專利名稱：幾何諧波信號調(diào)制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及交流(ac)供電網(wǎng)上的數(shù)據(jù)收集并且可以用于從防侵入和火警系統(tǒng)的遠程傳感器以及從電表、水表、熱量表、氣表等的低速數(shù)據(jù)采集。
背景技術：
已知一種ac供電網(wǎng)上的通信系統(tǒng)(美國專利5844949號，Int.C1.H04B 001/10；H04L 025/08；H03D 001/04，1998年12月1日發(fā)布)，其涉及發(fā)送幾何諧波調(diào)制下的信號的發(fā)送器和用于接收并解碼的接收器。該系統(tǒng)的主要問題在于，為了編碼發(fā)送信號它在每個諧波上采用差分相位調(diào)制(DPM)。這種情況妨礙通過小的部分，例如一次一位或一個字符地，在能量最優(yōu)方式下傳送信息；因為當利用DPM發(fā)送一個位或一個字符時，必須至少發(fā)送二個信號，即基準信號和情報信號。
還已知一種通過ac網(wǎng)的通信系統(tǒng)(美國專利6329905號，Int.C1.H04M 011/04，2000年3月23日發(fā)布)，其具有發(fā)送由二個帶有相關DPM的諧波組成的信號的發(fā)送器，所述諧波的頻率為網(wǎng)絡電壓基準頻率的二分之一倍。該系統(tǒng)的主要問題是和下述事實相關的低噪聲穩(wěn)定性，即對于數(shù)據(jù)傳輸該系統(tǒng)使用能量只集中在二個窄區(qū)內(nèi)的信號，從而當在和一個傳輸頻率偶然重合的頻率上存在可重復的干擾下會使該系統(tǒng)完全不能操作。另外，由于所述諧波的頻率實質(zhì)上不同(按二或更大的倍數(shù))，接收點處的差分相位會隨著信號傳播媒體的相位-頻率特性的波動大大地和隨機地波動，這會使接收點的信號解碼變成不可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于大間隔下通過小的部分(例如通過一個位)進行數(shù)據(jù)傳輸并且比已知的數(shù)據(jù)傳輸能量更加優(yōu)化的信號調(diào)制方法，這種方法會在最不有利的條件以及存在強信號衰減情況下提供從大量和ac供電網(wǎng)連接的低速傳感器，例如防侵入和火警系統(tǒng)的傳感器的數(shù)據(jù)收集。
當實現(xiàn)本發(fā)明時達到所述技術結(jié)果，和其它已知方法不同，本發(fā)明把相鄰諧波分量的信號相位差用作為調(diào)制對象，從而和常規(guī)DPM相比這能在完全保持噪聲穩(wěn)定性情況下，使情報信號的時間減少一半。注意所述優(yōu)點只在傳輸小的數(shù)據(jù)部分，例如一次一個位或者更廣義的解釋時一次一個字符的情況下出現(xiàn)。在許多具體情況下這看來是相當充分的；這樣，例如，當某個火警傳感器動作時，向報警終端只發(fā)送一個唯一標識該激勵的傳感器的位置的字符應是足夠的(作為規(guī)則，這種字符是事先分配給有關傳感器的條件編號或統(tǒng)一地址)。
本申請人通過查找專利、科技文獻中的信息以揭示含有有關本發(fā)明的信息的資料而進行的工程狀態(tài)分析表明，本申請人沒有發(fā)現(xiàn)存在其特征和本發(fā)明的特征相同的類似物。在找到的作為最接近的類似特征組合的原型的類似列表中進行淘汰，能就申請人期望的技術結(jié)果得出一組在權(quán)利要求書中闡述的要求權(quán)利的重要、獨特的特征。為了驗證本發(fā)明是否符合發(fā)明的要求，這對與所要求的原型的獨特特征相重合的已知特征進行了搜索。結(jié)果表明，對于業(yè)內(nèi)人士而言本發(fā)明不直接遵循已知的技術狀態(tài)，因為這種對信號調(diào)制采用多個相鄰諧波分量的相位差的設計是尚不知道的。


通過附圖理解所要求的幾何諧波信號調(diào)制方法。
圖1是其中利用本調(diào)制方法通過ac網(wǎng)從大量火警傳感器收集數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的方塊圖。
圖2示出如何為主(位)同步設立時標的原理。
具體實施例方式
針對從火警傳感器收集數(shù)據(jù)的系統(tǒng)(圖1)說明本發(fā)明，該系統(tǒng)包括一個主單元1和數(shù)個從單元2。系統(tǒng)的所有單元電連接到供電網(wǎng)3的同一區(qū)段上。主單元和從單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常相似并且包括以下元件保護和信號耦合器件4，帶通濾波器5和6，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)7，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)8，帶有滯后的比較器9和中斷輸入10。不同之處在于，系統(tǒng)主單元基于大功率的數(shù)字信號處理器11和相位表12，其中數(shù)字信號處理器11具有至外部世界的通信通道13，而更簡單和更便宜的從單元完全基于通用微控制器14、信號表15和主火警傳感器，例如煙霧檢測器，其中該傳感器通過通信線16和微控制器14連接。系統(tǒng)運行頻率范圍是20…95千赫。來自從單元的信號在該范圍內(nèi)按均勻間隔的96諧波上發(fā)送，確切地在781.25赫上。
