基于過零傳輸模式的電力線載波通信中的異步傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力線載波通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于過零傳輸模式的電力線載波通信中的異步傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002]G3(電力線載波通信的國際標(biāo)準(zhǔn))物理層支持2種類型的幀結(jié)構(gòu):數(shù)據(jù)類型的幀結(jié)構(gòu)(如圖1所示)和應(yīng)答類型的幀結(jié)構(gòu)(如圖2所示)。數(shù)據(jù)幀和應(yīng)答幀前面都是由前導(dǎo)碼(Preamble)和幀控制報頭(FCH)組成，不同的是數(shù)據(jù)幀后面有數(shù)據(jù)(DATA)，而應(yīng)答幀沒有。前導(dǎo)碼由若干個SYNCP符號和SYNCM符號組成。SYNCP符號通常是某種固定形式的波形，SYNCM符號通常是SYNCP符號反相后的波形。由于電力線所傳輸?shù)氖须?50Hz/60Hz)的特性，電力線上會存在一定頻率(100HZ/120HZ)的脈沖干擾。在電力線上采用過零傳輸可避免受到市電的脈沖干擾。過零傳輸是指利用市電經(jīng)過零點的短暫時間(零點附近)進(jìn)行信號傳輸。但是，由于過零點的時間很短，而且市電本身的周期以及對市電過零點的檢測都存在一定誤差，因此，在實際應(yīng)用中，信號傳輸與交流波形的同步不好控制，再加上現(xiàn)代通訊數(shù)據(jù)幀又比較長，造成過零傳輸難以應(yīng)用。
[0003]OFDM(正交頻分復(fù)用)是電力線載波通信中廣泛采用的一種信號傳輸技術(shù)，在ZC(Zero-Crossing，過零傳輸)模式中，可以在市電過零點附近發(fā)送K個OFDM(正交頻分復(fù)用)符號。在基于OFDM的電力線載波通信中，定義一個用于過零模式的幀控制報頭為FCH-ZC，其由若干OFDM符號構(gòu)成。FCH-ZC用過零模式發(fā)送是因為過零模式是在情況惡劣時才用，幀控制報頭不用過零模式發(fā)送的話很可能會失敗；另一方面，如果幀控制報頭不用過零模式發(fā)送的話，數(shù)據(jù)也可以不用過零模式發(fā)送。
[0004]過零模式按照參考相位的選擇有兩種:
[0005]A)絕對相位引導(dǎo)符:在每個過零點附近發(fā)完整的K+1個符號，其中第一個是絕對相位的引導(dǎo)符，而后跟隨的是K個數(shù)據(jù)符號，這K個數(shù)據(jù)符號可以是絕對相位調(diào)制或相對于前一個符號的相位調(diào)制。引導(dǎo)符可以是任意已知的符號，如SYNCM符號加上CP和圓滑邊界。絕對相位引導(dǎo)符的好處是它可以用于定時跟蹤，這對特長包(大于I秒)很有用。
[0006]B)相對相位:在每個過零點附近發(fā)完整的K+1個符號，其中，第一個符號的相位可以是任意的，但其后的符號必須是相對于前一個符號的相對相位調(diào)制。
[0007]假定前導(dǎo)碼的最后一個SYNCP符號與SYNCM符號的交界處與發(fā)送端的過零點對齊，則在下一個過零點附近發(fā)送一個FCH-ZC符號，以此類推。發(fā)完FCH-ZC符號后，繼續(xù)以FCH-ZC符號的內(nèi)容定義的調(diào)制方式和K方式在隨后的過零點附近發(fā)送數(shù)據(jù)符號，每個過零點附近發(fā)送K+1個有效符號，其中K個數(shù)據(jù)符號。
[0008]發(fā)送端發(fā)送時，DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)之前的前導(dǎo)碼及所有符號的時序和功能都與G3(電力線載波通信的國際標(biāo)準(zhǔn))類似，只是DAC輸出前或者功放電路的使能端會加以控制。DAC之前的所有處理，除了在每個過零點附近要發(fā)的K個數(shù)據(jù)符號之外，其它符號都發(fā)固定的引導(dǎo)符(方式A)或任意無用數(shù)據(jù)調(diào)制的符號(方式B)。發(fā)送時假設(shè)前導(dǎo)碼的SYNCP符號與SYNCM符號的交界處與某過零點對齊，按照下面描述的方法計算在隨后的過零點附近要發(fā)的有效符號的位置:
