CN110138703B - 基于ieee1901.1通信标准的电力双模通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于IEEE1901.1通信标准的电力双模通信方法，HPLC芯片和电力线驱动电路组成传统的有线宽带电力载波通信，HPLC基带芯片和软件射频模块组成无线宽带通信；其特征在于：采用频率同步和中频信号处理实现。本发明充分利用IEEE1901.1在电力通信中的特长，发挥无线通信的优势，提出了一种基于IEEE1901.1的无线通信的算法，使得IEEE1901.1可以工作在电力载波有线通信模式和国网专有频带上的无线通信，并可以在电网通信频段里在任意指定的点频上收发，实现同一标准两种模式的通信。这个发明使得电力宽带通信有着通讯距离远、模块成本低、功耗小、应用面宽等等的优点。

Description

基于IEEE1901.1通信标准的电力双模通信方法
技术领域
本发明涉及一种基于IEEE1901.1低压电力线宽带载波通信协议的双模通信方法，其中双模包括了低压电力线宽带载波通信和无线宽带载波通信，两种模式采用了完全的Q/GDW 11612物理层、链路层和应用层。
技术背景
IEEE1901.1《适用于智能电网应用的中频(低于12MHz)电力线载波通信技术标准》是以国家电网公司Q/GDW 11612《低压电力线宽带载波通信互联互通技术规范》为基础的据链路层技术规范。IEEE 1901.1标准通过构建高带宽、高可靠、低时延、低成本的电力线通信网络，支持远程自动抄表、配电台区监测等多种应用场景，实现以电力线载波通信为基础的物联网技术在能源互联网中的有效应用。另一方面，国家电网拥有无线通信用的专用频带(比如230MHz和470MHz)，这些宝贵的频率资源可以用以宽带无线电力通信。而电力载波通信相较于无线通信有着以下的劣势：信道复杂、干扰大、参数时变性强；信道衰减大，节点间通信距离受限；通信模块功耗较大。
目前市场上广泛采用的双模通信中的无线通信模式都采用独立的无线485、ZIGBEE和WIFI等等的协议。由于这些无线协议不是专门针对电力通信所设计的，所以存在的通信距离近、成本高、功耗大等等的一系列问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于IEEE1901.1通信标准的电力双模通信方法，HPLC芯片和电力线驱动电路组成传统的有线宽带电力载波通信，HPLC基带芯片和软件射频模块组成无线宽带通信；采用频率同步和中频信号处理实现。
进一步的，所述频率同步包括低频率稳定度晶振下的频率同步和中低频率稳定度晶振下的频率同步。
进一步的，所述低频率稳定度晶振下的频率同步包括如下步骤：
假定前导帧的信号为SsyncCP，SsynCP(k)是载波数为1～511的HPLC多载波信号；在信号发射单元，SsynCP(k)首先被移频M个载波为：
S’synCP(k+M)＝SsynCP(k),k＝1,2…511；
在第一个载波位置上插入一个频率同步单音信号C1，C1是一个幅度为A载波数为1的单音信号；同步信号C1和OFDM前导信号综合后形成无线发射信号s(n),其中s(n)为载波数最大为511+M的多载波信号；
在接收端，接收信号r(n)为：
r(n)＝s(n)*exp(j*2π*fe*n*T)+w(n)；
其中fe为收发端的频率误差，T为采样周期，w(n)为接收机白噪声；
对r(n)进行低通滤波，滤除OFDM的前部分导S’synCP(k+M)，得到
u(n)＝C1(n)*exp(j*2π*fe*n*T)+v(n)；
u(n)是包含频率误差的单音信号；
取长度为N个值u(n),那么单音频率估计为：
Figure BDA0001796160670000021
其中f′0是单音频率估值，wt(k)为长度N的已知的加权数值表；
从估计频率f′0,从而可以得出收发频率误差fe的估计值fe‘为
f′e＝f′0-ΔF；
其中ΔF为OFDM的载波间隔；
得到频率误差估计值后，对接收信号r(n)进行频率误差纠正并得到实信号为：
x(n)＝Real[r(n)*exp(-j*2*pi*fe‘*n*T)]
x(n)是频率同步后的OFDM信号。
进一步的，为了提高在低信噪比条件下的频率同步性能，同步信号的幅度A高于OFDM载波幅度10dB以上。
进一步的，所述中低频率稳定度晶振下的频率同步包括如下步骤：
