電力線載波通信的自動增益控制方法與流程
2024-01-24 10:09:15 2
本發明屬於通信領域，具體涉及一種電力線載波通信的自動增益控制方法。
背景技術：
：目前電力線載波通信系統所採用的國內外標準協議，如PRIME、G3-PLC、HomePlugGreenPHY等，其幀結構可以概括為：包括前導部分(Preamble)、幀控制頭部分(FrameControlHead，FCH)和數據(Data)部分。其前導部分由多個重複的基本符號單元(SYNCP)與所述基本符號單元相位相反的反相符號單元(SYNCM)構成，其中所述基本符號單元由具有預定特性的隨機序列構成；幀控制頭部分承載本次傳輸的參數及配置信息，由多個採用預定調製方式的符號組成；數據部分承載本次傳輸的用戶信息，由多個採用相同調製方式的符號組成。其中前導部分用於信號檢測、同步、自動增益控制及信道估計等多種功能。由於電力線載波信道的衰落效應(路徑損耗，多徑衰落等)，以及電網用電負載的變化，會造成接收端信號幅度和功率的大幅度變化，過大的信號會導致模數轉換器(AnalogtoDigitalConverter，ADC)的輸出產生削波限幅，而過小的信號則會導致信號量化失真，因此需要使用自動增益控制(Automaticgaincontrol，AGC)技術來解決這一問題。通過自動調整可變增益控制器(Variable-gainamplifier，VGA)的增益檔位，將輸入信號自動調整為適合於ADC字長的動態範圍，在不增加模數轉換器字長的前提下，減少量化失真，提高ADC輸出信號的信噪比。採用AGC技術的另一個好處是降低實現成本，在不損失信號特性的前提下，採用較小的ADC字長，獲得足夠的量化精度，並降低了基帶電路的實現複雜度。目前使用在電力線載波通信中的AGC技術，可以概括為：基於前導信息進行自動增益控制，基於OFDM符號中插入的循環前綴或導頻信息進行自動增益控制。上述方法的缺點在於：1.依賴於較為精確的幀同步及符號同步所提供的符號分界信息。2.計算過程中涉及一次或多次傅立葉變換\反變換，計算延遲長，運算複雜度高。3.計算時所選取的樣本點較少，精度較低，且對於噪聲的抵抗性較差。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種不依賴幀同步或符號同步信息，可有效規避噪聲對增益控制的幹擾，且簡化了增益控制值計算複雜度的電力線載波通信的自動增益控制方法。本發明提供的這種電力線載波通信的自動增益控制方法，包括如下步驟：S1.對接收的每個採樣點，計算緩存長度為L1的窗口A及窗口B內的特徵函數X，並根據兩個窗口內的特徵函數X，計算判決函數L；S2.根據步驟S1得到的判決函數L與事先設置的檢測閾值T1、脈衝幹擾閾值T2之間的大小關係，依據如下規則計算增益控制量：若判定判決函數L大於檢測閾值T1，且連續大於檢測閾值T1的次數大於脈衝幹擾閾值T2時，周期性的對Lsymbol個採樣點計算特徵函數Y，並計算該值與信號參考值R1的比值，從而得到增益控制量G1；否則，周期性的對Lnoise個採樣點計算特徵函數Y，並計算該值與噪聲參考值R2的比值，從而得到增益控制量G2；S3.在依據步驟S2計算增益控制量時，若步驟S1所述的判決函數L小於預設閾值T3且連續小於預設閾值T3的次數超過脈衝幹擾閾值T2，則立即停止計算增益控制量，並重新開始步驟S1～S3的計算過程。步驟S1所述的窗口A和窗口B的長度相等，且均等於基本符號單元的長度。步驟S1所述的特徵函數X為採用如下所示的算式作為的特徵函數：an+1＝an+|rn+1|-|rn-m+1|(a0＝0；若n＜m,則rn-m+1＝0)式中rn表示第n個時刻的接收數據，an,bn分別表示窗口A、窗口B的特徵函數，m表示所述窗口長度。步驟S1所述的判決函數為採用如下所示的算式作為的判決函數：步驟S2所述的檢測閾值T1的取值範圍為T1≥1，且脈衝幹擾閾值T2的取值範圍為1≤T2≤L1。步驟S2所述的採樣點數Lsymbol的值等於基本符號單元的長度。步驟S2所述的特徵函數Y為採用如下式所述的算式作為的特徵函數：式中k表示採樣點的個數。步驟S2所述的增益控制量G1或G2為採用如下算式計算增益控制量：步驟S3所述的預設閾值T3的取值範圍為T3<1。