一種提高電力線載波信號傳輸可靠性的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高電力線載波信號傳輸可靠性方法，包括高精度交流電過零檢測電路，用于檢測交流電的過零點(diǎn)時(shí)刻，產(chǎn)生脈沖到主控制電路；通信數(shù)據(jù)幀的長度依據(jù)過零點(diǎn)的時(shí)刻和信噪比來自適應(yīng)調(diào)節(jié)；在此電力線通信系統(tǒng)中，接收端根據(jù)接收到的信號進(jìn)行信道質(zhì)量估計(jì)(CHE)，反饋應(yīng)答信息到發(fā)射端，發(fā)射端根據(jù)應(yīng)答信息自適應(yīng)調(diào)整數(shù)據(jù)幀的長度。因?yàn)樵陔娏€通信過程中，交流電過零點(diǎn)干擾最小，信道質(zhì)量最好，所以在過零點(diǎn)區(qū)域使用高效編碼方式及高階調(diào)制方式傳輸數(shù)據(jù)，在非零點(diǎn)區(qū)域使用低效編碼方式及低階調(diào)制方式傳輸數(shù)據(jù)，并根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果自適應(yīng)調(diào)整過零區(qū)域窗口大小，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br> 【專利說明】一種提高電力線載波信號傳輸可靠性的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力線通信領(lǐng)域，尤其是一種提高電力線載波信號傳輸可靠性的方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 電力線載波通信是電力系統(tǒng)特有的數(shù)據(jù)通信方式，指利用現(xiàn)有電力線，把信號調(diào) 制在50HZ/60HZ工頻上的技術(shù)。作為電力部門特有的通信資源，電力線傳輸線路具有機(jī)械 強(qiáng)度高，不易受外力破壞等特點(diǎn)，因此電力線載波通信技術(shù)具有組網(wǎng)簡單，成本低，抗毀性 強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，近幾年來發(fā)展很快。
[0003] 電力線載波通信的工作頻率遠(yuǎn)大于電網(wǎng)的工頻信號50Hz或60Hz，這樣的高頻信 號可以與電能同時(shí)在電力線里傳輸，因此，可以充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，無 需任何布線，節(jié)約了資源，同時(shí)也節(jié)省了人力，節(jié)約了線纜投資，加快了網(wǎng)絡(luò)開通時(shí)間。電力 線載波通信系統(tǒng)可應(yīng)用在自動(dòng)抄表（AMR)、遠(yuǎn)程投/切開關(guān)、能量/負(fù)荷管理、設(shè)備監(jiān)視、斷 電警告、智能電網(wǎng)、智能家居等領(lǐng)域。
[0004] 由于電力線網(wǎng)絡(luò)起初只是用來傳輸電能，不是專為通信設(shè)計(jì)的，所以它并不是一 個(gè)理想的傳輸媒介。電力線信道傳輸噪聲大、負(fù)載多樣化、阻抗變化范圍大、衰減量大及存 在多徑的時(shí)變信道。
[0005] 目前的很多電力線載波通信系統(tǒng)存在如下問題：傳輸?shù)目煽啃圆?，抗干擾能力差。 實(shí)驗(yàn)表明，在電力線通信中，交流電過零點(diǎn)干擾最小，信道質(zhì)量最好，因此在過零點(diǎn)區(qū)域進(jìn) 行數(shù)據(jù)傳輸可以提高信號傳輸可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種提高電力線載波信號傳輸可靠性的方法。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：獲取過零點(diǎn)區(qū)域需要對交流電的過 零點(diǎn)時(shí)刻進(jìn)行準(zhǔn)確測量，本發(fā)明中提供了一種過零點(diǎn)檢測電路，可以準(zhǔn)確地檢測出交流電 的零點(diǎn)時(shí)刻，將交流電過零點(diǎn)轉(zhuǎn)換成脈沖送入主控制芯片，在主控制芯片內(nèi)控制數(shù)據(jù)幀的 發(fā)送時(shí)間。
[0008] 在零點(diǎn)區(qū)域噪聲小，信道環(huán)境好，使用高階調(diào)制方式，提高數(shù)據(jù)吞吐率。
[0009] 在非過零點(diǎn)區(qū)域噪聲大，信道環(huán)境差，使用低階調(diào)制方式，降低數(shù)據(jù)吞吐率，提高 數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br> [0010] 零點(diǎn)區(qū)域及非過零點(diǎn)區(qū)域采用不同的編碼方式；過零點(diǎn)區(qū)域采用高效編碼方式； 非過零點(diǎn)區(qū)域采用低效編碼方式。