采用中低频率稳定度的晶振，频率估计算法可以简化成相关估计法，利用前导信号s(n)的重复性质
s(n)＝s(n+1024),n＝0:7*1024-1；
对接收信号
r(n)＝s(n)*exp(j*2π*fe*n*T)+w(n)
其中fe为收发端的频率误差，T为采样周期，w(n)为接收机白噪声；
估计频偏：
Figure BDA0001796160670000031
进一步的，中频信号处理包括被干扰的载波搬移到空闲的频段内、在HPLC的应用层进行信道搬移或把被干扰的载波关闭。
本发明充分利用IEEE1901.1在电力通信中的特长，发挥无线通信的优势，提出了一种基于IEEE1901.1的无线通信的算法，使得IEEE1901.1可以工作在电力载波有线通信模式和国网专有频带上的无线通信，并可以在电网通信频段里在任意指定的点频上收发，实现同一标准两种模式的通信。这个发明使得电力宽带通信有着通讯距离远、模块成本低、功耗小、应用面宽等等的优点。
附图说明
图1是本发明的基于IEEE1901.1通信标准的电力双模通信架构图；
图2是IEEE1901.1的前导帧结构图；
图3是无线发射信号s(n)的频谱图；
图4是三个被干扰载波搬迁示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的基于IEEE1901.1通信标准的电力双模通信架构由宽带载波通信(HPLC)芯片和软件射频模块(或芯片)、电力线驱动电路组成。HPLC芯片和电力线驱动电路组成了传统的有线的宽带电力载波通信。HPLC基带芯片和软件射频模块(或芯片)组成了无线宽带通信。
HPLC基带芯片是基于IEEE1901.1标准的芯片。由于IEEE1901.1标准采用的是OFDM通信方式，它对收发器之间的频率误差要求很高(<0.5％)。如果收发射频载波中心频率为500MHz的话，那么要求系统的晶振稳定度优于0.1ppm,这个频率稳定度是一般的低成本晶振不能够达到的。
本发明提出了两种用数字信号处理模块实现频率同步的机制和算法，解决了适合于IEEE1901.1标准的OFDM接收的频率同步问题。此外，为了适应国网频段内的任意点频收发的载波聚合，本发明提出了两种HPLC的载波聚合方法，软件射频模块中的中频处理单元或者是HPLC的应用层可以将一组连续的OFDM基带载波，按照频率分配规划，随机的分散到指定的点频发射，以绕开可能的其它系统占用的点频，因而实现了载波聚合和动态频谱共享，大大的提高了无线频段的利用率。
频率同步算法
IEEE1901.1物理层发送的帧结构由前导、帧控制和载荷数据组成，而前导是唯一可以用来频率同步的信号部分。图2为IEEE1901.1的前导帧结构，其中每一个SYNCP包含1024个采样率为25MSPS的样本。
电力载波通信芯片的频率稳定度要求是+/-25ppm,如果在500MHz上调制发射后，在接收端最大的频率误差为25KHz，这样大的误差在一个SYNCP上产生的相位飘移为369度，无法满足常用的差分频率估计法的要求。
1)低频率稳定度晶振下的频率同步算法
本发明提出了一个前导帧加载同步单音的方法实现频率同步。假定前导帧的信号为SsyncCP，SsynCP(k)是载波数为1～511的HPLC多载波信号。在信号发射单元，SsynCP(k)首先被移频M个载波为：
S’synCP(k+M)＝SsynCP(k),k＝1,2…511；
在第一个载波位置上插入一个频率同步单音信号C1，C1是一个幅度为A载波数为1的单音信号。为了提高在低信噪比条件下的频率同步性能，同步信号的幅度A一般高于OFDM载波幅度10dB以上。如图3所示，同步信号C1和OFDM前导信号综合后形成无线发射信号s(n),其中s(n)为载波数最大为511+M的多载波信号；
在接收端，接收信号r(n)为：
r(n)＝s(n)*exp(j*2π*fe*n*T)+w(n)；
其中fe为收发端的频率误差，T为采样周期，w(n)为接收机白噪声。
对r(n)进行低通滤波，滤除OFDM的前部分导S’synCP(k+M)，得到
u(n)＝C1(n)*exp(j*2π*fe*n*T)+v(n)
u(n)是一个包含频率误差的单音信号,其中由于低通滤波噪声v(n)的功率较w(n)下降了约1/511倍。
取长度为N个值u(n),那么单音频率估计为：
Figure BDA0001796160670000051
其中f′0是单音频率估值，wt(k)为长度N的已知的加权数值表。
