CN103166675B - 基于扩频的电力线信号检测及获取方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于扩频的电力线信号检测及获取方法，该方法包括以下步骤：将帧前导信号进行扩频处理的步骤；将包含帧信息的帧头信号进行扩频处理的步骤；通过帧前导信号检测帧信息，通过帧头信号获取帧信息的步骤。相应地还提供了一种基于扩频的电力线信号检测及获取系统。本发明通过对帧前导信号和帧头信号进行扩频处理，提高了信号检测的概率和通信效率，增强了电力线通信系统的可靠性。

Description

基于扩频的电力线信号检测及获取方法和系统

技术领域

本发明涉及电力线载波通信技术，尤其涉及一种基于扩频的电力线信号检测及获取方法和系统。

背景技术

电力线载波通信是通过载波方式将各种信号（包括模拟信号和数字信号）在电力线上进行传输，主要为低压电力用户用电系统提供低成本的通信服务。尽管电力线载波通信的成本较低，但是，电力线通信经常会出现噪声较高、衰减较强的情况，特别在多通道通信中，这些情况尤为明显。进一步地，由于传输数据的通道受到噪声干扰等影响，当发送端将信号发往接收端后，接收端较难从接收信号中检测出发送端发送的传输数据，如此，难以保证电力线载波通信的性能。

因此，希望可以提出一种用于解决上述问题的基于扩频的电力线信号检测及获取方法和系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于扩频的电力线信号检测及获取方法和系统，以有效提高电力线信号检测的概率和信号获取的准确度。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于扩频的电力线信号检测及获取方法，该方法包括以下步骤：

将帧前导信号进行扩频处理的步骤；

将包含帧信息的帧头信号进行扩频处理的步骤；

通过帧前导信号检测帧信息，通过帧头信号获取帧信息的步骤。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于扩频的电力线信号检测及获取系统，包括：

帧前导信号扩频模块，用于对帧前导信号进行扩频处理；

帧头信号扩频模块，用于对包含帧信息的帧头信号进行扩频处理；

信号检测和获取模块，基于帧前导信号检测帧信息并基于帧头信号获取帧信息。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过对帧前导信号和帧头信号进行扩频处理，提高了信号检测的概率和通信效率，增强了电力线通信系统的可靠性，特别在多通道通信的情况下，可以准确获取知发送端发送信息时具体采用的通道，以便于接收端准确地接收信息。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为根据本发明的电力线通信的流程图；

图2为根据本发明一个优选实施例的基于扩频的电力线信号检测及获取方法流程图；

图3为根据本发明另一个优选实施例的基于扩频的电力线信号检测及获取系统的示意性框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

在具体说明本方案之前，对本方案涉及的电力线通信过程进行简要说明，以更好地阐述本发明提供的技术方案。请参考图1，图1为根据本发明的电力线通信的流程图。根据图1，电力线通信的流程大致包括以下步骤：

步骤S101，发送端确定传输数据的通道，发送数据。

具体地，传输数据的通道可以为单个，也可以为多个。通常情况下，电力线载波通信采用的多通道进行数据的传输，因此，以多通道进行数据传输为例进行进一步地说明。其中，多通道可以是基于频率进行划分的多个频段，也可以是基于时间划分的多个时段，还可以是电力线通信领域采用的其他划分方式。按照标准，中国国家电网允许电力线通信使用的频段范围为3k～500Khz，就以频率划分的多个通信通道而言，优选将频段划分为95khz～125khz、173khz～203khz、251khz～281khz或者329khz～359khz等区间。

多通道通信情况下，发送端在多个传输数据的通道上选择其中一个发送数据，然后等待接收端返回的应答信号，如果在预定响应时间内接收到接收端的应答信号，则表明该通道无法进行正常通信，发送端则会另外选择通道重新发送数据，如果在预定响应时间内接收到接收端的应答信号，则表明该通道可以正常通信，则发送端将会选用该通道进行后续数据的传输。

一般地，在数据传输之前，为了降低信号传输过程中的失真、衰减等问题，对信号进行调制、加密等处理。调制的过程是将发送端的基带信号调制到特定频率载波上，本方案中，调制的方式可以有多种，可以为模拟调制，也可以为数字调制。具体而言，模拟调制的方式包括AM、FM、PM、DSB、SSB、VSB等，数字调制的方式包括FSK、PSK、MSK、GMSK、OFDM、CDMA等。