[0011] 數(shù)據(jù)幀由前導(dǎo)符（Preamble)，幀控制頭（FCH)，數(shù)據(jù)段（Data)三部分組成，其中前 導(dǎo)符和幀控制頭長度固定，數(shù)據(jù)段長度可調(diào)整。
[0012] 數(shù)據(jù)幀傳輸采用應(yīng)答方式握手，發(fā)送端根據(jù)接收端反饋ACK/NACK信息及INC_DEC 信息進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)長度調(diào)整。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是：一種提高電力線載波信號傳輸可靠性方法，包括高精度交 流電過零檢測電路，用于檢測交流電的過零點(diǎn)時(shí)刻，產(chǎn)生脈沖到主控制電路；通信數(shù)據(jù)幀的 長度依據(jù)過零點(diǎn)的時(shí)刻和信噪比來自適應(yīng)調(diào)節(jié)；在此電力線通信系統(tǒng)中，接收端根據(jù)接收 到的信號進(jìn)行信道質(zhì)量估計(jì)（CHE)，反饋應(yīng)答信息到發(fā)射端，發(fā)射端根據(jù)應(yīng)答信息自適應(yīng)調(diào) 整數(shù)據(jù)幀的長度。因?yàn)樵陔娏€通信過程中，交流電過零點(diǎn)干擾最小，信道質(zhì)量最好，所以 在過零點(diǎn)區(qū)域使用高效編碼方式及高階調(diào)制方式傳輸數(shù)據(jù)，在非零點(diǎn)區(qū)域使用低效編碼方 式及低階調(diào)制方式傳輸數(shù)據(jù)，并根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果自適應(yīng)調(diào)整過零區(qū)域窗口大小，從而提 高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br> [0014] 大量的試驗(yàn)表明，在電力線上，交流信號的過零點(diǎn)附近，干擾最小，因此根據(jù)過零 點(diǎn)劃分不同的區(qū)域，在零點(diǎn)區(qū)域和非零點(diǎn)區(qū)域采用不同的編碼方式，并根據(jù)信道質(zhì)量改變 過零點(diǎn)區(qū)域窗口大小，同時(shí)選擇適當(dāng)?shù)膸L度，可大大提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br>
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為零點(diǎn)檢測電路圖；
[0016] 圖2為零點(diǎn)檢測電路輸出脈沖圖；
[0017] 圖3為數(shù)據(jù)幀示意圖；
[0018] 圖4為應(yīng)答巾貞不意圖；
[0019] 圖5為數(shù)據(jù)幀發(fā)送反饋過程示意圖；
[0020] 圖6為數(shù)據(jù)幀時(shí)域發(fā)送示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 通信系統(tǒng)首先需要檢測電力線過零點(diǎn)時(shí)刻，用于信號發(fā)送控制，過零點(diǎn)檢測電路 如圖1，交流電火線L串聯(lián)電阻R1與光耦U1二極管側(cè)正極、光耦U2二極管側(cè)負(fù)極連接；交 流電零線N與光耦U1二極管側(cè)負(fù)極、光耦U2二極管側(cè)正極連接；光耦U1三極管側(cè)發(fā)射極 與光耦U2三極管側(cè)發(fā)射極連接后接地；VCC串聯(lián)電阻R2后與光耦U1三極管側(cè)集電極，光 耦U2三極管側(cè)集電極連接，具有施密特觸發(fā)器特性的門電路連接。
[0022] 在交流電正半周期內(nèi)，光耦U1發(fā)光二極管導(dǎo)通，光電三極管導(dǎo)通，最終電路輸出 低電平；在交流電負(fù)半周期內(nèi)，光耦U2的發(fā)光二極管導(dǎo)通，光電三極管導(dǎo)通，最終電路輸出 低電平；在交流電的零點(diǎn)附近，光耦Ul、U2不導(dǎo)通，則最終電路輸出高電平；因此可以在每 個(gè)零點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)高電平脈沖。
[0023] 本發(fā)明中提供的幀結(jié)構(gòu)如圖3所示。數(shù)據(jù)幀由前導(dǎo)符，幀控制頭，數(shù)據(jù)域三部分組 成。
