專利名稱：Plc通信系統(tǒng)中接收機(jī)及cca檢測裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力線通信(Power Line Communication, PLC)技術(shù)領(lǐng)域，特別 是，具體涉及一種基于正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing, OFDM)的PLC通信系統(tǒng)中接收機(jī)及空閑信道評估(Clear ChannelAssessment, CCA)檢測裝 置和方法。
背景技術(shù)：
電力線通信(Power Line Communication, PLC)是以電力線作為通信媒介的一種 通信方式。PLC技術(shù)早在六十多年前就應(yīng)用在輸電線路上，用于發(fā)電廠及變電站的調(diào)度指揮 通信，但很長時間以來，其并不是一種理想的通信介質(zhì)，然而隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是 調(diào)制技術(shù)及微電子技術(shù)的發(fā)展，使得PLC的實用化成為可能。隨著技術(shù)的進(jìn)步，PLC技術(shù)被利用以低壓配電線路傳輸高速數(shù)據(jù)、語音、圖像等多 媒體業(yè)務(wù)信號，應(yīng)用于家庭國際互聯(lián)網(wǎng)(Internet) “寬帶”接入和家電智能化聯(lián)網(wǎng)控制，即 高速數(shù)據(jù)PLC。在共享同一電力線作為傳輸媒介的PLC通信網(wǎng)絡(luò)中，各個通信節(jié)點采用突發(fā)傳輸 的方式進(jìn)行通信，也即以數(shù)據(jù)幀為單位不定時進(jìn)行通信。MAC (MediaAccess Control)層采 用 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with CollisionAvoidance，帶有沖突避免的 載波偵聽多路訪問機(jī)制)的信道訪問機(jī)制獲取信道，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。CSMA/CA機(jī)制的通信過程要求任意節(jié)點在傳輸數(shù)據(jù)前，要偵聽媒體狀態(tài)，判斷是否 有其它節(jié)點占用傳輸媒介，只有媒介處于空閑狀態(tài)一段時間之后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。上述信道訪問機(jī)制要求物理層能夠快速、準(zhǔn)確地檢測信道忙閑狀態(tài)，并上報給MAC 層?，F(xiàn)有技術(shù)的檢測信道忙閑檢測，即空閑信道評估(Clear ChannelAssessment, CCA)檢測方法主要有以下兩種，或兩種方法的組合CCA檢測方法1 能量檢測方法(Energy Detection) 0其通過接收機(jī)計算一段時 間內(nèi)接收到的信號能量是否大于某一閾值的方法，判定信道忙閑狀態(tài)。CCA檢測方法2 相關(guān)檢測/同步檢測方法(Correlation Detection)。由于幀頭 通常采用固定格式，因此接收機(jī)可以通過相關(guān)檢測的方法檢測信道是否存在幀頭信息，如 果有，則判定信道處于忙狀態(tài)。在基于OFDM的PLC通信系統(tǒng)中，CCA檢測是一個非常重要的處理過程。因為在任 何時刻只能有一個設(shè)備在發(fā)射數(shù)據(jù)，所以設(shè)備在任何一次發(fā)送數(shù)據(jù)的動作之前，都需要通 過CCA檢測信道是否空閑，只有在信道空閑的情況下才能發(fā)送，如果信道處于占用的狀態(tài)， 則需要等待并重新檢測。但是，在電力線通信系統(tǒng)(PLC)中，現(xiàn)有技術(shù)中的CCA檢測方法可能會導(dǎo)致錯誤檢 測和漏檢。原因包括對于能量檢測方法(CCA檢測方法1)，由于電力線環(huán)境中信道環(huán)境復(fù)雜，各種噪聲信號幅值很高；此外，由于接收機(jī)系統(tǒng)自動增益控制(Automatic GainControl, AGC)的使 用，會將所有輸入信號放大到滿量程范圍內(nèi)。此時，即使輸入純噪聲信號，接收機(jī)計算出的 能量值也很高，導(dǎo)致錯誤檢測。對于相關(guān)檢測/同步檢測方法(CCA檢測方法2)，由于PLC通信網(wǎng)絡(luò)中，CCA檢測 可能發(fā)起于任何一個時間點，此時可能遇到信道處于空閑狀態(tài)、信道正在傳輸幀頭、信道正 在傳輸數(shù)據(jù)段三種情況。