專利名稱：通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)及其同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在特殊信道上進(jìn)行通信的系統(tǒng)同步方法及裝置，尤其涉及通信系
統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，以及發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的同步方法。
背景技術(shù)：
公用電網(wǎng)電力線所傳輸?shù)慕涣麟娭徽加昧?50Hz/60Hz的頻率資源。因此，電力線 有很寬的頻帶可以利用。電力線載波通信(PLC)系統(tǒng)，就是通過在電力線信號(hào)上疊加高頻 信號(hào)來進(jìn)行信息傳輸。該系統(tǒng)由于具有網(wǎng)絡(luò)分布廣、無須重新布線和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，近年 來引起人們的廣泛關(guān)注。將無處不在的電網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展成為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，特別是在低壓電 力線上進(jìn)行快速、可靠的數(shù)據(jù)通信，是PLC系統(tǒng)發(fā)展的重要方向之一。 然而低壓電力線信道同時(shí)也存在諸多劣勢(shì)頻率特性差(供電線是低頻、廉價(jià)的 鋁線或銅線；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨用戶負(fù)載接入隨機(jī)變化)；高頻通道不具有一般性(即不同線 路的特性差異極大，即使是同一條線路，其特性亦有時(shí)變性)；開關(guān)電源電器、無線電的干 擾；電力線上的輸入阻抗隨頻率的變化而劇烈變化，使發(fā)送端功率放大器的輸出阻抗和接 收端的輸入阻抗難以與之保持匹配，從而給電路設(shè)計(jì)帶來困難。 低壓電力線信道中的噪聲可分為兩大類背景噪聲(功率譜密度變化小，平坦，24 小時(shí)5dB左右)和脈沖噪聲(居民用電高峰時(shí)，10ms內(nèi)功率譜密度變化可達(dá)20dB以上)。 其中脈沖噪聲對(duì)PLC通信質(zhì)量造成的影響很大，由于其干擾幅度大，持續(xù)時(shí)間短，在數(shù)據(jù)連 續(xù)傳輸過程中會(huì)產(chǎn)生比特錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤。 由此可見，低壓電力線信道的環(huán)境十分復(fù)雜。但針對(duì)噪聲的特點(diǎn)，采用適當(dāng)?shù)木?碼、調(diào)制方法以及通信協(xié)議，在電力線信道上實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸是可能的。因此如何在復(fù) 雜信道環(huán)境下提高PLC系統(tǒng)傳輸信息的可靠性成為一個(gè)重要課題。 經(jīng)大量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，連接有多個(gè)干擾設(shè)備的典型低壓電力線上的噪聲在時(shí)域和 頻域上的表現(xiàn)都不是恒定的，而是以一定周期展現(xiàn)出平靜的時(shí)間段。如果采用非連續(xù)的數(shù) 據(jù)幀結(jié)構(gòu)，避開信道周期性惡化的時(shí)間區(qū)域發(fā)送數(shù)據(jù)的方式，并在接收端通過一定捕獲搜 索策略完成系統(tǒng)準(zhǔn)確同步的話，將很好的解決低壓PLC通信可靠性的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明提供一種通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)及其同步方法，能夠在PLC通信 系統(tǒng)以及有周期性變化的信道損害影響的其他介質(zhì)中可靠通信。 本發(fā)明提出一種通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)，適于通過周期性變化的信道發(fā)送數(shù)據(jù)，該發(fā)射 機(jī)包括相位檢測(cè)單元、定時(shí)成幀單元和調(diào)制單元。相位檢測(cè)單元檢測(cè)信道的特性變化周期 并產(chǎn)生周期指示信號(hào)。定時(shí)成幀單元將待發(fā)數(shù)據(jù)生成為非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀，其中按照該周期 指示信號(hào)在每幀待發(fā)數(shù)據(jù)的各有效數(shù)據(jù)之間插入預(yù)定間隙或時(shí)間延遲間隔。調(diào)制單元調(diào)制 并發(fā)送該非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀。 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)還可包括直序擴(kuò)頻單元，對(duì)上述