[0009]設(shè)TX_START為過零點附近的K+1個符號的發(fā)送開始時刻，令TXWC為發(fā)送時間段或窗的中心時刻，則TXWC = TX_START+((K+l)*278)/2，TXWC與相關(guān)過零點時刻相比，希望盡可能的接近過零點。對于50Hz市電，以400KHz的時鐘計數(shù)器為例，計數(shù)器增量4000對應(yīng)的時間是10毫秒，而278是一個OFDM符號的相應(yīng)的計數(shù)器增量數(shù)。因為278*14 = 3892，278*15 = 4170，所以即使某時刻TXWC與過零點對齊，過一段時間后，也會有較大誤差積累。如果市電不是50Hz而是其它頻率，又會有不同情況。如果是49Hz，則計數(shù)器增量4080左右就會有一個過零點，等等。但是，給定基數(shù)，4000或5000也好，有一個唯一的規(guī)則計算從前導(dǎo)碼的某一刻開始，TXWC與此基數(shù)相比什么是K個數(shù)據(jù)符號的位置。例如，假定基數(shù)是4000，在K= I的情況下，如果在開始時TXWC與過零點重合，并發(fā)送了 2個符號(結(jié)束時間是278)，則經(jīng)過13個引導(dǎo)符后下一發(fā)送時間段(2個符號，結(jié)束時間點是278+4170)，但在經(jīng)過12個引導(dǎo)符后就應(yīng)該是發(fā)送時間段了(2個符號，結(jié)束時間是278+4170+3892 =8340)，等等，接收端的節(jié)點按照同樣規(guī)則找到有效符號的位置。但是這種按照規(guī)則找位置的方法不太可靠，因為市電功率周期有誤差，且各個終端上的過零點檢測和周期估計都有誤差，只能在沒有誤差時，各自用標(biāo)準(zhǔn)的基數(shù)來定找位置規(guī)則才有效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于過零傳輸模式的電力線載波通信中的異步傳輸方法。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
[0011]一種基于過零傳輸模式的電力線載波通信中的異步傳輸方法，包括如下步驟:
[0012]步驟A:按預(yù)設(shè)采樣頻率對市電進(jìn)行實時功率采樣，同時，對采樣進(jìn)行計數(shù)；當(dāng)市電功率過零點時以及計數(shù)達(dá)到預(yù)估的市電過零周期采樣數(shù)時將計數(shù)清零；
[0013]步驟B:發(fā)送端根據(jù)數(shù)據(jù)包的各組成部分的長度分別確定各組成部分的發(fā)送起始時刻；所述發(fā)送起始時刻以所述計數(shù)表示；
[0014]步驟C:接收端接收發(fā)送端發(fā)送的各幀片段數(shù)據(jù)。
[0015]進(jìn)一步地，預(yù)估市電過零周期采樣數(shù)的步驟如下:
[0016]步驟Al:按所述米樣頻率對市電進(jìn)彳丁功率米樣；
[0017]步驟A2:統(tǒng)計預(yù)設(shè)數(shù)量的過零周期的平均采樣數(shù)，并將其作為市電過零周期采樣數(shù)。
[0018]進(jìn)一步地，接收端接收發(fā)送端發(fā)送的各幀片段數(shù)據(jù)的步驟包括:
[0019]檢測各幀片段的定時信息；
[0020]根據(jù)各幀片段的定時信息接收發(fā)送端發(fā)送的各幀片段數(shù)據(jù)。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用異步傳輸形式，在每個過零點由發(fā)送端定發(fā)送開始時間，發(fā)送端只需要在過零點附近發(fā)送有效信息，而接收端只需按照一定的機(jī)制定時獲得有效信息即可，而不需要獲知過零點的具體位置，從而避免了市電功率周期的誤差對信號傳輸與交流波形同步的影響，提高了基于過零傳輸模式的電力線載波通信的抗脈沖干擾能力。
【附圖說明】
[0022]圖1:數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2:應(yīng)答幀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3:本發(fā)明基于過零傳輸模式的電力線載波通信中的異步傳輸方法流程示意圖；
[0025]圖4:發(fā)送端過零傳輸模式下的發(fā)送時序示意圖；