當(dāng)信道處于空閑狀態(tài)或正在傳輸幀頭的情況下，相關(guān)檢測/同步 檢測方法可以正確檢測，但是在信道傳輸數(shù)據(jù)字段時，相關(guān)檢測/同步檢測方法無法利用 相關(guān)得到正確的結(jié)果，就會導(dǎo)致漏檢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種PLC通信系統(tǒng)中接收機(jī)及CCA檢測裝置和方法， 其能夠取得較好的檢測性能，克服了現(xiàn)有CCA檢測方法應(yīng)用于PLC通信時存在的錯誤檢測 和漏檢問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種PLC通信系統(tǒng)的接收機(jī)，包括可編程增益 放大器，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，采樣率變換濾波器，去直流濾波器，CCA檢測裝置，以及同步和解 調(diào)模塊，其中所述可編程增益放大器，用于調(diào)整輸入信號的幅度；所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于將所述可編程增益放大器調(diào)整后的輸入的模擬信號轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號；所述采樣率變換濾波器，用于對所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的用于過采樣的數(shù)字信 號，根據(jù)預(yù)設(shè)的采樣率進(jìn)行采樣抗混疊濾波；所述去直流濾波器，用于將經(jīng)過所述采樣率變換濾波器進(jìn)行采樣濾波后的輸出信 號，消除其直流分量；所述CCA檢測裝置，用于將經(jīng)過采樣率變換濾波和去直流濾波后的信道采樣值數(shù) 據(jù)進(jìn)行帶通濾波處理，然后進(jìn)行峰值檢測處理；并在空閑信道評估檢測通過后，輸出空閑信 道評估檢測結(jié)果，觸發(fā)同步和解調(diào)模塊工作，完成輸入信號接收。較優(yōu)地，所述CCA檢測裝置，包括帶通濾波器和峰值檢測模塊，其中所述帶通濾波器，用于將經(jīng)過采樣濾波和去直流濾波后的信道采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行帶 通濾波處理；峰值檢測模塊，用于對帶通濾波后的結(jié)果進(jìn)行峰值檢測處理，輸出空閑信道評估 檢測結(jié)果。較優(yōu)地，其中所述采樣變換濾波器為低通濾波器；所述低通濾波器或者是FIR濾波器，或者是半帶濾波器，或者是梳狀濾波器；所述去直流濾波器為阻帶范圍可配置的UR濾波器，阻帶為0 2000赫茲。為實現(xiàn)本發(fā)明目的還提供一種PLC通信系統(tǒng)的CCA檢測裝置，用于將經(jīng)過采樣率 變換濾波和去直流濾波后的信道采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波處理，然后進(jìn)行峰值檢測處理; 并在空閑信道評估檢測通過后，輸出空閑信道評估檢測結(jié)果。較優(yōu)地，所述的CCA檢測裝置，包括帶通濾波器和峰值檢測模塊，其中
所述帶通濾波器，用于將經(jīng)過采樣濾波和去直流濾波后的信道采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行帶 通濾波處理；峰值檢測模塊，用于對帶通濾波后的結(jié)果進(jìn)行峰值檢測處理，輸出空閑信道評估 檢測結(jié)果。較優(yōu)地，所述帶通濾波器為高通濾波器；所述高通濾波器的通帶從IOOKHz開始延續(xù)到信號的高頻點；較優(yōu)地，所述帶通濾波器為HR或IIR濾波器；所述HR濾波器，包括延時單元，累加單元以及乘法單元，其對輸入數(shù)據(jù)逐點進(jìn)行 處理，獲得輸出結(jié)果。為實現(xiàn)本發(fā)明目的還提供一種PLC通信系統(tǒng)中信號接收處理方法，包括如下步 驟步驟S100，在接收機(jī)接收到輸入信號時，可編程增益放大器調(diào)整輸入信號的幅 度；步驟S200，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將調(diào)整后的輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；步驟S300，采樣率變換濾波器對模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的用于過采樣的數(shù)字信號， 根據(jù)預(yù)設(shè)的采樣率進(jìn)行采樣抗混疊濾波；步驟S400，去直流濾波器將經(jīng)過采樣率變換濾波器的輸出信號，消除其直流分 量；步驟S500，經(jīng)過采樣率變換濾波和去直流濾波后信號，分別送入CCA檢測裝置以 及同步和解調(diào)模塊；步驟S600，送入CAA檢測裝置的信號，作為信道采樣值數(shù)據(jù)在CCA檢測裝置中進(jìn)行 帶通濾波處理，然后進(jìn)行峰值檢測處理；并在空閑信道評估檢測通過后，輸出空閑信道評估 檢測結(jié)果，觸發(fā)同步和解調(diào)模塊工作，完成輸入信號接收。較優(yōu)地，所述步驟S600包括如下步驟步驟S610，將經(jīng)過采樣率變換濾波和去直流濾波后的信道采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾 波處理；步驟S620，對步驟S610的結(jié)果進(jìn)行峰值檢測處理，并在空閑信道評估檢測通過 后，輸出空閑信道評估檢測結(jié)果。