[发明专利]电力线通信的帧前导结构设计方法及同步检测方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力线通信，特别涉及窄带电力线通信的帧结构以及信号检测和同步。

背景技术

前导是帧结构中的重要组成部分，是为实现信号检测、同步、自动增益控制及信道估计等多种功能而设计，而正确的信号检测和同步是实现其它功能的基础。OFDM系统前导通常设计一系列重复的单元符号，籍此提供数据之间相关性，以便于接收机的识别，单元符号重复的模式直接影响信号检测和同步算法的设计。

窄带电力线载波通信G3-PLC标准使用OFDM通信方式，如图1所示，其帧结构包括前导部分、帧控制头部分（FCH）和数据部分。前导部分依次由8个完全相同的基本符号单元（SYNCP）和1.5个与SYNCP相位相反的反相符号单元（SYNCM）组成。该基本单元由具有良好相关特性的随机序列构成，如Zad-off Chu序列，其长度均为256个采样点。在接收器端，相位信息可通过相关检测法提取,并用于帧同步，理想情况下，反相信息对应延迟自相关函数的谷值点，为负数，对应本地互相关的负向峰值点。如图2b所示,帧同步过程确定前导部分的结束位置或数据部分的起始位置。

如果将前导部分的SYNCP相位信息描述为“1”、相位差为π的SYNCM的反相信息描述为“0”，则前导部分的基本结构可用码长为9的序二进制列“111111110”（最后0.5个SYNCM未示出）抽象表示，而在G3标准中决定帧同步位置的只有最后两位，如果检测不执行到前导的结束位置，或者最后一位出现错误，就不能获得帧同步信息，显然，因为该编码仅携带唯一的位置信息，编码的脆弱性较大。

实际通信时，电力线中存在多种脉冲干扰，有的脉冲干扰的幅度较大，甚至持续相当长的时间，并呈现一定的周期性。如果干扰刚好位于SYNCM的位置，影响到互相关峰值的判断,则该受干扰帧的帧同步过程可能就会失败,在帧同步过程之前所做的所有工作也不得不丢弃。

另外，由于该同步识别点位于且仅位于一帧中前导部分的最后，如果检测不执行到前导的结束位置，就不能获得同步信息。因此这种帧结构导致的同步检测时间较长。

ITU-T G.hnem标准针对电力线通信的FCC频段做了改进，如图3所示，其帧结构中引入两个新的连续信道估计CES符号单元，以为SYNCM提供保护。其第一个CES与SYNCM相同，第二个CES与SYNCP相同。这种模式保证即使当脉冲噪声持续时间达到1/4工频周期时，仍有至少一个SYNCM能够正确检测。但当噪声持续时间较长时，这种帧结构依然难以保证接收端帧同步的成功。

分析现有技术，其导致同步丢失或不准确的一个重要原因是前导部分的结构设计简单，提供的信息有限，且易受干扰，脆弱性较大，不论是G3-PLC标准的一个反相识别点还是ITU-T G.hnem标准的两个反相识别点，一旦这些识别点受到干扰，就会很难进行帧同步检测或造成帧同步检测不准。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明基于编码模式的思想改进了同步检测方法和装置以及前导部分的结构设计，在前导部分的结构设计中引入了多种编码模式，携带多种位置信息，并将同步问题转化为对特定结构模式的搜索，检测到任意一个编码模式即可预测帧同步位置，不需要检测一定执行到前导部分的结束位置，并可通过多种位置信息综合判断以提高检测的精确性，大大增强了同步检测的鲁棒性。

本发明提供了一种电力线通信的帧前导结构设计方法，所述帧包括前导部分、帧控制头部分和数据部分，所述前导部分包括基本符号单元和与所述基本符号单元相位相反的反相符号单元，所述基本符号单元由具有预定互相关特性的随机序列构成，在所述前导部分包括的x个符号单元中，每l个相邻的符号单元构成的符号单元组的相位组成结构均互不相同，其中l<x。

优选地，所述l取值为3，x取值为9.5，每个所述符号单元组的所述相位组成结构phase_struct_j如下：