[0024] 前導(dǎo)符采用固定長度符號個(gè)數(shù)，如8個(gè)符號，使用特定的序列生成，前導(dǎo)符之間沒 有循環(huán)前綴（CP)。前導(dǎo)符用于AGC、幀檢測、符號同步、信道估計(jì)、頻偏估計(jì)等。
[0025] 幀控制頭包含數(shù)據(jù)幀的解調(diào)信息，相關(guān)控制信息等。幀控制頭占用固定符號個(gè)數(shù)， 如2個(gè)，符號間有循環(huán)前綴（CP);幀控制頭中包含數(shù)據(jù)幀的編碼方式，調(diào)制方式，長度等解 碼需要的信息。
[0026] 數(shù)據(jù)域是要傳輸?shù)膶?shí)際數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)的符號數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)，符 號間有循環(huán)前綴（CP)，在零點(diǎn)區(qū)域數(shù)據(jù)使用高效編碼方式及高階調(diào)制方式，在非零點(diǎn)區(qū)域 數(shù)據(jù)使用低效編碼方式及低階調(diào)制方式。
[0027] 應(yīng)答幀如圖4所示由前導(dǎo)符和幀控制頭組成。前導(dǎo)符與數(shù)據(jù)幀一樣，控制頭中包 含信道估計(jì)，預(yù)期傳輸增益，零點(diǎn)區(qū)域增減（INC_DEC)等信息，是接收端接收到數(shù)據(jù)后經(jīng)過 計(jì)算得到的反饋信息。
[0028] 發(fā)送端（TX)與接收端（RX)的握手過程如圖5所示；當(dāng)過零點(diǎn)檢測電路檢測到過 零點(diǎn)到來時(shí)，輸出一個(gè)觸發(fā)信號，發(fā)送端根據(jù)過零點(diǎn)窗口啟動(dòng)幀傳送，將組裝好的一幀數(shù)據(jù) 送入濾波器、放大電路，再經(jīng)耦合電路發(fā)送到電力線上。
[0029] 接收端采用相關(guān)算法，檢測數(shù)據(jù)幀的到達(dá)，通過搜索相關(guān)峰值，確定符號的準(zhǔn)確位 置，根據(jù)FCH中的相關(guān)信息，及從前導(dǎo)符號中提取相關(guān)的AGC、信道估計(jì)、頻偏估計(jì)信息，實(shí) 施電路控制和數(shù)據(jù)的解調(diào)。
[0030] 接收端接收到數(shù)據(jù)幀后，能夠正確解碼，返回ACK應(yīng)答幀，并根據(jù)前導(dǎo)符等信息計(jì) 算信道質(zhì)量（CHE_NEW)，并與默認(rèn)的信道質(zhì)量（CHE_0LD)比較，如果CHE_NEW>CHE_0LD，說 明當(dāng)前信道質(zhì)量較好，接收端在應(yīng)答幀中設(shè)置INC_DEC = 1(零點(diǎn)窗口增加）；如果CHE_ NEW〈CHE_0LD，說明當(dāng)前信道質(zhì)量較差，接收端在應(yīng)答幀中設(shè)置INC_DEC = 2(零點(diǎn)窗口減 少）；如果CHE_NEW = CHE_0LD，說明當(dāng)前信道質(zhì)量沒有變化，接收端在應(yīng)答幀中設(shè)置INC_ DEC = 0(零點(diǎn)窗口保持）。
[0031] 本發(fā)明中信道質(zhì)量的比較是以準(zhǔn)確數(shù)值比較為例說明，也可采用差值范圍內(nèi)比 較，如信道質(zhì)量差值在一定范圍內(nèi)可以保持零點(diǎn)區(qū)域窗口。
[0032] 如果接收到的數(shù)據(jù)幀不能正確解碼，返回NACK應(yīng)答幀。
[0033] 發(fā)送端接收到NACK幀，減少數(shù)據(jù)幀長度，每次減少固定符號長度，也即固定時(shí)間， 如0. 5ms ;發(fā)送端接收到ACK幀，根據(jù)INC_DEC信息保持、增加或減少數(shù)據(jù)幀長度，每次增加 或減少固定符號長度，也即固定時(shí)間，如0. 5ms。
[0034] 數(shù)據(jù)幀在電力線上發(fā)送的時(shí)間如圖6所示，零點(diǎn)區(qū)域開始新數(shù)據(jù)幀的發(fā)送，前導(dǎo) 符與幀控制頭在零點(diǎn)區(qū)域發(fā)送；數(shù)據(jù)1在零點(diǎn)區(qū)域發(fā)送，使用高效編碼方式，如Turbo編碼， 高階調(diào)制方式，如16QAM，符號個(gè)數(shù)N可變；數(shù)據(jù)2在非零點(diǎn)區(qū)域發(fā)送，使用低效編碼方式， 如重復(fù)（Repeat)編碼，低階調(diào)制方式，如BPSK，符號個(gè)數(shù)Μ可變。
[0035] 通過自適應(yīng)控制過零點(diǎn)區(qū)域窗口大小，可以顯著提高信號傳輸?shù)目煽啃?，同時(shí)能 夠利用整個(gè)交流電周期傳輸數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)吞吐率。