較優(yōu)地，所述峰值檢測處理，包括包絡(luò)檢測和跟蹤；所述包絡(luò)檢測，具體步驟為對輸入信號的幅度進(jìn)行檢測，并以權(quán)重反映到輸出結(jié)果上；所述跟蹤，具體步驟為對輸入數(shù)據(jù)取絕對值，并與本地的處理結(jié)果進(jìn)行比較，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)較大時，該輸入 以權(quán)重反映到輸出，并更新本地處理結(jié)果；當(dāng)輸入數(shù)據(jù)較小時，本地處理結(jié)果以權(quán)重衰減， 從而向輸入數(shù)據(jù)靠近。為實現(xiàn)本發(fā)明目的更提供一種CCA檢測方法，包括如下步驟將經(jīng)過采樣率變換濾波和去直流濾波后的信道采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波處理；對帶通濾波處理結(jié)果進(jìn)行峰值檢測處理，并在空閑信道評估檢測通過后，輸出空 閑信道評估檢測結(jié)果。
較優(yōu)地，所述峰值檢測處理，包括包絡(luò)檢測和跟蹤；所述包絡(luò)檢測，具體步驟為對輸入信號的幅度進(jìn)行檢測，并以權(quán)重反映到輸出結(jié)果上；所述跟蹤，具體步驟為對輸入數(shù)據(jù)取絕對值，并與本地的處理結(jié)果進(jìn)行比較，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)較大時，該輸入 以權(quán)重反映到輸出，并更新本地處理結(jié)果；當(dāng)輸入數(shù)據(jù)較小時，本地處理結(jié)果以權(quán)重衰減， 從而向輸入數(shù)據(jù)靠近。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的PLC通信系統(tǒng)中接收機(jī)及CCA檢測裝置和方法，利用 電力線載波通信系統(tǒng)中的信號和噪聲特征，通過帶通濾波和峰值檢測兩個過程快速準(zhǔn)確地 實現(xiàn)CCA檢測，克服了傳統(tǒng)CCA檢測方法在PLC通信中應(yīng)用時的錯誤檢測和漏檢的缺陷。


圖1是PLC通信系統(tǒng)中噪聲衰減示意圖2是本發(fā)明實施例的PLC通信系統(tǒng)中接收機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明實施例中FIR結(jié)構(gòu)的高通濾波器頻譜特性示意圖4是本發(fā)明實施例中HR濾波器的電路結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明實施例中峰值檢測模塊的實現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明實施例中PLC通信系統(tǒng)中信號接收處理方法流程圖7是本發(fā)明實施例的CCA檢測方法流程圖8是本發(fā)明實施例的PLC通信系統(tǒng)測試環(huán)境示意圖9是圖8中的環(huán)境下采集信號時域波形示意圖10是帶通濾波處理和峰值檢測的結(jié)果示意圖11是圖10中的包絡(luò)檢測和跟蹤結(jié)果示意圖12是接收機(jī)對采集信號進(jìn)行同步和解調(diào)后得到了幀的同步脈沖結(jié)果示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明的PLC通信系統(tǒng)中接收機(jī)及CCA檢測裝置和方法進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解， 此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。下面將結(jié)合各個附圖，依次對本發(fā)明的電力線通信(Power LineCommunication, PLC)系統(tǒng)中接收機(jī)及空閑信道評估(Clear Channel Assessment,CCA)檢測裝置和方法的 具體實施方法做進(jìn)一步詳細(xì)描述。在PLC通信系統(tǒng)中，噪聲存在隨頻率升高快速衰落的特性，在大于IOOKHz的范圍 內(nèi)噪聲功率已衰減到很小了，如圖1所示。而基于正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的窄帶收發(fā)機(jī)占用3 500KHz以內(nèi)的某一帶寬，且很大一 部分信號占用的是IOOKHz以上的頻帶。由于基于OFDM的PLC通信系統(tǒng)中，噪聲的能量大部分集中于IOOKHz以下的頻帶 范圍，而信號的能量大部分分布在IOOKHz以上，信號功率分布和噪聲在IOOKHz以內(nèi)有少量交疊。