4定時(shí)成幀單元生成的非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行直接序列擴(kuò)頻后傳輸至上述調(diào)制單元。 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述周期性變化的信道為電力線載波通信信道，其中上
述特性變化周期為電力線載波通信信道交流電波形變化周期。 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述周期指示信號(hào)包括波峰指示信號(hào)和波谷指示信號(hào)。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀中的各有效數(shù)據(jù)介于電力線載波通 信信道交流電波形的相鄰波峰與波谷之間。 本發(fā)明還提出一種通信系統(tǒng)接收機(jī)，適于通過周期性變化的信道接收數(shù)據(jù)，該接 收機(jī)包括相位檢測(cè)單元、解調(diào)單元和同步搜索單元。相位檢測(cè)單元檢測(cè)信道的特性變化周 期并產(chǎn)生周期指示信號(hào)。解調(diào)單元解調(diào)從信道上接收的數(shù)據(jù)，其中該數(shù)據(jù)為非連續(xù)的數(shù)據(jù) 幀。同步搜索單元依照該周期指示信號(hào)同步捕獲非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀中的各有效數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述通信系統(tǒng)接收機(jī)還包括匹配濾波單元，對(duì)上述解調(diào) 單元解調(diào)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解擴(kuò)，并傳輸至上述同步搜索單元。 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述周期性變化的信道為電力線載波通信信道，其中上 述特性變化周期為電力線載波通信信道交流電波形變化周期。 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述周期指示信號(hào)包括波峰指示信號(hào)和波谷指示信號(hào)。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述同步搜索單元執(zhí)行以下步驟以同步捕獲所述非連續(xù) 的數(shù)據(jù)幀中的各有效數(shù)據(jù) 搜索滿足一單次捕獲策略的多個(gè)候選峰值； 對(duì)多個(gè)候選峰值進(jìn)行多次驗(yàn)證以確定真實(shí)信號(hào)相關(guān)峰，并將候選相關(guān)峰對(duì)應(yīng)的相 位位置標(biāo)志為同步相位；以及 進(jìn)行數(shù)據(jù)區(qū)間檢測(cè)，確定真實(shí)數(shù)據(jù)在一數(shù)據(jù)幀中的位置。 另一方面，本發(fā)明還提出一種通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的同步方法，適于通過周 期性變化的信道傳輸非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀，該方法包括以下步驟
檢測(cè)所述信道的特性變化周期并產(chǎn)生周期指示信號(hào)； 在發(fā)射機(jī)端按照所述周期指示信號(hào)在每幀待發(fā)數(shù)據(jù)的各有效數(shù)據(jù)之間插入預(yù)定 間隙或時(shí)間延遲間隔，以生成非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀；以及 在接收機(jī)端依照所述周期指示信號(hào)同步捕獲所述非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀中的各有效數(shù) 據(jù)。 