[0036] 以上內(nèi)容是本發(fā)明的說明，不能認(rèn)定本發(fā)明只限于這些說明。對于本發(fā)明所述技 術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出若干替代或明顯變型，而 且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的包含范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種提高電力線載波信號傳輸可靠性的方法，其特征在于，包括：電力線信號過零 點(diǎn)檢測電路；零點(diǎn)區(qū)域?qū)挾雀鶕?jù)信道環(huán)境調(diào)節(jié)；根據(jù)零點(diǎn)區(qū)域組裝不同長度的數(shù)據(jù)幀；零 點(diǎn)區(qū)域與非零點(diǎn)區(qū)域采用不同的碼率傳輸數(shù)據(jù)，零點(diǎn)區(qū)域使用高碼率傳輸數(shù)據(jù)，非零點(diǎn)區(qū) 域使用低碼率傳輸數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)幀長度根據(jù)信道質(zhì)量自適應(yīng)調(diào)制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高電力線載波信號傳輸可靠性的方法，其特征在于， 所述的過零點(diǎn)檢測電路為：交流電火線L串聯(lián)電阻R1與光耦U1二極管側(cè)正極、光耦U2二 極管側(cè)負(fù)極連接；交流電零線N與光耦U1二極管側(cè)負(fù)極、光耦U2二極管側(cè)正極連接；光耦 U1三極管側(cè)發(fā)射極與光耦U2三極管側(cè)發(fā)射極連接后接地；VCC串聯(lián)電阻R2后與光耦U1三 極管側(cè)集電極，光耦U2三極管側(cè)集電極，具有施密特觸發(fā)器特性的門電路連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種提高電力線載波信號傳輸可靠性的方法，其特征在于， 所述過零點(diǎn)檢測電路在交流電一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生兩個(gè)過零點(diǎn)脈沖。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、3任一項(xiàng)所述的一種提高電力線載波信號傳輸可靠性的方法，其特 征在于，通過過零檢測電路確定過零區(qū)域，在過零區(qū)域：采用高效率編碼方式；使用高階調(diào) 制方式，如8PSK，16QAM等；提高傳輸吞吐率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、3任一項(xiàng)所述的一種提高電力線載波信號傳輸可靠性的方法，其特 征在于，通過過零檢測電路確定非過零區(qū)域，在非過零區(qū)域：使用低效率編碼方式；使用低 階調(diào)制方式，如BPSK ;降低傳輸吞吐率，提高數(shù)據(jù)可靠性。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、4、5任一項(xiàng)所述的一種提高電力線載波信號傳輸可靠性的方法，其 特征在于，編碼方式包括Turbo編碼，Viterbi編碼，重復(fù)（Repeat)編碼等。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 一種提高電力線載波信號傳輸可靠性的方法，其特征在于，根據(jù)接 收到ACK/NACK信息及零點(diǎn)區(qū)域增減（INC_DEC)信息，發(fā)送端調(diào)整過零點(diǎn)窗口長度。當(dāng)信道 質(zhì)量較好時(shí)，增大過零區(qū)域窗口；當(dāng)信道質(zhì)量變差時(shí)，減小過零區(qū)域窗口。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1、7任一項(xiàng)一種提高電力線載波信號傳輸可靠性的方法，其特征在 于，數(shù)據(jù)幀的前導(dǎo)符與幀控制頭長度固定，通過改變數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)部分長度改變整個(gè)數(shù)據(jù) 幀的長度，使數(shù)據(jù)幀長度滿足零點(diǎn)區(qū)域及非零點(diǎn)區(qū)域長度。
【文檔編號】H04B3/54GK104144001SQ201410366420
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】張永攀, 陶建平, 王和國, 孫振瑋 申請人:江蘇宏云技術(shù)有限公司