本發(fā)明實施例的PLC通信系統(tǒng)中接收機(jī)及CCA檢測裝置和方法利用PLC信道環(huán)境 的噪聲這一特性，根據(jù)噪聲在頻譜上的快速衰落特性和信號占據(jù)一定帶寬的特點，對輸入 信號進(jìn)行頻譜上的預(yù)處理，并返回至?xí)r域?qū)π盘栠M(jìn)行峰值檢測實現(xiàn)CCA檢測。如圖2、圖8所示，為本發(fā)明實施例的PLC通信系統(tǒng)的接收機(jī)8003，包括可編程增 益放大器10，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器20，采樣率變換濾波器30，去直流濾波器40，CCA檢測裝置 50，以及同步和解調(diào)模塊(Coarse Sync&Fine Sync)60，其中可編程增益放大器(Programmable Gain Amplifier，PGA) 10，用于調(diào)整輸入信號 的幅度。較佳地，其調(diào)整輸入信號的幅度的增益值由數(shù)字AGC (Automatic GainContro 1)70 控制；模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog-Digital-Converter，ADC) 20，用于將所述可編程增益放 大器10調(diào)整后的輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；采樣率變換濾波器(Sampling Rate Convert, SRC Filter) 30，用于對模擬數(shù)字轉(zhuǎn) 換器(ADC) 20輸出的用于過采樣的數(shù)字信號，根據(jù)預(yù)設(shè)的采樣率進(jìn)行采樣抗混疊濾波；較佳地，在本發(fā)明實施例中，作為一種可實施方式，所述采樣率變換濾波器30的 頻率為500KHz以內(nèi)，其采樣率根據(jù)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 20的過采樣率而定；較佳地，本發(fā)明實施例中，作為一種可實施方式，所述采樣變換濾波器 (SRCFilter) 30為低通濾波器；更佳地，作為一種可實施方式，所述低通濾波器可以是FIR濾波器、半帶濾波器 (Halfband)、梳狀濾波器(CIC)等。去直流濾波器(DC Canceller Filter)40，用于將經(jīng)過采樣率變換濾波器30的輸 出信號，消除其直流分量。較佳地，由于信號中的直流分量通常為幾十至幾百赫茲，因此所述去直流濾波器 為一種阻帶范圍可配置的IIR濾波器，例如阻帶為0 2000赫茲的IIR濾波器。所述CCA檢測裝置50，用于將經(jīng)過采樣率變換濾波和去直流濾波后的信道采樣值 數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波處理，然后進(jìn)行峰值檢測處理；并在空閑信道評估檢測通過后，輸出CCA 檢測結(jié)果，觸發(fā)同步和解調(diào)模塊60工作，完成輸入信號接收。本發(fā)明實施例的PLC通信系統(tǒng)的接收機(jī)8003，在PLC通信系統(tǒng)的信號經(jīng)過可編程 增益放大器10，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器20，采樣率變換濾波器30，去直流濾波器40進(jìn)行處理后，分 別送入CCA檢測裝置50進(jìn)行CCA檢測，同時送入同步和解調(diào)模塊60。CCA檢測裝置50將經(jīng)過采樣率變換濾波和去直流濾波后的信道采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行 帶通濾波處理，然后進(jìn)行峰值檢測處理，并在經(jīng)峰值檢測得到空閑信道評估檢測通過的結(jié) 果后，輸出CCA檢測結(jié)果，并觸發(fā)同步和解調(diào)模塊60工作。較佳地，所述峰值檢測處理，具體為包絡(luò)檢測和跟蹤處理。由于CCA處理過程中為獲得較好的檢測性能損失了部分信號能量，因此未經(jīng)CCA 處理的信號同時送入同步和解調(diào)模塊60進(jìn)行數(shù)據(jù)接收等后續(xù)處理。CCA檢測結(jié)果觸發(fā)同步和解調(diào)模塊60工作，也就是可以在檢測到有信號輸入時才 進(jìn)行同步和解調(diào)處理，從而節(jié)省電路功率。在接收機(jī)中，同步和解調(diào)處理是一種現(xiàn)有技術(shù)，因此，在本發(fā)明實施例中，對于同步和解調(diào)的過程，不再一一詳細(xì)描述。作為一種可實施方式，所述同步和解調(diào)模塊60中，進(jìn)行同步時，首先進(jìn)行粗同步 (Coarse Sync)，然后再進(jìn)行精同步(Fine Sync)而完成同步過程。作為一種可實施方式，本發(fā)明實施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的CCA檢測裝置50。本發(fā)明實施例的CCA檢測裝置50，作為一種可實施方式，如圖2所示，包括帶通濾 波器(Band Pass Filter) 501 和峰值檢測模塊(Peak Detector) 502。其中，所述帶通濾波器501，用于將經(jīng)過采樣濾波和去直流濾波后的信道采樣值數(shù) 據(jù)進(jìn)行帶通濾波處理。較佳地，所述帶通濾波器501為高通濾波器，所述高通濾波器和作為采樣率變換 濾波器的低通濾波器的重疊部分即為帶通濾波器的帶通頻率范圍。較佳地，作為另一種可實施方式，本發(fā)明實施例的作為帶通濾波器的高通濾波器 的通帶從IOOKHz開始延續(xù)到信號的高頻點。較佳地，所述帶通濾波器501為FIR(Finite Impulse Response)或 IIRdnfiniteImpulse Response)濾波器。作為一種可實施方式，本發(fā)明實施例中，HR結(jié)構(gòu)的高通濾波器頻譜特性如圖3所