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，依照上述周期指示信號(hào)同步捕獲上述非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀中 的各有效數(shù)據(jù)的步驟包括 搜索滿足一單次捕獲策略的多個(gè)候選峰值； 對(duì)所述多個(gè)候選峰值進(jìn)行多次驗(yàn)證以確定真實(shí)信號(hào)相關(guān)峰，并將候選相關(guān)峰對(duì)應(yīng) 的相位位置標(biāo)志為同步相位；以及 進(jìn)行數(shù)據(jù)區(qū)間檢測(cè)，確定真實(shí)數(shù)據(jù)在一數(shù)據(jù)幀中的位置。 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，搜索滿足一單次捕獲策略的候選峰值的步驟包括
采用最大似然法策略在每個(gè)碼相位周期內(nèi)找到最大相關(guān)值作為相對(duì)相關(guān)峰；以及
判斷所述相對(duì)相關(guān)峰是否超過預(yù)設(shè)的門限值，若超過預(yù)設(shè)的門限值，則將所述相 對(duì)相關(guān)峰作為候選相關(guān)峰值。 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，對(duì)上述候選峰值進(jìn)行多次驗(yàn)證以確定真實(shí)信號(hào)相關(guān)峰的步驟包括 在一數(shù)據(jù)幀之內(nèi)對(duì)所述多個(gè)候選相關(guān)峰的相位位置進(jìn)行比較，判斷其間距是否為 碼相位周期的整數(shù)倍；以及 如果兩個(gè)候選相關(guān)峰的相位位置的間距等于碼相位周期的整數(shù)倍，判定該兩個(gè)候 選相關(guān)峰為真實(shí)信號(hào)相關(guān)峰。 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述進(jìn)行數(shù)據(jù)區(qū)間檢測(cè)，確定真實(shí)數(shù)據(jù)在一數(shù)據(jù)幀中的 位置的步驟包括 對(duì)完成多次驗(yàn)證后的一幀數(shù)據(jù)，在每個(gè)可能符號(hào)內(nèi)，取出同步相位位置處的相關(guān) 能量值，以包含M個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)區(qū)間寬度依次對(duì)M個(gè)相關(guān)能量值求和，找到相對(duì)最大的能量 和值，則該能量和值對(duì)應(yīng)的M個(gè)符號(hào)位置即為數(shù)據(jù)區(qū)間。 綜上所述，本發(fā)明在低壓電力線載波等通信信道中采用非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，避 開信道周期性惡化的時(shí)間區(qū)域發(fā)送數(shù)據(jù)，并在接收端通過捕獲搜索策略完成系統(tǒng)準(zhǔn)確同 步，由此解決了在諸如低壓PLC通信等環(huán)境惡劣的信道中通信的可靠性問題。


為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具 體實(shí)施方式作詳細(xì)說明，其中 圖1示出本發(fā)明一實(shí)施例的低壓電力線載波通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖2示出本發(fā)明一實(shí)施例的通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)定時(shí)成幀的示意圖。 圖3示出本發(fā)明一實(shí)施例的通信系統(tǒng)接收機(jī)匹配濾波器結(jié)構(gòu)框圖。 圖4示出本發(fā)明一實(shí)施例的通信系統(tǒng)接收機(jī)相關(guān)能量值計(jì)算過程示意圖。 圖5示出本發(fā)明一實(shí)施例的通信系統(tǒng)接收機(jī)同步搜索流程示意圖。 圖6示出本發(fā)明一實(shí)施例的通信系統(tǒng)接收機(jī)AC檢測(cè)信號(hào)發(fā)生漂移的示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了解決在低壓電力線通信信道及其他周期性變化信道上進(jìn)行可靠通信的問題， 本發(fā)明提出了一種通信系統(tǒng)，發(fā)送端將數(shù)據(jù)在時(shí)間上以非連續(xù)方式發(fā)送，并在接收端采取 一定的捕獲及驗(yàn)證策略，對(duì)有效數(shù)據(jù)區(qū)間進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別，建立準(zhǔn)確的同步捕獲。