CN113556150A

CN113556150A - 一种用于电力线载波通信的帧检测方法

Info

Publication number: CN113556150A
Application number: CN202110576386.0A
Authority: CN
Inventors: 杨旭磊; 严由辉; 彭锦; 孙文; 段杰
Original assignee: Qingdao Topscomm Communication Co Ltd
Current assignee: Qingdao Topscomm Communication Co Ltd
Priority date: 2021-05-26
Filing date: 2021-05-26
Publication date: 2021-10-26

Abstract

本发明公开了一种用于电力线载波通信的帧检测方法。所述的帧检测方法涉及电力线载波通信，包含数字下采样处理、数字移频、滤波器滤噪、数据截位处理，能量计算，接收信号与本地序列进行互相关计算、帧检测检测处理，在保证帧检测的鲁棒性的同时，降低计算的复杂度，提高电力线通信的性能。

Description

一种用于电力线载波通信的帧检测方法

技术领域

本发明涉及电力线载波***通信，尤其涉及电力线载波通信帧检测方法的实现。

背景技术

近年来，随着通信行业的发展，电力线网络因为具有广阔的覆盖面积，既可以当作电线，又可以当作网线使用。所以电力线网络很有潜力成为有线传输通信中最佳的传输方式，但必须保证信息的有效传输。对于电力线载波通信来讲，***的可靠性特别重要，如果可靠性较低，将会导致通信***性能下降，影响数据传输。而电力线通信技术存在许多难点，如信号衰弱强，同时伴随多径时延，此外电力线上负载较多，且可以随时、随地、随意切入，形成了多种噪声的干扰，噪声的复杂性必定会对通信信号造成严重的干扰。为此，电力线载波通信中的关键点——帧检测方法的鲁棒性对于提高通信质量构建稳健的通信***具有重大意义。帧检测作为辨识信号的第一个门户，高可靠性的帧检测方法能够在低信噪比的环境下保证低误检率以及低漏检率。因此低复杂性以及高可靠性的帧检测方法一直是信号检测研究的主要方向之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了弥补上述现有技术的不足，提出了一种用于电力线载波通信的帧检测方法。该方法计算复杂度较低，可靠性较高，适用于环境恶劣的电力线载波通信。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：本发明提出了一种用于电力线载波通信的帧检测方法，包含以下步骤：

步骤1，对接收到的信号进行下采样处理，使信号速率达到要求的速率；

步骤2，将下采样的数据进行移频处理，将数据频段移频到零中频；

步骤3，将移频后的数据进行滤波器滤波处理，滤除带外噪声；

步骤4，对滤波后的数据进行截位处理；

步骤5，对截位后的数据进行能量计算以及与本地序列进行互相关计算；

步骤6，利用计算的能量与互相关结果进行帧检测判断处理。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

1.通过移频和滤波器配合，不仅减少了带外噪声的影响，而且使用虚实部进行互相关计算比只采用实部进行互相关计算，结果更稳定可靠；

2.通过对数据截位处理，降低了互相关计算的复杂性；

3.简化能量计算，只对数据进行取模求和处理，确保能量结果与互相关结果保持同一数量级；

4.通过能量结果乘以系数作为动态阈值，降低了噪声引起的误检率；

5.对该符号互相关结果与上一个符号互相关结果，二者对应位置叠加平均处理，取模输出，不仅降低了噪声的影响，同时保证了符号峰值的稳定性，提高了帧检测的鲁棒性。

附图说明

附图是本发明的实施例，用来进一步理解和解释本发明，因此不应被当作是对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明用于电力线载波通信的帧检测方法的处理流程图；

图2为本发明用于电力线载波通信的帧检测方法的互相关计算示意图；

图3为本发明用于电力线载波通信的帧检测方法的互相关结果对比图；

图4是本发明用于电力线载波通信的帧检测方法的帧检测成功率对比结果图；

图5是本发明用于电力线载波通信的帧检测方法的帧检测漏检率对比结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对照附图对本发明做进一步详细说明：

本实施例一种用于电力线载波通信的帧检测方法，其参数设置如下表1所示：

表1

参数	取值
		频段	G3 PLC协议中的CENELEC-B
信噪比	-8～6dB(数据段频域信噪比)
		包数	10000(每个信噪比)

实施例的帧检测方法，帧检测的流程如图1所示，对于输入的数据首先进行滤波以及下采样处理；然后对下采样后的数据进行移频处理，使有效数据频移到零中频，同时实数数据变成复数数据；然后对移频后的数据进行滤波，滤除带外干扰噪声；对滤波后的数据进行截位处理，减少有效数据的位宽。使用截位后的数据分别进行能量计算与互相关计算，利用计算得出的能量结果与互相关结果进行帧检测判断，已确定接收到的信号是否是一个真正的帧信号。