步骤102，接收端判断信号传输所使用的通道，并准备信号的接收。

具体地，在发送端调制过的信号发送到接收端时，接收端还需要判断该信号的调制方式，只有在确定调制方式的情况下，才能对信号准备地解调。一般而言，接收端首先对信号进行模/数转换，得到相应的采样信号。为简明起见，本发明对采样的频率不再作详细说明，只要求所采用的采样频率可以检测发送端采用的通道和调制方式即可。

检测出发送端采用的通道和调制方式后，接收端需要对信号进行解调和其他的一些处理，如解密。

经过上文对电力线信号通信过程的简要描述后，下文将对本发明提供的方案进行详细说明。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于扩频的电力线信号检测及获取方法。请参考图2，图2为根据本发明一个优选实施例的基于扩频的电力线信号检测及获取方法流程图。

根据图2，基于扩频的电力线信号检测及获取方法包括以下步骤：

步骤S201，将帧前导信号进行扩频处理的步骤。

具体地，电力线通信中，信号都是以帧格式进行传输，帧的数据格式是固定的。发送端所发送的信号类型通常包括帧前导信号、帧头信号和帧体信号。其中，所述的帧通常包括前导码和帧开始符、目的地址和源地址、帧中部的数据包及结尾的校验码。现有技术中，上述不同信号所采用的是同样的频段，如统一采用95‐125khz或者其他可用的频段。本方案中，为了提高信号的识别概率，分别对帧前导信号和帧头信号进行扩频处理，使处理过的信号尽可能地占据最大宽度的频谱。如上文所述，按照标准，中国国家电网允许电力线通信使用的频段范围为3k～500Khz，因此，为了提高信号的识别率，将帧前导信号尽可能地扩频到最大范围的频段，使帧前导信号的频率最大值达到500khz。由此，扩频处理过程中，扩频比越高，获得的扩频增益越高，电力线信号也就越容易被检测。

其中，扩频处理的方法可以包括短时突发扩频、自适应扩频或者直接扩频码等，由于这些扩频方法都属于本领域的常用技术，在此不再赘述，只以其中的一个举例说明。以直接扩频码为例，使用特定的扩频码对消息进行扩频调制，将扩频后的消息发送到接收端，判断在预定响应时间内，是否接收到接收端返回的消息，如果是，则使用所选择的扩频码对返回的消息进行解调，对解调后的消息进行处理，完成数据采集；否则，选用其他的扩频码，如更长的扩频码，对消息进行扩频调制并再次将扩频后的消息发送到接收端。

步骤S202，将包含帧信息的帧头信号进行扩频处理的步骤。

具体地，对包含帧信息的帧头信号进行扩频处理的步骤同S201，为简明起见，此处不再赘述。

步骤S203，通过帧前导信号检测帧信息，通过帧头信号获取帧信息的步骤。

具体地，在信号的检测过程中，通常需要检测每帧传输数据的前导信号，只有检测到帧前导信号，接收端才能判定所接收到的信号是否为有效信号，以便进行后续的处理。如果帧前导信号检测出现错误，将直接导致无法正常处理整个帧的数据，影响网络通信的可靠性。即，帧前导信号最基本的作用是指示帧信息的到来，为帧信息的接收作准备。如果在帧信息到来时检测不到，即丢帧，则电力线载波通信的质量会下降。由于在步骤201和步骤202中，对帧前导信号和帧头信号进行了扩频处理，因此，扩频增益越大，越容易检测到信号，一旦检测到帧前导信号，即开始通过帧头信号获取准确的帧信息，进而获知发送信号所使用的通道，以便于接收端准确地接收信号。

与现有技术相比，本发明所提供的基于扩频的电力线信号检测及获取方法具有以下优点：通过对帧前导信号进行扩频处理，提高了信号检测的概率，增强了电力线通信系统的可靠性。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于扩频的电力线信号检测及获取系统。