7J\ ο其FIR濾波器的電路實現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖4所示。較佳地，作為一種可實施方式，所述FIR濾波器，包括延時單元4001，累加單元 4002以及乘法單元4003，其對輸入數(shù)據(jù)逐點進(jìn)行處理，獲得輸出結(jié)果。
N-I根據(jù)HR濾波器的傳遞函數(shù)= ',HR濾波器中的延時單元4001，累加單
i=0
元4002以及乘法單元4003，對輸入數(shù)據(jù)逐點進(jìn)行處理，獲得FIR濾波器輸出結(jié)果。具體地，圖4所示的濾波器電路結(jié)構(gòu)，包含若干串行連接的延時單元4001，乘法單 元4003以及累加單元4002。其中，延時單元4001的個數(shù)由濾波器采樣頻率、通帶頻率、阻 帶衰減倍數(shù)等參數(shù)決定，其是一種現(xiàn)有技術(shù)，因此在本發(fā)明實施例中不再一一詳細(xì)描述。本發(fā)明實施例的HR濾波器，作為一種可實施方式，處于首尾對稱位置的延時數(shù) 據(jù)對應(yīng)相同的處理權(quán)重，因此可以將處于對稱位置的延時單元4001先進(jìn)行通過累加單元 4002進(jìn)行第一級相加操作，之后在乘法單元4003進(jìn)行固定權(quán)重系數(shù)的乘法操作，最后再進(jìn) 行通過累加單元4002進(jìn)行第二級累加操作，這樣可以節(jié)省電路面積。在FIR濾波器工作過程中，每輸入一個數(shù)據(jù)，延時單元4001中的內(nèi)容依次右移，從 而使每一個延時單元4001的內(nèi)容得到更新，更新后的延時數(shù)據(jù)進(jìn)行通過累加單元4002進(jìn) 行相加后，在乘法單元4003乘以該延時單元4001對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，最后將所有乘法結(jié)果通 過累加單元4002進(jìn)行累加，得到當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)所對應(yīng)的濾波器輸出結(jié)果。峰值檢測模塊502，用于對帶通濾波后的結(jié)果進(jìn)行峰值檢測處理，輸出CCA檢測結(jié)
果作為一種可實施方式，本發(fā)明實施例的峰值檢測模塊502的實現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)如圖5 所示。峰值檢測模塊502對輸入數(shù)據(jù)取絕對值，并與本地的處理結(jié)果進(jìn)行比較，當(dāng)輸入 數(shù)據(jù)較大時，該輸入以權(quán)重反映到輸出，并更新本地處理結(jié)果；當(dāng)輸入數(shù)據(jù)較小時，本地處理結(jié)果以權(quán)重衰減，從而向輸入數(shù)據(jù)靠近。所述權(quán)重由峰值檢測模塊502電路中系數(shù)a和c決定，其可以視具體信號進(jìn)行調(diào) 離
iF. ο具體地，作為一種可實施方式，圖5所示的峰值檢測模塊電路裝置，由于只需要檢 測并跟蹤信號的幅度大小，不需要區(qū)分正負(fù)號，因此首先對于輸入數(shù)據(jù)取絕對值。對于電路中的比較器，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)較大時，比較器的輸出為輸入數(shù)據(jù)；當(dāng)輸入數(shù)據(jù) 較小時，比較器的輸出為電路中存儲的檢測結(jié)果。對于電路中的第一個減法器，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)較大時，輸出為輸入與電路中存儲的檢 測結(jié)果之差；當(dāng)輸入數(shù)據(jù)較小時，輸出為零。對于電路中的第二個減法器和第三個加法器，按照疊加原理，分別分析第二個減 法器的兩路輸入信號。上面一路信號始終以權(quán)重系數(shù)a和c的組合對電路中存儲的檢測結(jié) 果進(jìn)行衰減；左面一路信號則以權(quán)重系數(shù)a使檢測結(jié)果放大。因此，當(dāng)輸入信號較大時，左面一路信號為輸入與存儲的檢測結(jié)果之差，從而使新 的檢測結(jié)果變大，向輸入信號趨近；當(dāng)輸入信號較小時，左面一路信號為零，從而使新的檢 測結(jié)果變小，也向輸入信號趨近。最后，延時單元將新的檢測結(jié)果更新到存儲器內(nèi)，完成一個檢測過程。電路中趨近的速度取決于權(quán)重系數(shù)a和c的設(shè)置，當(dāng)a較大而c較小時，可以獲得 較快的檢測和跟蹤速度。為獲得較好的CCA檢測性能，需要盡量抑制噪聲，而對于同步和解調(diào)模塊60，則需 要保留足夠的信號能量。因此，本發(fā)明實施例中，接收機(jī)8003對輸入信號經(jīng)降采樣率波和 去直流濾波以后，分成兩路分別送到CCA檢測裝置50及同步和解調(diào)模塊60。CCA檢測裝置 50的高通濾波器濾除IOOKHz以下部分的噪聲以及部分信號，保留IOOKHz 500KHz的信號 能量，該部分信號送到峰值檢測模塊502進(jìn)行包絡(luò)檢測和跟蹤，完成CCA檢測。