值得說明的 是，在以下的實(shí)施例中，雖然是以低壓電力線載波通信系統(tǒng)進(jìn)行說明，但本發(fā)明也適用于其 他周期性變化的信道，通過檢測(cè)信道的特性變化周期并產(chǎn)生周期指示信號(hào)，可以使發(fā)送端 的有效數(shù)據(jù)避開噪聲出現(xiàn)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳送。 圖1示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的低壓電力線載波通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，具體描述如 下 該通信系統(tǒng)1000包括發(fā)射機(jī)100和接收機(jī)110，二者通過低壓電力線120耦接。 系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)100包括相位檢測(cè)單元101、定時(shí)成幀單元102、直序擴(kuò)頻單元103和調(diào)制單 元104。其中定時(shí)成幀單元102、直序擴(kuò)頻單元103和調(diào)制單元104按順序連接，并由調(diào)制 單元104連接到電力線120。相位檢測(cè)單元101連接電力線120與定時(shí)成幀單元102。相 位檢測(cè)單元IOI基于對(duì)工頻交流電(AC)波形的相位檢測(cè)定時(shí)周期性產(chǎn)生周期指示信號(hào)。
參照?qǐng)D2所示，對(duì)于低壓電力線信道，在線路電壓波峰/波谷附近區(qū)間(圖2中"重載區(qū)")的干擾和衰減很大，為提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕芷谥甘拘盘?hào)可包括波峰指示信號(hào) P和波谷指示信號(hào)V。依據(jù)這些指示信號(hào)，可在發(fā)射機(jī)端把時(shí)間軸分為多個(gè)區(qū)間，使得每一 幀待發(fā)送數(shù)據(jù)的各個(gè)有效數(shù)據(jù)區(qū)間在電力線120信號(hào)201的相鄰波峰與波谷的中間區(qū)域， 并與波峰/波谷相隔一段間隔。參照?qǐng)D2所示，以非連續(xù)的方式形成的數(shù)據(jù)幀202，在各幀 的有效數(shù)據(jù)之間插入預(yù)定間隙或時(shí)間延遲間隔G即，由此可避開信道時(shí)間軸上干擾和衰減 相對(duì)較大的區(qū)間，從而避免信噪比條件大幅惡化造成數(shù)據(jù)誤碼。 在一實(shí)施例中，本通信系統(tǒng)1000中的發(fā)射機(jī)100采用直序擴(kuò)頻通信技術(shù)的方法， 其具體實(shí)現(xiàn)步驟為首先經(jīng)定時(shí)成幀單元102定時(shí)成幀生成非連續(xù)數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)經(jīng)過一定 冗余編碼后，在擴(kuò)頻單元103用擴(kuò)展碼進(jìn)行直接序列擴(kuò)頻后，再經(jīng)調(diào)制單元104進(jìn)行QPSK 調(diào)制到較高頻率上并發(fā)送至電力線120。 隨著噪聲干擾強(qiáng)度的增加，通信系統(tǒng)要同樣達(dá)到的誤碼率，需要提高發(fā)射機(jī)的發(fā) 射功率(提高信噪比)。而擴(kuò)頻通信在一定的信道容量條件下，可以用減少發(fā)送信號(hào)功率， 增加信道帶寬的辦法達(dá)到提高信道容量的要求。因此本實(shí)施例將直序擴(kuò)頻通信技術(shù)應(yīng)用到 PLC系統(tǒng)中，可以進(jìn)一步提高通信系統(tǒng)可靠性。 當(dāng)然，在另一實(shí)施例中，也可以不經(jīng)直接序列擴(kuò)頻，直接將定時(shí)成幀單元102生成 的非連續(xù)數(shù)據(jù)幀經(jīng)調(diào)制單元104調(diào)制后發(fā)送?；蛘咭部梢圆捎闷渌麛U(kuò)頻、編碼或調(diào)制技術(shù)， 在此并不作限制。 繼續(xù)參照?qǐng)D1所示，通信系統(tǒng)1000中的接收機(jī)110包括解調(diào)單元111、匹配濾波單 元112、同步搜索單元114以及相位檢測(cè)單元113。其中解調(diào)單元111、匹配濾波單元112和 同步搜索單元114依次序連接，解調(diào)單元111連接到電力線120。相位檢測(cè)單元113連接電 力線120和同步搜索單元114。接收機(jī)110通過相位檢測(cè)113信號(hào)的指示，大致界定出每幀 的起止，并在此基礎(chǔ)上完成碼片相位的同步捕獲，精度可達(dá)士l/4chip。