图1中，实施例的帧检测方法，帧检测流程包括6个步骤：

步骤1：滤波器为低通滤波器，下采样后的数据速率为0.4M。

步骤2：通过循环使用[1，-j，-1，j]乘以下采样之后的数据，完成移频。

步骤3：使用的滤波器为低通滤波器，通带带宽为信号所占频点的带宽。

步骤4：对信号进行截位处理共保留n位，一位符号位，n-1位数据，大于2^n-1-1的数据保留为2^n-1-1，小于-2^n-1的数据保留为-2^n-1，其他数据可以使用n位进行全精度保留，本实施例n＝6。

步骤5：该步骤包含能量计算与互相关计算。

能量计算，实际上使用幅值代替为能量值，每个点的能量为数据的模值，计算能量的滑窗长度为一个OFDM符号的长度。

互相关计算，本地序列按照[-1，0，1]进行保存，虚部与实部本地序列长度各为一个OFDM符号的长度。

该互相关计算采用实部与虚部共同参与互相关计算的方法。

如图2所示，在完成虚实部的互相关计算后，将计算结果与上一个符号周期的互相关取模前的结果进行叠加后取平均处理，然后进行取模处理后作为本次符号的互相关输出结果

步骤6：利用能量计算结果与互相关计算结果进行帧检测判断。

在该步骤中，能量值乘以系数a(0<a<1，建议取值为a的取值为1/8～1/2之间)作为检测互相关峰值的一个动态阈值，本实施例a＝1/4。

在每个符号周期内，对互相关峰值进行搜索，认为该符号周期内出现峰值的条件是，该符号周期内的最大值大于动态阈值。

帧检测成功的判断标准是，连续三个符号出现峰值，并且峰值呈现周期性。

峰值周期性的条件是，两个峰值间距的点数为T-ΔT与T+ΔT之间，T为一个符号周期的点数(本实施例T＝256)，ΔT为可设系数(本实施例ΔT＝6)。

为了更加直观的说明本发明的性能，首先对本实施例中使用的虚实部进行互相关计算与传统的只使用实部进行互相关计算的方法进行对比；然后将实施例的帧检测方法与传统的帧检测方法进行了比较。

如图3所示，在CENELEC-B频段(可用子载波数为16)，传统方式会出现多个侧峰，而且峰值会随着采样点的不同产生波动，而本实施例使用虚实部进行互相关计算的结果，峰值点更稳定，而且不受采样起始位置的影响。

为了验证本实施例帧检测方法的性能，对本实施例方法与传统方法进行了对比，两者都采样用能量乘以固定系数作为动态阈值，连续检测到三个峰值作为帧检测成功的标识，在保证几乎没有误检的条件下，对比正检率与漏检率，比较结果如图4、图5所示。从图中可以看出，通过对比帧检测的正检率、漏检率，本实施例的性能都有较为明显的提升，而且通过简化计算，实施例所用的计算资源并不多。因此，实施例是一种较为优异的帧检测方案，适用于复杂的电力线环境。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于电力线载波通信的帧检测方法，其特性在于，包括以下步骤：

步骤4，对滤波后的数据进行截位处理；

步骤6，利用计算的能量与互相关结果进行帧检测判断处理。

2.根据权利要求1中所述的一种用于电力线载波通信的帧检测方法，其特征在于：

所述步骤4中，对数据进行截位处理：对小于阈值的数据完全保留，对于超过阈值的数据，按照给定位宽的最大值进行保留。

3.根据权利要求1中所述的一种用于电力线载波通信的帧检测方法，其特征在于：

所述步骤5中，能量计算的方法为：对接收到的数据进行取模处理，用一定长度作为滑窗长度，对滑窗中的数据进行累加得到能量值。

4.根据权利要求1中所述的一种用于电力线载波通信的帧检测方法，其特征在于：

所述步骤5中，互相关计算为虚实部互相关计算，该符号的互相关输出结果为前一个符号互相关的结果(取模前的结果)与该符号与本地序列进行互相关计算的结果，二者对应位置叠加平均后，取模输出。

5.根据权利要求1中所述的一种用于电力线载波通信的帧检测方法，其特征在于：

所述步骤6中，帧检测判断方法为：通过能量乘以一个系数作为一个动态阈值，当每个符号周期的互相关结果的最高峰大于阈值，并且最高峰的周期性满足设定的要求，即为帧检测成功，否则为失败。