支持3～9可配，可根据实现场景进行调整。

能量计算模块，对STF序列进行能量检测，得到STF序列的平均能量，将平均能量作为峰值搜索的门限计算。

能量计算模块包括平方和计算单元、数据缓存延迟单元和加减法器，平方和计算单元用于对STF序列进行平方计算，得到平方STF序列；数据缓存延迟单元用于对平方STF序列进行延迟得到延迟平方STF序列；加减法器用于将平方STF序列减去延迟平方STF序列得到STF序列的平均能量。

合并单元用于对第一计算单元和第二计算单元的输出STF相关结果进行叠加得到最终STF相关结果，同时将第一计算单元和第二计算单元计算的平均能量进行直接相加，得到最终能量，并将最终STF相关结果和最终能量向CPU进行上报。

第一计算单元和第二计算单元是完全一样的计算单元，均支持独立可配置参数。合并单元将对第一计算单元和第二计算单元的2套相关结果和能量进行合并。

相关结果的合并，需要考虑第一计算单元和第二计算单元在不同延迟配置情况的区别。当存在频偏时，由于两路相位变化不同，导致振幅相加存在相消的情况，所以需要对两路相关结果进行相位补偿。需要用到1个Cordic单元、1个复数乘法单元和1个加法单元，实现过程如下：

（1）cordic单元用于对第一计算单元的输出STF相关结果y1进行cordic_arctan运算，得到θ，通过θ得到t1，t1=θ * N，通过cordic_exp 计算相位补偿，得到exp(t1)；其中，N表示两个输出STF相关结果的相关差的时延系数。

（2）复数乘法单元用于将exp(t1)与输出STF相关结果y1进行复数相乘，得到对输出STF相关结果补偿后的值exp(t1)*y1；同理可得到第二计算单元的输出STF相关结果y2补偿后的值exp(t2)*y2。

（3）加法单元对exp(t1)*y1和exp(t2)*y2进行叠加，除以2并取模方，得到最终STF相关结果。另外，加法单元对第一计算单元和第二计算单元输出的平均能量进行直接相加，得到最终能量。

通过第一计算单元和第二计算单元的合并，可以对旁瓣抑制有明显效果，大大提高了峰值的幅度，削弱了假峰。参考图5，可以看出2路独立的峰值情况，以及合并之后的峰值分布。在相同的位置出现正极大，并且在峰的周边还有相互抵消的部分，能够保证峰值更加明显，误同步率更低，准确度更高。

CPU根据最终STF相关结果和最终能量进行峰值搜索。将合并单元得到的相关值结果和能量值结果上报给软件，由软件完成峰值搜索以及门限判决，从而完成同步检测。由于双模HRF制式带宽较小，采样速率较低，对于基带处理时充较为宽松，所以可以使用软件的方式进行峰值搜索，具有更高的灵活性。

如图4所示，本申请所述的HPLC双模无线系统同步检测方法，包括：

S1：对STF序列进行延迟，得到延迟STF序列，将延迟STF序列与STF序列进行共轭相乘，得到共轭STF相乘序列。

S2：根据配置的滑动窗长对共轭STF相乘序列进行滑动得到第一滑动STF序列，将第一滑动STF序列与共轭STF相乘序列进行相加，得到第二滑动STF序列。

S3：对第二滑动STF序列进行多段加权累加，得到输出STF相关结果。

S4：对STF序列进行能量检测，得到STF序列的平均能量。

S5：将两个输出STF相关结果进行叠加得到最终STF相关结果，同时将两个平均能量进行直接相加，得到最终能量，将最终STF相关结果和最终能量进行上报。

S6：根据最终STF相关结果和最终能量进行峰值搜索。

以上为本申请示范性实施例，本申请的保护范围由权利要求书及其等效物限定。

Claims (10)

1.一种HPLC双模无线系统同步检测方法，其特征在于，包括：

S1：对STF序列进行延迟，得到延迟STF序列，将延迟STF序列与STF序列进行共轭相乘，得到共轭STF相乘序列；其中，STF序列的延迟长度配置包括16、32、48、64、96和192；