接收機(jī)110的具體 實(shí)現(xiàn)步驟為從電力線120上接收數(shù)據(jù)，在解調(diào)單元111進(jìn)行QPSK解調(diào)后，利用匹配濾波器 112進(jìn)行擴(kuò)展碼解擴(kuò)運(yùn)算，之后，在同步搜索單元114采用最大似然結(jié)合門限判決的策略進(jìn) 行快速單次捕獲，并對(duì)候選相關(guān)峰進(jìn)行多次驗(yàn)證后，利用相關(guān)能量軟值區(qū)間和的逐一比較， 檢測(cè)判定出真實(shí)數(shù)據(jù)在一幀中的區(qū)間位置。該單次捕獲、多次驗(yàn)證和數(shù)據(jù)區(qū)間檢測(cè)方法，可 以在AC檢測(cè)信號(hào)發(fā)生漂移和抖動(dòng)的時(shí)候，快速、準(zhǔn)確完成系統(tǒng)收發(fā)端的同步搜索。
下面參照?qǐng)D3-圖6更詳細(xì)描述接收機(jī)的處理流程。 首先，接收機(jī)在經(jīng)解調(diào)單元111的QPSK解調(diào)后得到同相/正交兩路基帶信號(hào)。參 照?qǐng)D3，利用匹配濾波器112分別對(duì)同相基帶信號(hào)和正交基帶信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)處理。匹配濾波 器112將本地產(chǎn)生的一個(gè)周期的同相擴(kuò)頻碼字和正交擴(kuò)頻碼字存儲(chǔ)起來，與輸入的同相基 帶信號(hào)和正交基帶信號(hào)作相關(guān)運(yùn)算，其本質(zhì)上是一個(gè)全并行的相關(guān)器，對(duì)一個(gè)碼字內(nèi)所有 相位都作相關(guān)，當(dāng)輸入碼相位完全對(duì)齊時(shí)，則產(chǎn)生相關(guān)峰，其它相位不會(huì)產(chǎn)生相關(guān)峰值。
然后，對(duì)兩路解擴(kuò)結(jié)果進(jìn)一步作運(yùn)算求相關(guān)能量值，計(jì)算過程參照?qǐng)D4，即對(duì)解擴(kuò) 主輸出信號(hào)和輔助輸出信號(hào)求平方和，再對(duì)其結(jié)果求平方根。得到的相關(guān)能量值為非負(fù)數(shù)。
權(quán)衡系統(tǒng)時(shí)鐘頻率、硬件實(shí)現(xiàn)規(guī)模和解擴(kuò)值相位精度等因素，匹配濾波器112以 1/4chip速率連續(xù)提供解擴(kuò)的相關(guān)能量值，用以進(jìn)行同步搜索。對(duì)于接收機(jī)來說，捕獲時(shí)間 和捕獲概率是衡量捕獲搜索性能的兩個(gè)重要指標(biāo)。為提高低信噪比情況下突發(fā)通信的捕獲 性能，以及解決收發(fā)端AC信號(hào)相位差較大、AC檢測(cè)信號(hào)漂移和抖動(dòng)影響到系統(tǒng)準(zhǔn)確同步接
7收的問題，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出如下的接收機(jī)同步搜索流程，請(qǐng)參照?qǐng)D5所示 首先利用接收端的相位檢測(cè)單元113檢測(cè)AC波形并發(fā)出周期指示信號(hào)，大致界定
出一幀發(fā)送數(shù)據(jù)的范圍。
以下步驟由同步搜索單元114執(zhí)行，包括 步驟141，利用單次捕獲策略搜索候選峰值。其進(jìn)一步包括 步驟142，即單次捕獲階段第一步采用最大似然捕獲策略，首先根據(jù)匹配濾波器 不斷計(jì)算出的解擴(kuò)相關(guān)能量值，在整個(gè)PN碼(偽隨機(jī)碼)相位周期上進(jìn)行搜索，通過逐一 比較后找到最大相關(guān)值peak_energy_N，并記錄其所對(duì)應(yīng)相位peak_phase_N(其中N = 1， 2，…)。 步驟143，即單次捕獲階段第二步對(duì)相對(duì)相關(guān)峰peak—energy—N進(jìn)行門限判決， 若peak_energy_N大于預(yù)設(shè)的門限值A(chǔ)，則將peak_energy_N作為第N號(hào)候選相關(guān)峰值，并 將其對(duì)應(yīng)相位作為第N號(hào)候選同步相位。如果一幀時(shí)間之內(nèi)N > 2，即一幀之內(nèi)找到2個(gè)及 2個(gè)以上相對(duì)相關(guān)峰過門限時(shí)，進(jìn)入步驟144進(jìn)行多次驗(yàn)證；否則返回單次捕獲步驟第一步 142繼續(xù)搜索。 步驟144，多次驗(yàn)證階段對(duì)一幀之內(nèi)找到的N個(gè)候選相關(guān)峰值對(duì)應(yīng)的候選同步相 位進(jìn)行驗(yàn)證，以確定其中的真實(shí)信號(hào)相關(guān)峰。其中，逐一計(jì)算候選同步相位之間的距離D，判 斷是否滿足下式條件D = n*Tc± A ，其中，n = 1，2，. . . ，Tc為碼片周期長(zhǎng)度，± A為一個(gè) 抖動(dòng)窗。