同時，通過 CCA檢測裝置50，利用CCA檢測結(jié)果觸發(fā)同步和解調(diào)模塊60工作，從而節(jié)省電路功率。如圖6所示，本發(fā)明實施例的PLC通信系統(tǒng)中信號接收處理方法，包括如下步驟步驟S100，在接收機(jī)接收到輸入信號時，可編程增益放大器調(diào)整輸入信號的幅 度；較佳地，其調(diào)整輸入信號的幅度的增益值由數(shù)字AGC(Automatic feiinControl)控 制。步驟S200，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將調(diào)整后的輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；步驟S300，采樣率變換濾波器對模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的用于過采樣的數(shù)字信號， 根據(jù)預(yù)設(shè)的采樣率進(jìn)行采樣抗混疊濾波；步驟S400，去直流濾波器將經(jīng)過采樣率變換濾波器的輸出信號，消除其直流分 量；步驟S500，經(jīng)過采樣率變換濾波和去直流濾波后信號，分別送入CCA檢測裝置以 及同步和解調(diào)模塊；步驟S600，送入CAA檢測裝置的信號，作為信道采樣值數(shù)據(jù)在CCA檢測裝置中進(jìn) 行帶通濾波處理，然后進(jìn)行峰值檢測處理；并在空閑信道評估檢測通過后，輸出CCA檢測結(jié) 果，觸發(fā)同步和解調(diào)模塊工作，完成輸入信號接收。
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作為一種可實施方式，如圖7所示，下面詳細(xì)說明本發(fā)明的CCA檢測方法，即信道 采樣值數(shù)據(jù)在CCA檢測裝置中進(jìn)行帶通濾波處理，然后進(jìn)行峰值檢測處理的過程，其包括 如下步驟步驟S610，將經(jīng)過采樣率變換濾波和去直流濾波后的信道采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾 波處理；由于基于OFDM的PLC通信系統(tǒng)中，噪聲的能量大部分集中于IOOKHz以下的頻帶 范圍，而信號的能量大部分分布在IOOKHz以上，信號功率分布和噪聲在IOOKHz以內(nèi)有少量交疊。為取得較好的CCA檢測性能，需要盡量抑制噪聲信號，因此對于IOOKHz以內(nèi)的交 疊信號，采用舍棄信號能量的方法以最大化地抑制噪聲能量，采用IOOKHz以上部分的信號 能量進(jìn)行CCA檢測，可以減小誤檢概率，對采樣信號進(jìn)行采樣率變換濾波和去直流濾波。作為一種可實施方式，可采用降采樣濾波器進(jìn)行采樣率變換濾波；采用去直流濾 波器進(jìn)行去直流濾波。步驟S620，對步驟S610的結(jié)果進(jìn)行峰值檢測處理，并在空閑信道評估檢測通過 后，輸出CCA檢測結(jié)果。較佳地，所述峰值檢測處理，包括包絡(luò)檢測和跟蹤。更佳地，所述包絡(luò)檢測，具體步驟為對輸入信號的幅度進(jìn)行檢測，并以權(quán)重反映到輸出結(jié)果上，從而達(dá)到跟蹤輸入信 號包絡(luò)的目的。所述跟蹤，具體步驟為對輸入數(shù)據(jù)取絕對值，并與本地的處理結(jié)果進(jìn)行比較，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)較大時，該輸入 以權(quán)重反映到輸出，并更新本地處理結(jié)果；當(dāng)輸入數(shù)據(jù)較小時，本地處理結(jié)果以權(quán)重衰減， 從而向輸入數(shù)據(jù)靠近。下面以一測試進(jìn)一步說明本發(fā)明PLC通信系統(tǒng)中接收機(jī)及CCA檢測裝置和方法的 有益效果測試環(huán)境如圖8所示，發(fā)射機(jī)8001通過耦合器8002將一幀數(shù)據(jù)以一定間隔(如 5ms)發(fā)送到電力線上，并通過耦合器8002使用接收機(jī)8003接收電力線上的數(shù)據(jù)和噪聲信號。實際采集信號的時域波形如圖9所示，噪聲和信號疊加在一起，很難區(qū)分信號和 噪聲邊界，給傳統(tǒng)的能量檢測方法帶來困難。經(jīng)本發(fā)明實施例的接收機(jī)的CCA檢測裝置中的帶通濾波處理和峰值檢測的結(jié)果 如圖10所示，其中信號和噪聲邊界已經(jīng)能夠明顯區(qū)分，峰值檢測也正確檢測出信號包絡(luò)， 通過與預(yù)先設(shè)定的閾值比較，就可以得出當(dāng)前信道是否空閑。如圖11所示，為圖10中的包絡(luò)檢測和跟蹤結(jié)果。根據(jù)圖10第一段信號可以看出，即使輸入的是數(shù)據(jù)段信息，CCA仍能給出正確的 信道占用狀態(tài)。同時接收機(jī)對采集信號進(jìn)行同步和解調(diào)后得到了幀的同步脈沖，如圖12所示，其 中脈沖所代表的時刻即為數(shù)據(jù)幀的起始時刻。通過將圖10和圖12進(jìn)行比對就可以得到CCA檢測的準(zhǔn)確性。
