[发明专利]一种基于频域处理的电力线载波通信方法

摘要

本发明提供一种基于频域处理的电力线载波通信的方法，包括：基于电力线特有的过零特性和三相120度相位差特性建立初步的收发时间同步；将比特信息表示为基于低频方波调制的连续相位载波调频正弦或者余弦信号；按比特信息进行物理组帧；先将比特信息映射到由高低电平构成的低频方波信号上，然后分别对高电平和低电平进行更高载波的调制，形成最终的载波调制信号，并选择在电力线过零时刻进行发送；接收端根据过零点时间同步启动数字锁相环进行频率解调，同时选择合适的窗口利用快速傅立叶变换进行最终数据判决输出。本发明不仅低成本、实现简单，而且可以有效地对抗恶劣电力线环境下的各种多径和各种噪声、脉冲的干扰，实现数据信息的可靠传输。

主权项

1.一种基于频域处理的电力线载波通信的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1：利用过零检测电路检测电力线上工频信号的过零时刻，实现发送端和接收端的粗时间同步；

S2：利用抗过零点抖动偏差算法，建立发送端和接收端的精时间同步；

S3：通过CRC编码将原始传输数据进行校验编码，得到校验编码后的数据；

S4：发送端在所述校验编码后的数据前面添加同步码和前导码，组成比特信息帧；

S5：将“0”和“1”组成的M位数据的所述比特信息帧映射到由高电平、低电平构成的N种低频方波信号上，其中，M>0，N＝2^M；然后分别将所述高电平和所述低电平调制到高频载波上，并利用正弦和余弦表生成最终的载波调频信号；

S6：发送端根据精同步时刻，将所述载波调频信号进行D/A转换，并利用模拟前端将待发送的所述载波调频信号耦合到电力线上；

S7：接收端根据精同步时刻，利用模拟前端将电力线上的所述载波调频信号进行A/D转换，并利用带通滤波器滤除带外的干扰和噪声；

S8：自动增益控制模块计算通带内的能量，并反馈调整进入A/D之前的所述载波调频信号；

S9：接收端利用精确同步信号时刻，将带通滤波器过滤之后的所述载波调频信号送入数字锁相环进行频率解调，同时选择包含2个以上正弦波的窗口对解调后的所述载波调频信号进行快速傅立叶变换、判决，并结合所述同步码进行同步检测；

S10：接收端启动所述前导码进行数据解调，并根据解调的前导码信息，继续接收所述载波调频信号的数据信息，直至数据信息接收完成；

S11：接收端对接收的所述数据信息进行CRC校验，并输出最终的数据信息。

2.如权利要求1所述的基于频域处理的电力线载波通信的方法，其特征在于，所述步骤S1中的工频信号为50Hz或60Hz。

3.根据权利要求1或2所述的基于频域处理的电力线载波通信的方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤：

S21：将工频信号送入低通滤波器，滤除工频信号的毛刺和高频波动信号；

S22：连续检测至少3个过零时刻的工频信号，按照工频信号峰值位置不变原则确定相对精确的过零时刻位置；

S23：所述工频信号的其他过零位置分别以所述相对精确的过零时刻位置位置为基准，分别推迟所述工频信号的半周期的整数倍。

4.如权利要求1所述的基于频域处理的电力线载波通信的方法，其特征在于，所述步骤S4中所述同步码是伪随机序列PN码或巴克码；所述前导码包括系统传输的相位、数据帧长、数据传输速率以及媒体接入层的相关信息。

5.如权利要求1所述的基于频域处理的电力线载波通信的方法，其特征在于，所述步骤S5中所述高频载波的频率范围是40kHz～500kHz。

6.如权利要求1所述的基于频域处理的电力线载波通信的方法，其特征在于，所述步骤S9中所述的快速傅立叶变换窗口的大小根据调制时间、采样频率和定时相对偏差综合决定。

7.如权利要求1所述的基于频域处理的电力线载波通信的方法，其特征在于，所述方法还包括支持工频过零点时隙发送和接收的两种模式：单相模式和三相模式。

8.如权利要求1所述的基于频域处理的电力线载波通信的方法，其特征在于，所述方法还包括支持物理载波侦听和虚拟载波侦听。

9.如权利要求1所述的基于频域处理的电力线载波通信的方法，其特征在于，所述方法还包括接收信号质量评估和质量指示。