即如果兩個(gè)候選同步相位的間距等于PN碼相位周期的整數(shù)倍時(shí)(包含小范圍抖 動(dòng))，就認(rèn)為這兩個(gè)候選同步相位為真實(shí)信號(hào)相關(guān)峰所對(duì)應(yīng)的相位。由于噪聲產(chǎn)生的偽峰是 隨機(jī)變化的，所以只有真實(shí)信號(hào)相關(guān)峰才滿足此規(guī)律。如果驗(yàn)證滿足此條件的相關(guān)峰數(shù)量 達(dá)到一定閾值(例如，2)，則說明碼相位捕獲成功，將候選相關(guān)峰對(duì)應(yīng)的相位位置標(biāo)志為同 步相位；如果驗(yàn)證失敗，則返回單次捕獲第一步142。 步驟145，數(shù)據(jù)區(qū)間檢測(cè)階段進(jìn)行數(shù)據(jù)區(qū)間檢測(cè)，確定真實(shí)數(shù)據(jù)在一數(shù)據(jù)幀中的 位置。 由于實(shí)際情況中，電力線上的延時(shí)可能會(huì)造成發(fā)射機(jī)100和接收機(jī)110兩端的 50Hz或60Hz交流電相位差過大，以及交流電本身頻率抖動(dòng)的因素，最終導(dǎo)致接收機(jī)110的 相位檢測(cè)單元113的周期指示信號(hào)相對(duì)于發(fā)端產(chǎn)生"漂移"。 參照?qǐng)D6所示可見，當(dāng)AC信號(hào)發(fā)生漂移時(shí)，調(diào)制后的高頻數(shù)據(jù)并不會(huì)跟隨AC—起 漂移。因此，當(dāng)AC出現(xiàn)不同情況的漂移時(shí)，接收機(jī)110的真實(shí)數(shù)據(jù)區(qū)間相對(duì)于AC相位檢測(cè) 的周期指示信號(hào)的位置都與發(fā)射機(jī)100是不一樣的。如果在AC檢測(cè)信號(hào)后加固定時(shí)間延 遲進(jìn)行固定數(shù)據(jù)符號(hào)長(zhǎng)度的接收，則有可能丟失數(shù)據(jù)而收到無效的噪聲。所以在每次通信 捕獲階段的多次驗(yàn)證步驟144通過后，還需要進(jìn)行一幀內(nèi)有效數(shù)據(jù)區(qū)間位置的檢測(cè)識(shí)別步 驟145。 在本實(shí)施例中，進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別145的方法是對(duì)完成多次驗(yàn)證后的一幀數(shù)據(jù)，首先 在每個(gè)可能符號(hào)內(nèi)，取出同步相位位置對(duì)應(yīng)的相關(guān)峰值，其中包括時(shí)間間隔區(qū)域G即內(nèi)，即 無效數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)位置的虛假相關(guān)峰值。由于接收機(jī)iio已知某次通信所用的擴(kuò)頻因子，所以 擴(kuò)頻數(shù)據(jù)的符號(hào)個(gè)數(shù)是確定的，即數(shù)據(jù)區(qū)間的長(zhǎng)度已知的。而不同的AC頻率、漂移情況會(huì) 使一幀之內(nèi)無效數(shù)據(jù)區(qū)間可取出的相關(guān)能量值個(gè)數(shù)不同。設(shè)一幀之內(nèi)按符號(hào)寬度最多可取 出的相關(guān)峰個(gè)數(shù)為N，取出的相關(guān)能量值為Eji = 1，2，...N)，數(shù)據(jù)區(qū)間包含的相關(guān)峰個(gè)數(shù)為M，如下式進(jìn)行計(jì)算并比較
藝五,，JX…,S五,，…,Z五, 即以數(shù)據(jù)區(qū)間寬度(M個(gè)符號(hào)寬度)逐一對(duì)M個(gè)相關(guān)能量軟值求和，找到相對(duì)最大 的能量和值，則該能量和值對(duì)應(yīng)的M個(gè)符號(hào)位置即為數(shù)據(jù)區(qū)間位置。此時(shí)說明搜索完成，系 統(tǒng)達(dá)到同步。 綜上所述，本發(fā)明在低壓電力線載波等通信信道中采用非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，避
開信道周期性惡化的時(shí)間區(qū)域發(fā)送數(shù)據(jù)，并在接收端通過捕獲搜索策略完成系統(tǒng)準(zhǔn)確同
步，由此解決了在諸如低壓PLC通信等環(huán)境惡劣的信道中通信的可靠性問題。 上述實(shí)施例所描述的一種特殊的數(shù)據(jù)非連續(xù)情況下的通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)、接收機(jī)及