从估计频率f′0,从而可以得出收发频率误差fe的估计值fe‘为
f′e＝f′0-ΔF
其中ΔF为OFDM的载波间隔。
得到频率误差估计值后，对接收信号r(n)进行频率误差纠正并得到实信号为：
x(n)＝Real[r(n)*exp(-j*2*pi*fe‘*n*T)]
x(n)是频率同步后的OFDM信号。
2)中低频率稳定度晶振下的频率同步算法
如果系统采用一个中低频率稳定度的晶振(<10ppm),频率估计算法可以简化成相关估计法。利用前导信号s(n)的重复性质
s(n)＝s(n+1024),n＝0:7*1024-1
对接收信号
r(n)＝s(n)*exp(j*2π*fe*n*T)+w(n)
由于HPLC可能工作在较低的信噪比条件下，在1024点上做频偏估计会误差太大。为了提高频偏估计精度，三段1024点的信号用来估计频偏：
Figure BDA0001796160670000061
载波聚合和动态频谱共享的中频信号处理算法
在国网的专用频带内，还包含一些其它系统，如环保、地质部门的可以使用的频点。为了提高频谱利用率，不同部门和单位采用共网模式共同使用这些频段。这就要求软件射频模块需要有载波聚合和动态频谱共享的功能，这个是由该模块的中频信号处理单元实现的。如图4所示，在电网连续的基带OFDM载波内，突发有三个外单位载波通信，软件射频模块的中频信号处理单元将自动的把三个被干扰的载波搬移到空闲的频段内。
由于HPLC的OFDM在12.5MHz中有512个子载波，载波间隔为24.4KHz,而国网230MHz上的信道间隔为25KHz,所以中频信号处理可以在512个子载波内任意重新配置子载波，以绕开外单位占用的点频。
上述载波聚合也可以由HPLC的应用层直接实现，当HPLC的应用层检测到外单位的发射频率时，可以进行同样的信道搬移，也可以把被干扰的载波关闭。这样就规避了对系统的干扰。

Claims (2)

1.一种基于IEEE1901.1通信标准的电力双模通信方法，HPLC芯片和电力线驱动电路组成传统的有线宽带电力载波通信，HPLC基带芯片和软件射频模块组成无线宽带通信；其特征在于：采用频率同步和中频信号处理实现；
所述频率同步包括低频率稳定度晶振下的频率同步和中低频率稳定度晶振下的频率同步；
所述低频率稳定度晶振下的频率同步包括如下步骤：
假定前导帧的信号为SsyncCP，SsynCP(k)是载波数为1～511的HPLC多载波信号；在信号发射单元，SsynCP(k)首先被移频M个载波为：
S’synCP(k+M)＝SsynCP(k),k＝1,2…511；
在第一个载波位置上插入一个频率同步单音信号C1，C1是一个幅度为A载波数为1的单音信号；同步信号C1和OFDM前导信号综合后形成无线发射信号s(n),其中s(n)为载波数最大为511+M的多载波信号；
在接收端，接收信号r(n)为：
r(n)＝s(n)*exp(j*2π*fe*n*T)+w(n)；
其中fe为收发端的频率误差，T为采样周期，w(n)为接收机白噪声；
对r(n)进行低通滤波，滤除OFDM的前部分导S’synCP(k+M)，得到
u(n)＝C1(n)*exp(j*2π*fe*n*T)+v(n)；
u(n)是包含频率误差的单音信号；
取长度为N个值u(n),那么单音频率估计为：
Figure FDA0003149865990000011
其中f′0是单音频率估值，wt(k)为长度N的已知的加权数值表；
从估计频率f′0,从而可以得出收发频率误差fe的估计值fe′ 为
f′e＝f′0-ΔF；
其中ΔF为OFDM的载波间隔；
得到频率误差估计值后，对接收信号r(n)进行频率误差纠正并得到实信号为：
x(n)＝Real[r(n)*exp(-j*2*pi*fe′ *n*T)]
x(n)是频率同步后的OFDM信号；
所述中低频率稳定度晶振下的频率同步包括如下步骤：
采用中低频率稳定度的晶振，频率估计算法可以简化成相关估计法，利用无线发射信号s(n)的重复性质
s(n)＝s(n+1024),n＝0:7*1024-1；
对接收信号
r(n)＝s(n)*exp(j*2π*fe*n*T)+w(n)
其中fe为收发端的频率误差，T为采样周期，w(n)为接收机白噪声；
估计频偏：
Figure FDA0003149865990000021
中频信号处理包括被干扰的载波搬移到空闲的频段内、在HPLC的应用层进行信道搬移或把被干扰的载波关闭。