本發明提供的這種電力線載波通信的自動增益控制方法，直接使用接收數據進行增益控制判斷，擺脫了對幀同步及符號同步的依賴性；採用迭代的方式計算特徵函數，每次計算當前信號與延遲信號的差，並與上一次計算的結果進行加法運算，在保證增益計算精度的條件下降低了計算延遲與複雜度；同時設置了脈衝幹擾閾值，用於抵抗噪聲對增益控制的幹擾。本發明方法不依賴幀同步或符號同步信息，可有效規避噪聲對增益控制的幹擾，且簡化了增益控制值計算複雜度。附圖說明圖1為本發明方法的流程示意圖。圖2為本發明構建的帶有高斯噪聲與信號衰減的幀信號時域波形圖。圖3為使用本發明所述方法計算的判決函數L的曲線圖。圖4為使用本發明所述方法計算的特徵函數Y與R1的比值曲線圖。具體實施方式下面以G3-PLC標準為例，並結合圖1～圖4對本發明進行進一步說明。G3-PLC標準的幀結構，其前導部分是由8個SYNCP和1.5個與其相位相反的SYNCM符號組成，幀控制頭部分是由13個採用預定調製方式的符號組成，數據部分由N個採用相同調製方式的符號組成，N≥0。其基本符號單元長度為256。如圖1所示為本發明方法的流程示意圖：本發明提供的這種電力線載波通信的自動增益控制方法，包括如下步驟：S1.對接收的每個採樣點rn，計算緩存長度為L1的窗口A及窗口B(窗口A和B的長度均等於基本符號單元的長度)內的特徵函數X：an+1＝an+|rn+1|-|rn-m+1|(a0＝0；若n＜256,則rn-255＝0)式中rn表示第n個時刻的接收數據，an,bn分別表示窗口A、窗口B的特徵函數，m表示所述窗口長度，為256；並根據兩個窗口內的特徵函數X，計算判決函數L：S2.根據步驟S1得到的判決函數L與事先設置的檢測閾值T1、脈衝幹擾閾值T2之間的大小關係，依據如下規則計算增益控制量：若判定判決函數L大於檢測閾值T1(T1≥1)，且連續大於檢測閾值T1的次數大於脈衝幹擾閾值T2(1≤T2≤L1)時，周期性的對Lsymbol個採樣點計算特徵函數Y，並計算該值與信號參考值R1的比值，從而得到增益控制量G1；優選的，T1取值為1.25，T2取值為200，Lsymbol取值為256；所述的特徵函數Y的計算公式如下：式中k表示採樣點的個數；信號參考值R1的計算公式如下：式中Sz表示第z個時刻發送端前導符號的採樣點數據；增益控制量G1的計算公式如下：否則，周期性的對Lnoise個採樣點計算特徵函數Y，並計算該值與噪聲參考值R2的比值，從而得到增益控制量G2；優選的，Lnoise的取值為128；特徵函數Y的計算公式如下：噪聲參考值R2的計算公式如下：上式中，Wn表示第n個時刻接收端測量到的信道噪聲採樣點數據。增益控制量G2的計算公式如下：S3.在依據步驟S2計算增益控制量時，若步驟S1所述的判決函數L小於預設閾值T3(T3＜1)且連續小於預設閾值T3的次數超過脈衝幹擾閾值T2，則立即停止計算增益控制量，並重新開始步驟S1～S3的計算過程；優選的，T3可以取值為0.7。根據所述本發明提供的方法，可確定在G3-PLC標準下，各閾值參數的取值如表1所示：表1本發明應用於G3-PLC標準時各閾值取值表參數名稱取值基本符號單元長度L1256檢測閾值T11.25脈衝幹擾閾值T2200Lsymbol256Lnoise128預設閾值T30.7為了更直觀的顯示本發明所述方法在電力線載波通信中的實際功效，搭建了基於G3-PLC標準的測試環境，其幀結構按照G3-PLC標準排列，包括9.5個基本符號單元組成的前導部分，13個OFDM符號組成的幀控制頭部分以及38個OFDM符號組成的數據部分，並在幀結構的首尾各添加了5000個採樣點的高斯白噪聲數據。根據表1所述的參數對該待測幀信號應用本發明所述方法進行了仿真。待測幀信號的時域波形如圖2所示；圖3顯示了本發明所述判決函數L在幀信號持續時間內的變化曲線，當信號部分通過時，判決函數L的取值明顯上升，當連續次數超過脈衝閾值T2時，開始進行如本發明步驟2所示的操作，進行增益控制，進一步放大信號，使得曲線進一步上升；圖4顯示了採用本發明所述方法得到的特徵函數Y與信號參考幅度R1的比值曲線，可以看出當信號通過時，本發明計算得到的信號幅度與信號參考幅度的比值接近1且波動較小，說明本發明提供的自動增益控制方法能夠保證增益計算的精度。當前第1頁1 2 3