通過比對圖10和圖12的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明提供的方法能夠準(zhǔn)確的完成CCA檢 測，其實現(xiàn)不涉及高復(fù)雜度檢測方法，能夠快速完成CCA檢測。本發(fā)明實施例的PLC通信系統(tǒng)中CCA檢測裝置和方法，利用PLC信道環(huán)境的噪聲 特性，根據(jù)噪聲在頻譜上的快速衰落特性和信號占據(jù)一定帶寬的特點，對輸入信號進(jìn)行頻 譜上的預(yù)處理，并返回至?xí)r域?qū)π盘栠M(jìn)行包絡(luò)檢測(峰值檢測)實現(xiàn)CCA檢測，其能夠取得 較好的檢測性能，克服了現(xiàn)有CCA檢測方法應(yīng)用于PLC通信時存在的錯誤檢測和漏檢問題， 改善了傳統(tǒng)檢測方法中的不足。最后應(yīng)當(dāng)說明的是，很顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變 型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要 求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型。
權(quán)利要求
1.一種PLC通信系統(tǒng)的接收機(jī)，其特征在于，包括可編程增益放大器，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器，采樣率變換濾波器，去直流濾波器，CCA檢測裝置，以及同步和解調(diào)模塊，其中所述可編程增益放大器，用于調(diào)整輸入信號的幅度；所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于將所述可編程增益放大器調(diào)整后的輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號；所述采樣率變換濾波器，用于對所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的用于過采樣的數(shù)字信號， 根據(jù)預(yù)設(shè)的采樣率進(jìn)行采樣抗混疊濾波；所述去直流濾波器，用于將經(jīng)過所述采樣率變換濾波器進(jìn)行采樣濾波后的輸出信號， 消除其直流分量；所述CCA檢測裝置，用于將經(jīng)過采樣率變換濾波和去直流濾波后的信道采樣值數(shù)據(jù)進(jìn) 行帶通濾波處理，然后進(jìn)行峰值檢測處理；并在空閑信道評估檢測通過后，輸出空閑信道評 估檢測結(jié)果，觸發(fā)同步和解調(diào)模塊工作，完成輸入信號接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PLC通信系統(tǒng)的接收機(jī)，其特征在于，所述CCA檢測裝置，包 括帶通濾波器和峰值檢測模塊，其中所述帶通濾波器，用于將經(jīng)過采樣濾波和去直流濾波后的信道采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾 波處理；峰值檢測模塊，用于對帶通濾波后的結(jié)果進(jìn)行峰值檢測處理，輸出空閑信道評估檢測結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的PLC通信系統(tǒng)的接收機(jī)，其特征在于，其中 所述采樣變換濾波器為低通濾波器；所述低通濾波器或者是FIR濾波器，或者是半帶濾波器，或者是梳狀濾波器； 所述去直流濾波器為阻帶范圍可配置的UR濾波器，其阻帶為0 2000赫茲。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PLC通信系統(tǒng)的接收機(jī)，其特征在于，所述帶通濾波器為HR 或HR濾波器。
5.一種PLC通信系統(tǒng)的CCA檢測裝置，其特征在于，所述CCA檢測裝置，用于將經(jīng)過采 樣率變換濾波和去直流濾波后的信道采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波處理，然后進(jìn)行峰值檢測處 理；并在空閑信道評估檢測通過后，輸出空閑信道評估檢測結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的CCA檢測裝置，其特征在于，包括帶通濾波器和峰值檢測模 塊，其中所述帶通濾波器，用于將經(jīng)過采樣濾波和去直流濾波后的信道采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾 波處理；峰值檢測模塊，用于對帶通濾波后的結(jié)果進(jìn)行峰值檢測處理，輸出空閑信道評估檢測結(jié)果。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的CCA檢測裝置，其特征在于，所述帶通濾波器為高通濾波器； 所述高通濾波器的通帶從IOOKHz開始延續(xù)到信號的高頻點；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的CCA檢測裝置，其特征在于，所述帶通濾波器為HR或UR濾 波器；所述FIR濾波器，包括延時單元，累加單元以及乘法單元，其對輸入數(shù)據(jù)逐點進(jìn)行處理，獲得輸出結(jié)果。