2.如权利要求1所述的基于IEEE1901.1通信标准的电力双模通信方法，其特征在于：为了提高在低信噪比条件下的频率同步性能，同步信号的幅度A高于OFDM载波幅度10dB以上。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112165722A (zh) * 2020-09-14 2021-01-01 山东电工电气集团有限公司 一种适用于低压配电台区的通信方法
CN113258955B (zh) * 2021-05-21 2022-04-29 青岛启超微信息科技有限公司 一种宽频双模无线的深度融合系统及方法
CN113518030B (zh) * 2021-06-23 2021-11-19 北京智芯微电子科技有限公司 双模模间协同方法及电力物联网络系统
CN114339466B (zh) * 2021-12-17 2023-08-29 苏州卓智创芯电子科技有限公司 一种hplc和微功率无线设备混装的抄表系统及方法
CN114650205B (zh) * 2022-03-25 2023-07-28 深圳市力合微电子股份有限公司 一种hplc双模高速无线系统前导同步信号生成方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6288631B1 (en) * 1998-12-08 2001-09-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Power-line carrier communications system
CN1988402A (zh) * 2006-10-10 2007-06-27 东南大学 电力线载波通信系统的实现方法
CN105306102A (zh) * 2015-09-23 2016-02-03 北京智芯微电子科技有限公司 一种电力线载波与无线物理层融合通信的装置及方法
CN105656515A (zh) * 2016-01-29 2016-06-08 北京四季豆信息技术有限公司 宽带电力线载波通信发送设备及接收设备
CN206712961U (zh) * 2017-05-10 2017-12-05 国家电网公司 基于无线与电力线载波通信融合的用电信息采集系统
CN107612590A (zh) * 2017-07-24 2018-01-19 天津科技大学 一种电力线载波与无线的mac 层混合组网方法
CN207706196U (zh) * 2017-12-29 2018-08-07 北京智芯微电子科技有限公司 电力线载波与无线双模安全通信装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6288631B1 (en) * 1998-12-08 2001-09-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Power-line carrier communications system
CN1988402A (zh) * 2006-10-10 2007-06-27 东南大学 电力线载波通信系统的实现方法
CN105306102A (zh) * 2015-09-23 2016-02-03 北京智芯微电子科技有限公司 一种电力线载波与无线物理层融合通信的装置及方法
CN105656515A (zh) * 2016-01-29 2016-06-08 北京四季豆信息技术有限公司 宽带电力线载波通信发送设备及接收设备
CN206712961U (zh) * 2017-05-10 2017-12-05 国家电网公司 基于无线与电力线载波通信融合的用电信息采集系统
CN107612590A (zh) * 2017-07-24 2018-01-19 天津科技大学 一种电力线载波与无线的mac 层混合组网方法
CN207706196U (zh) * 2017-12-29 2018-08-07 北京智芯微电子科技有限公司 电力线载波与无线双模安全通信装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于前导序列的PLC系统定时同步技术研究;赵黎;《电子技术应用》;20180309;第44卷(第2期);全文 *

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