请参考图3所示，图3为根据本发明一个优选实施例的基于扩频的电力线信号检测及获取系统示意图。该系统包括：

帧前导信号扩频模块301，用于对帧前导信号进行扩频处理；

帧头信号扩频模块302，用于对包含帧信息的帧头信号进行扩频处理；

信号检测和获取模块303，基于帧前导信号检测帧信息并基于帧头信号获取帧信息。

下文将对上述模块的工作流程进行详细说明。

具体地，电力线通信中，信号都是以帧格式进行传输，帧的数据格式是固定的。发送端所发送的信号类型通常包括帧前导信号、帧头信号和帧体信号。其中，所述的帧通常包括前导码和帧开始符、目的地址和源地址、帧中部的数据包及结尾的校验码。现有技术中，上述不同信号所采用的是同样的频段，如统一采用95‐125khz或者其他可用的频段。本方案中，为了提高信号的识别概率，分别对帧前导信号和帧头信号进行扩频处理，使处理过的信号尽可能地占据最大宽度的频谱。如上文所述，按照标准，中国国家电网允许电力线通信使用的频段范围为3k～500Khz，因此，为了提高信号的识别率，将帧前导信号尽可能地扩频到最大范围的频段，使得帧前导信号的频率最大值达到500khz。由此，扩频处理过程中，扩频比越高，获得的扩频增益越高，电力线信号也就越容易被检测。

其中，帧前导信号扩频模块所采用的扩频处理方法可以包括短时突发扩频、自适应扩频或者直接扩频码等，由于这些扩频方法都属于本领域的常用技术，在此不再赘述，只以其中的一个举例说明。以直接扩频码为例，使用特定的扩频码对消息进行扩频调制，将扩频后的消息发送到接收端，判断在预定响应时间内，是否接收到接收端返回的消息，如果是，则使用所选择的扩频码对返回的消息进行解调，对解调后的消息进行处理，完成数据采集；否则，选用其他的扩频码，如更长的扩频码，对消息进行扩频调制并再次将扩频后的消息发送到接收端。

同理，基于帧头信号扩频模块对包含帧信息的帧头信号进行同样的扩频处理。

在信号的检测过程中，信号检测模块通常需要检测每帧传输数据的前导信号，只有检测到帧前导信号，接收端才能判定所接收到的信号是否为有效信号，以便进行后续的处理。如果帧前导信号检测出现错误，将直接导致无法正常处理整个帧的数据，影响网络通信的可靠性。即，帧前导信号最基本的作用是指示帧信息的到来，为帧信息的接收作准备。如果在帧信息到来时检测不到，即丢帧，则电力线载波通信的质量会下降。由于帧前导信号扩频模块和帧头信号扩频模块，对帧前导信号和帧头信号分别进行了扩频处理，因此，扩频增益越大，越容易检测到信号，一旦检测到帧前导信号，即开始通过帧头信号获取准确的帧信息，进而获知发送信号所使用的通道，以便于接收端准确地接收信号。

一旦检测到帧前导信号，即通过帧头信号获取准确的帧信息，进而获知发送信号所使用的通道，以便于接收端准确地接收信号。

与现有技术相比，本发明所提供的基于扩频的电力线信号检测及获取系统具有以下优点：通过帧前导信号扩频模块和帧头信号扩频模块分别对帧前导信号和帧头信号进行扩频处理，极大地提高了信号检测的概率，增强了电力线通信系统的可靠性。

对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述所示实施例，在不背离本发明的精神的情况下，以其他具体形式实现本发明的方案，也属于本发明保护的范围之内，以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种应用于多通道通信的基于扩频的电力线信号检测及获取方法，该方法包括以下步骤：

将帧前导信号进行扩频处理的步骤；

将包含帧信息的帧头信号进行扩频处理的步骤；

通过帧前导信号检测帧信息，通过帧头信号获取帧信息的步骤；

其中将所述帧前导信号的频率扩频到500khz。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述包含帧信息的帧头信号的频率扩频到500khz。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扩频的方法包括短时突发扩频、自适应扩频或直接扩频。

4.一种应用于多通道通信的基于扩频的电力线信号检测及获取系统，包括：

帧前导信号扩频模块，用于对帧前导信号进行扩频处理；

帧头信号扩频模块，用于对包含帧信息的帧头信号进行扩频处理；

信号检测和获取模块，基于帧前导信号检测帧信息并基于帧头信号获取帧信息；

其中所述帧前导信号扩频模块将帧前导信号的频率扩频到500khz。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述帧头信号扩频模块将包含帧信息的帧头信号频率扩频到500khz。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述帧前导信号扩频模块或帧头信号扩频模块使用的扩频方法包括短时突发扩频、自适应扩频或直接扩频。