[0026]圖5:過零模式下傳輸過程中相關(guān)的發(fā)送時序及定時關(guān)系示意圖；
[0027]圖6:ZC傳輸中參考選通脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖7:異步傳輸模式下發(fā)送端的信號傳輸示意圖；
【具體實施方式】
[0029]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)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0030]本發(fā)明提出的基于過零傳輸模式的電力線載波通信方法包括如下步驟:
[0031]步驟A:按預(yù)設(shè)采樣頻率對市電進(jìn)行實時功率采樣，同時，對采樣進(jìn)行計數(shù)；當(dāng)市電功率過零點時以及計數(shù)達(dá)到預(yù)估的市電過零周期采樣數(shù)時將計數(shù)清零。當(dāng)前的采樣計數(shù)可用于表示市電當(dāng)前所處的相位，或者說功率狀態(tài)，為確定數(shù)據(jù)發(fā)送起始時刻提供依據(jù)。一般而言，以功率過零點時為計數(shù)零點開始計數(shù)，當(dāng)市電再次過零點時，表示市電經(jīng)過了一個過零周期，此時則應(yīng)該將計數(shù)清零，并從頭開始計數(shù)。同時，當(dāng)計數(shù)達(dá)到一個市電過零周期采樣數(shù)時，也表示市電經(jīng)過了一個過零周期，應(yīng)該達(dá)到下一個過零點，只是可能由于干擾或其他原因而未檢測到過零點，所以，此時也應(yīng)該將計數(shù)清零，并從頭開始計數(shù)。計數(shù)清零的時刻就表示市電過零點的時刻。
[0032]本發(fā)明采用異步傳輸形式，在每個過零點附近由發(fā)送端確定發(fā)送開始時間，接收端只獲知大致的時間。過零檢測和AC(交流)市電功率周期定時估計在過零傳輸模式下非常重要。市電的市電功率周期會有1%-2%左右的誤差，因此，在進(jìn)行基于過零傳輸模式的電力線載波通信時，不能直接利用相關(guān)規(guī)范規(guī)定的市電頻率(如中國的50Hz)來確定市電電功率周期，因此，需要計算實際的市電功率周期。
[0033]根據(jù)工頻市電的波形特征可知，市電的一個市電功率周期包括兩個過零點，也即是一個市電功率周期包括兩個過零周期。基于過零傳輸模式的電力線載波通信是利用在過零點附近的短暫時間傳輸數(shù)據(jù)，因此，在基于過零傳輸模式的電力線載波通信中，關(guān)鍵是檢測市電過零點及過零周期。本發(fā)明通過以一定采樣頻率對市電進(jìn)行功率采樣的方式來檢測市電過零點及過零周期采樣數(shù)，并以市電過零周期采樣數(shù)來表示市電的過零周期。這里，市電過零周期采樣數(shù)是指，在該采樣頻率下一個市電過零周期內(nèi)的對市電的功率采樣數(shù)。理想情況下，如果市電頻率為50Hz，則市電功率周期為20ms，以采樣頻率為400KHz為例，在采樣時鐘頻率為400KHz的情況下，市電過零周期采樣數(shù)可達(dá)到8000 ;如果市電頻率為60Hz，則周期為16.6666667ms，同樣在采樣頻率為400KHz的情況下，市電過零周期采樣數(shù)可達(dá)到6667。實際情況則不是這樣，需要實際檢測及計算。
[0034]根據(jù)以上原理，本發(fā)明提出市電過零周期采樣數(shù)的預(yù)估方法包括如下步驟:
[0035]步驟Al:按設(shè)定采樣頻率對市電進(jìn)行功率采樣；
[0036]步驟A2:統(tǒng)計預(yù)設(shè)數(shù)量的過零周期的平均采樣數(shù)，并將其作為市電過零周期采樣數(shù)。
[0037]為方便計算，定義變量numSamHalfCycle為半個市電功率周期(即一個市電過零周期)的采樣個數(shù)。以400KHz采樣頻率為例，在理想情況下，工頻50Hz的numSamHalfCycle值為4000，工頻60Hz的numSamHalfCycle = 3333。通過統(tǒng)計預(yù)設(shè)數(shù)量的過零周期的平均采樣數(shù)，并將該平均采樣數(shù)作為市電過零周期采樣數(shù)，可使估計的市電過零周期采樣數(shù)達(dá)到一定的精度，例如，在32個市電過零點之間求平均每個市電過零周期的