其同步方法，在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)采用FPGA(可編程門陣列)、ASIC(專用集成電路)、DSP(數(shù)字信
號(hào)處理)芯片、CPU(中央處理器)等載體完成整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際低壓電力
線載波通信(PLC)應(yīng)用中其性能完全滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技 術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護(hù)范 圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)，適于通過周期性變化的信道發(fā)送數(shù)據(jù)，其特征在于所述發(fā)射機(jī)包括相位檢測(cè)單元，檢測(cè)所述信道的特性變化周期并產(chǎn)生周期指示信號(hào)；定時(shí)成幀單元，將待發(fā)數(shù)據(jù)生成為非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀，其中按照所述周期指示信號(hào)在每幀待發(fā)數(shù)據(jù)的各有效數(shù)據(jù)之間插入預(yù)定間隙或時(shí)間延遲間隔；以及調(diào)制單元，調(diào)制并發(fā)送所述非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀。
2. 如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)，其特征在于，還包括直序擴(kuò)頻單元，對(duì)所述定 時(shí)成幀單元生成的非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行直接序列擴(kuò)頻后傳輸至所述調(diào)制單元。
3. 如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述周期性變化的信道為電力 線載波通信信道，其中所述特性變化周期為電力線載波通信信道交流電波形變化周期。
4. 如權(quán)利要求3所述的通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述周期指示信號(hào)包括波峰指 示信號(hào)和波谷指示信號(hào)。
5. 如權(quán)利要求4所述的通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀中的各有 效數(shù)據(jù)介于電力線載波通信信道交流電波形的相鄰波峰與波谷之間。
6. —種通信系統(tǒng)接收機(jī)，適于通過周期性變化的信道接收數(shù)據(jù)，其特征在于所述接收 機(jī)包括相位檢測(cè)單元，檢測(cè)所述信道的特性變化周期并產(chǎn)生周期指示信號(hào)；解調(diào)單元，解調(diào)從所述信道上接收的數(shù)據(jù)，其中所述數(shù)據(jù)為非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀；以及同步搜索單元，依照所述周期指示信號(hào)同步捕獲所述非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀中的各有效數(shù)據(jù)。
7. 如權(quán)利要求6所述的通信系統(tǒng)接收機(jī)，其特征在于，還包括匹配濾波單元，對(duì)所述解 調(diào)單元解調(diào)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解擴(kuò)，并傳輸至所述同步搜索單元。
8. 如權(quán)利要求6所述的通信系統(tǒng)接收機(jī)，其特征在于，所述周期性變化的信道為電力 線載波通信信道，其中所述特性變化周期為電力線載波通信信道交流電波形變化周期。
9. 如權(quán)利要求6所述的通信系統(tǒng)接收機(jī)，其特征在于，所述周期指示信號(hào)包括波峰指 示信號(hào)和波谷指示信號(hào)。
10. 如權(quán)利要求6所述的通信系統(tǒng)接收機(jī)，其特征在于，所述同步搜索單元執(zhí)行以下步 驟以同步捕獲所述非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀中的各有效數(shù)據(jù)搜索滿足一單次捕獲策略的多個(gè)候選峰值；對(duì)所述多個(gè)候選峰值進(jìn)行多次驗(yàn)證以確定真實(shí)信號(hào)相關(guān)峰，并將候選相關(guān)峰對(duì)應(yīng)的相 位位置標(biāo)志為同步相位；以及進(jìn)行數(shù)據(jù)區(qū)間檢測(cè)，確定真實(shí)數(shù)據(jù)在一數(shù)據(jù)幀中的位置。