該數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)按如下方式操作(圖1，2)。比較器9撿取網(wǎng)電壓18變成等于零的時刻19，從而形成時標序列20，其具體地用于整個系統(tǒng)的同步，在從從單元到主單元的數(shù)據(jù)傳輸上該序列用作主(primary)(字符)同步。主傳感器17操作下微控制器14通過DAC8周期地回放存儲在非易失性存儲器中的并且對于每個從單元2為唯一的信號表。信號表回放時間確切地等于網(wǎng)電壓的半個周期并且回放開始點是通過比較器9在線3上的網(wǎng)電壓等于零時發(fā)生的操作的瞬時時刻定義的。DAC 8輸出的信號還由帶通濾波器6濾波以去掉帶外分量并且經(jīng)保護和信號耦合部件4發(fā)送到網(wǎng)線3上。信號表15對于每個從單元2是唯一的。在安裝依據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)收集網(wǎng)之前合成一組信號表。通過隨機數(shù)或偽隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生間隔
的96個k的候選集。接著利用該集合成下面類型的信號s(t)＝∑sin(2π·fm·t+m)，其中m＝0…95，并且在系統(tǒng)運行頻帶(20…95千赫)內(nèi)fm-96諧波按781.25赫的間隔均衡隔開。在表中存儲帶有好的峰值因素值的信號s(t)以及它們的相位集供以后使用。
實踐表明，從給定的96個相位差的隨機集合成的信號具有只比真正弦(propser sire)低4分貝的峰值因素的概率是相當高的。在系統(tǒng)安裝中在每個從單元2中保存根據(jù)上述方法選擇的不同的信號表。來自從單元發(fā)送器的信號通過一段對它添加噪聲的供電網(wǎng)3。接著信號衰減并且遭受不同類型的線性和非線性畸變并進入系統(tǒng)主單元1，在主單元1中信號通過耦合部件4、帶通濾波器5并在ADC 6中轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。數(shù)字信號處理器11存儲以給定位間隔的所有ADC采樣并對它們進行傅里葉變換。這產(chǎn)生一組復傅里葉系數(shù)，但是只進一步使用其頻率和從單元發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率吻合的96個系數(shù)。下面通過Cm表示這些系數(shù)，其中m＝0…95。在下一級得出以下結(jié)果Dk＝Ck·(Ck-1)*·exp(-j·Δk)，其中Δk＝k-k-1，m是一個從用來為給定從單元產(chǎn)生信號表的相位表12取的對應相位集，k＝1…95，m＝0…95，星號表示復共軛。接著對每個從單元按下面的求和計算估計S＝∑sign{Re(Dk)}。
這些運算意味著乘積Ck·(Ck-1)*是一個轉(zhuǎn)動角等于接收信號中的相鄰諧波的相位差的復向量，值Dk是繞實軸按和從單元發(fā)送器中調(diào)制這些諧波所使用的角度恰恰相反的角度轉(zhuǎn)動這些向量。這樣，如果在給定的位間隔上發(fā)現(xiàn)來自某從單元的“正確”信號，它的對應復數(shù)值Dk集集中在實軸上并且和S會顯示較大的正偏離。如果某給定的位間隔不具有來自某從單元的“正確”信號，則容易看出值S會是一個平均偏差為零、標準偏差約為10的常規(guī)分布隨機值。通過和S與某個預定的且相對大的閾值的比較完成來自給定從單元的信號的判定。
和已知幾何調(diào)制方法相比，該說明的信號的有效持續(xù)時間減少一半，從而從單元的功耗類似地減少，同時還保持系統(tǒng)的全部噪聲穩(wěn)定性特性。
工業(yè)應用性從而上面的信息表明，利用電網(wǎng)通信并且更具體地在從遠程傳感器收集數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中實現(xiàn)下述情況通過上面提出的以及提出申請之前已知的裝置和方法確定實現(xiàn)權(quán)利要求書所表征的本發(fā)明的可能性；以及當實現(xiàn)時實施本發(fā)明的裝置能夠提供申請人期望的技術結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種幾何諧波調(diào)制信號的方法，該信號包括多個頻率上均勻間隔的諧波，其中對于所述諧波的最接近對，利用唯一的隨機或偽隨機初始相位差集對發(fā)送數(shù)據(jù)的每個字符進行編碼，并且選取所述初始相位差集使得總信號的峰值因素為最小。
全文摘要
本發(fā)明涉及電網(wǎng)通信工程，并且可用于從侵入和火警傳感器、電表、熱量表、水表和氣表以及從現(xiàn)金控制監(jiān)視器的財政存儲器自動采集數(shù)據(jù)。所述方法能明顯降低系統(tǒng)的從節(jié)點的能耗和/或增加系統(tǒng)的作用范圍。為了編碼發(fā)送數(shù)據(jù)的每個符號，利用最靠近的諧波對的隨機或偽隨機初始相位差集。選擇所述初始相位差集使總信號的峰值因素為最小。當火警傳感器激勵時向報警臺發(fā)送一個符號就夠了，該符號明確地標識該激勵的傳感器的位置并且作為規(guī)則該符號是以預先分配給所述傳感器的常規(guī)編號或地址的形式體現(xiàn)的。
文檔編號H04L27/28GK1868139SQ200480030322
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者尤里·波利索維奇·索科羅夫, 瓦列里·維克多羅維奇·薩哈羅夫 申請人:迪斯加有限公司