9.一種PLC通信系統(tǒng)中信號接收處理方法，其特征在于，包括如下步驟步驟S100，在接收機(jī)接收到輸入信號時，可編程增益放大器調(diào)整輸入信號的幅度； 步驟S200，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將調(diào)整后的輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號； 步驟S300，采樣率變換濾波器對模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的用于過采樣的數(shù)字信號，根據(jù) 預(yù)設(shè)的采樣率進(jìn)行采樣抗混疊濾波；步驟S400，去直流濾波器將經(jīng)過采樣率變換濾波器的輸出信號，消除其直流分量； 步驟S500，經(jīng)過采樣率變換濾波和去直流濾波后信號，分別送入CCA檢測裝置以及同 步和解調(diào)模塊；步驟S600，送入CAA檢測裝置的信號，作為信道采樣值數(shù)據(jù)在CCA檢測裝置中進(jìn)行帶通 濾波處理，然后進(jìn)行峰值檢測處理；并在空閑信道評估檢測通過后，輸出空閑信道評估檢測 結(jié)果，觸發(fā)同步和解調(diào)模塊工作，完成輸入信號接收。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的PLC通信系統(tǒng)中信號接收處理方法，其特征在于，所述步驟 S600包括如下步驟步驟S610，將經(jīng)過采樣率變換濾波和去直流濾波后的信道采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波處理；步驟S620，對步驟S610的結(jié)果進(jìn)行峰值檢測處理，并在空閑信道評估檢測通過后，輸 出空閑信道評估檢測結(jié)果。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的PLC通信系統(tǒng)中信號接收處理方法，其特征在于 所述峰值檢測處理，包括包絡(luò)檢測和跟蹤；所述包絡(luò)檢測，具體步驟為對輸入信號的幅度進(jìn)行檢測，并以權(quán)重反映到輸出結(jié)果上； 所述跟蹤，具體步驟為對輸入數(shù)據(jù)取絕對值，并與本地的處理結(jié)果進(jìn)行比較，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)較大時，該輸入以權(quán) 重反映到輸出，并更新本地處理結(jié)果；當(dāng)輸入數(shù)據(jù)較小時，本地處理結(jié)果以權(quán)重衰減，從而 向輸入數(shù)據(jù)靠近。
12.—種CCA檢測方法，其特征在于，包括如下步驟將經(jīng)過采樣率變換濾波和去直流濾波后的信道采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波處理； 對帶通濾波處理結(jié)果進(jìn)行峰值檢測處理，并在空閑信道評估檢測通過后，輸出空閑信 道評估檢測結(jié)果。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的CCA檢測方法，其特征在于 所述峰值檢測處理，包括包絡(luò)檢測和跟蹤；所述包絡(luò)檢測，具體步驟為對輸入信號的幅度進(jìn)行檢測，并以權(quán)重反映到輸出結(jié)果上； 所述跟蹤，具體步驟為對輸入數(shù)據(jù)取絕對值，并與本地的處理結(jié)果進(jìn)行比較，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)較大時，該輸入以權(quán) 重反映到輸出，并更新本地處理結(jié)果；當(dāng)輸入數(shù)據(jù)較小時，本地處理結(jié)果以權(quán)重衰減，從而 向輸入數(shù)據(jù)靠近。
全文摘要
本發(fā)明為一種PLC通信系統(tǒng)中接收機(jī)及CCA檢測裝置和方法。該接收機(jī)包括可編程增益放大器，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，采樣率變換濾波器，去直流濾波器，CCA檢測裝置，以及同步和解調(diào)模塊，其中CCA檢測裝置，用于將經(jīng)過采樣率變換濾波和去直流濾波后的信道采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波處理，然后進(jìn)行峰值檢測處理；并在空閑信道評估檢測通過后，輸出空閑信道評估檢測結(jié)果，觸發(fā)同步和解調(diào)模塊工作，完成輸入信號接收。其能夠取得較好的檢測性能，克服了現(xiàn)有CCA檢測方法應(yīng)用于PLC通信時存在的錯誤檢測和漏檢問題。
文檔編號H04B3/54GK102136853SQ201110035909
公開日2011年7月27日 申請日期2011年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月11日
發(fā)明者付華豐, 余建華, 吳肖亮, 孫春光, 曹培磊, 李彬, 李立, 王瑋, 范振偉, 鮑妍 申請人:杭州百富電力技術(shù)有限公司