11. 一種通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的同步方法，適于通過周期性變化的信道傳輸非連 續(xù)的數(shù)據(jù)幀，所述方法包括以下步驟檢測(cè)所述信道的特性變化周期并產(chǎn)生周期指示信號(hào)；在發(fā)射機(jī)端按照所述周期指示信號(hào)在每幀待發(fā)數(shù)據(jù)的各有效數(shù)據(jù)之間插入預(yù)定間隙 或時(shí)間延遲間隔，以生成非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀；以及在接收機(jī)端依照所述周期指示信號(hào)同步捕獲所述非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀中的各有效數(shù)據(jù)。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，依照所述周期指示信號(hào)同步捕獲所述非連續(xù)的數(shù)據(jù)幀中的各有效數(shù)據(jù)的步驟包括搜索滿足一單次捕獲策略的多個(gè)候選峰值；對(duì)所述多個(gè)候選峰值進(jìn)行多次驗(yàn)證以確定真實(shí)信號(hào)相關(guān)峰，并將候選相關(guān)峰對(duì)應(yīng)的相 位位置標(biāo)志為同步相位；以及進(jìn)行數(shù)據(jù)區(qū)間檢測(cè)，確定真實(shí)數(shù)據(jù)在一數(shù)據(jù)幀中的位置。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，搜索滿足一單次捕獲策略的候選峰值的 步驟包括采用最大似然法策略在每個(gè)碼相位周期內(nèi)找到最大相關(guān)值作為相對(duì)相關(guān)峰；以及 判斷所述相對(duì)相關(guān)峰是否超過預(yù)設(shè)的門限值，若超過預(yù)設(shè)的門限值，則將所述相對(duì)相 關(guān)峰作為候選相關(guān)峰值。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，對(duì)所述候選峰值進(jìn)行多次驗(yàn)證以確定真 實(shí)信號(hào)相關(guān)峰的步驟包括在一數(shù)據(jù)幀之內(nèi)對(duì)所述多個(gè)候選相關(guān)峰的相位位置進(jìn)行比較，判斷其間距是否為碼相 位周期的整數(shù)倍；如果兩個(gè)候選相關(guān)峰的相位位置的間距等于碼相位周期的整數(shù)倍，判定該兩個(gè)候選相 關(guān)峰為真實(shí)信號(hào)相關(guān)峰。
15. 如權(quán)利要求12或14所述的方法，其特征在于，所述進(jìn)行數(shù)據(jù)區(qū)間檢測(cè)，確定真實(shí)數(shù) 據(jù)在一數(shù)據(jù)幀中的位置的步驟包括對(duì)完成多次驗(yàn)證后的一幀數(shù)據(jù)，在每個(gè)可能符號(hào)內(nèi)，取出同步相位位置處的相關(guān)能量 值，以包含M個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)區(qū)間寬度依次對(duì)M個(gè)相關(guān)能量值求和，找到相對(duì)最大的能量和 值，則該能量和值對(duì)應(yīng)的M個(gè)符號(hào)位置即為數(shù)據(jù)區(qū)間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)及其同步方法，其目的在于針對(duì)低壓配電網(wǎng)信道周期性變化的高噪聲、高衰減和信號(hào)失真等特點(diǎn)，發(fā)射機(jī)將調(diào)制數(shù)據(jù)在時(shí)間上以非連續(xù)方式發(fā)送，避開信道周期性惡化的時(shí)間區(qū)域；接收機(jī)采取的一定捕獲及驗(yàn)證策略，對(duì)有效數(shù)據(jù)區(qū)間進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別，建立準(zhǔn)確的同步捕獲。在低壓電力線載波通信系統(tǒng)中采用本發(fā)明，可以克服上述信道惡劣環(huán)境對(duì)通信帶來的不良影響，使通信系統(tǒng)的可靠性提高。
文檔編號(hào)H04B1/707GK101729089SQ20081020158
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者孫鑒, 陳曉雁 申請(qǐng)人:彌亞微電子(上海)有限公司