S2：根据配置的滑动窗长对共轭STF相乘序列进行滑动得到第一滑动STF序列，将第一滑动STF序列与共轭STF相乘序列进行相加，得到第二滑动STF序列；

S3：对第二滑动STF序列进行多段加权累加，得到输出STF相关结果；

S4：对STF序列进行能量检测，得到STF序列的平均能量；

S5：将两个输出STF相关结果进行叠加得到最终STF相关结果，同时将两个平均能量进行直接相加，得到最终能量，将最终STF相关结果和最终能量进行上报；

S6：根据最终STF序列和最终能量进行峰值搜索。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，对共轭STF序列进行滑动前，先对共轭STF序列进行延迟，得到延迟共轭STF相乘序列，再根据配置的滑动窗长对延迟共轭STF相乘序列进行滑动得到第一滑动STF序列。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，对第二滑动STF序列进行加权累加时，包括：对第二滑动STF序列进行延迟，得到8段延迟滑动序列，将该8段延迟滑动序列和第二滑动STF序列根据配置的正负符号进行加权累加，得到输出STF相关结果。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，对STF序列进行能量检测，包括：对STF序列进行平方计算，得到平方STF序列，对平方STF序列进行延迟得到延迟平方STF序列，将平方STF序列减去延迟平方STF序列得到STF序列的平均能量。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，将两个输出STF相关结果进行叠加前，对输出STF相关结果进行处理，包括：

S51：对输出STF相关结果进行cordic_arctan运算，得到θ；

S52：通过θ得到t1，t1＝θ*N；其中，N表示两个输出STF相关结果的相关差的时延系数；

S53：通过cordic_exp计算相位补偿，得到exp(t1)；

S54：将exp(t1)与输出STF相关结果进行复数相乘，得到对输出STF相关结果补偿后的值。

6.一种HPLC双模无线系统同步检测装置，该装置包括第一计算单元、第二计算单元、合并单元和CPU，其特征在于，所述第一计算单元和所述第二计算单元均包括：

共轭相乘模块，对STF序列进行延迟，得到延迟STF序列，将延迟STF序列与STF序列进行共轭相乘，得到共轭STF相乘序列；其中，STF序列的延迟长度配置包括16、32、48、64、96和192；

滑动相关模块，根据配置的滑动窗长对共轭STF相乘序列进行滑动得到第一滑动STF序列，将第一滑动STF序列与共轭STF相乘序列进行相加，得到第二滑动STF序列；

多段累加模块，对第二滑动STF序列进行多段加权累加，得到输出STF相关结果；

能量计算模块，对STF序列进行能量检测，得到STF序列的平均能量；

其中，合并单元用于对第一计算单元和第二计算单元的输出STF相关结果进行叠加得到最终STF相关结果，同时将第一计算单元和第二计算单元计算的平均能量进行直接相加，得到最终能量，并将最终STF相关结果和最终能量向CPU进行上报；

CPU根据最终STF相关结果和最终能量进行峰值搜索。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述共轭相乘模块包括：

第一延迟单元，对STF序列进行延迟，得到延迟STF序列；

共轭乘法单元，将延迟STF序列与STF序列进行共轭相乘，得到共轭STF相乘序列；

所述滑动相关模块包括：

第二延迟单元，对共轭STF相乘序列进行延迟，得到延迟共轭STF相乘序列；

滑动单元，根据配置的滑动窗长对延迟共轭STF相乘序列进行滑动得到第一滑动STF序列。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述多段累加模块包括：

第三延迟单元，对第二滑动STF序列进行延迟，得到8段延迟滑动序列；

多段求和单元，将该8段延迟滑动序列和第二滑动STF序列根据配置的正负符号进行加权累加，得到输出STF相关结果。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述能量计算模块包括：

平方和计算单元，对STF序列进行平方计算，得到平方STF序列；

数据缓存延迟单元，对平方STF序列进行延迟得到延迟平方STF序列；

加减法器，将平方STF序列根据延迟窗长进行滑动累加得到STF序列的平均能量。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述合并单元包括：

cordic单元，对输出STF相关结果进行cordic_arctan运算，得到θ，通过θ得到t1，t1＝θ*N，通过cordic_exp计算相位补偿，得到exp(t1)；其中，N表示两个输出STF相关结果的相关差的时延系数；

复数乘法单元，将exp(t1)与输出STF相关结果进行复数相乘，得到对输出STF相关结果补偿后的值；

加法单元，对第一计算单元和第二计算单元的输出STF相关结果补偿后的值进行叠加，得到最终STF相关结果；对第一计算单元和第二计算单元输出的平均能量进行直接相加，得到最终能量。

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