CN110247874A - 基于星座图的电力线宽带载波性能分析方法及装置 - Google Patents

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唐悦
张海龙
阿辽沙·叶
郑国权
李然
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于星座图的电力线宽带载波性能分析方法及装置，其中，一种基于星座图的电力线宽带载波性能分析方法，包括如下步骤：A：从载波网络接收物理层数据，获取星座图绘制信息，依据通信协议将所述绘制信息生成通信报文；B：将所述通信报文上传给上位机，上位机接收所述通信报文并解析，获得所述绘制信息，依据所述绘制信息绘制星座图；C：依据所述星座图分析解调性能和载波通信网络状况。本发明提供的基于星座图的电力线宽带载波性能分析方法及装置，能够完全表征采用相位调制和幅度调制方式的宽带载波中的调制信息，更加方便形象地分析信号，以星座图的方式直观地分析宽带载波的通信性能和噪声水平。

Description

基于星座图的电力线宽带载波性能分析方法及装置
技术领域
本发明涉及电信息采集技术领域，尤其是一种基于星座图的电力线宽带载波性能分析方法及装置。
背景技术
通信技术是用电信息采集系统功能实现的重要基础，其决定了系统的工作原理，也影响着系统的有效性和可靠性。用电信息采集系统经过多年建设，已经形成很大的建设规模，目前系统中应用最为广泛的是电力线窄带载波通信方式。随着采集数据种类和数据量越来越大，为满足日益增大的数据传输要求，电力线宽带载波通信方式也得到了迅速的推广应用。
目前暂无基于星座图的电力线宽带载波性能分析方法及装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于星座图的电力线宽带载波性能分析方法及装置。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于星座图的电力线宽带载波性能分析方法，包括如下步骤：
A：从载波网络接收物理层数据，获取星座图绘制信息，依据通信协议将所述绘制信息生成通信报文；
B：将所述通信报文上传给上位机，上位机接收所述通信报文并解析，获得所述绘制信息，依据所述绘制信息绘制星座图；
C：依据所述星座图分析解调性能和载波通信网络状况。
进一步地，步骤B中，上位机收到报文后，先确定中心点位置，然后进行旋转，然后再分散半径范围按照正态分布绘制出散列数量的星座点。
进一步地，步骤A中，
对于一个M相相位调制，其MPSK(multiple phase shift keying多进制数字相位调制)已调信号为：
其中，A为信号幅度，g(t)是低频率通脉冲波形，fc为载波频率，θ为初始相位；
选择一组基向量：
其中，
则信号空间的向量表示为：
对于MQAM(multiple quadrature amplitude modulation，多进制正交幅度调制)信号，已调信号为：
sm(t)＝Amcg(t)cos2πfct+Amsg(t)sin2πfct
＝Amccos2πfct+Amssin2πfct；
其中，g(t)是低通脉冲波形，fc为载波频率，Amc,Ams是一组幅值，m＝0,1.....M-1；
选择基向量：
其中
则MQAM信号在空间中可以表示为：
本发明还提供了一种基于星座图的电力线宽带载波性能分析装置，包括：
星座图绘画单元，用于从载波网络接收物理层数据，获取星座图绘制信息，依据通信协议将所述绘制信息生成通信报文，并将所述通信报文发出；
上位机，用于接收所述通信报文并解析，获得所述绘制信息，依据所述绘制信息绘制星座图。
进一步地，所述上位机收到报文后，先确定中心点位置，然后进行旋转，然后再分散半径范围按照正态分布绘制出散列数量的星座点。
本发明提供的基于星座图的电力线宽带载波性能分析方法及装置，能够完全表征采用相位调制和幅度调制方式的宽带载波中的调制信息，更加方便形象地分析信号，以星座图的方式直观地分析宽带载波的通信性能和噪声水平。
附图说明
图1是本发明MPSK调制映射星座图；
图2是本发明MQAM调制映射星座图；
图3是本发明MQAM调制映射星座图理想状态与添加噪声状态对比。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
一种基于星座图的电力线宽带载波性能分析方法，包括如下步骤：
1.星座图绘画单元从载波网络接收到物理层数据，获取星座图绘制信息，按照星座图设备通信协议格式组成通信报文。
对于一个M相相位调制，其MPSK(multiple phase shift keying多进制数字相位调制)已调信号为：
其中，A为信号幅度，g(t)是低频率通脉冲波形，fc为载波频率，θ为初始相位；
选择一组基向量：
其中，
则信号空间的向量表示为：
对于MQAM(multiple quadrature amplitude modulation，多进制正交幅度调制)信号，已调信号为：
sm(t)＝Amcg(t)cos2πfct+Amsg(t)sin2πfct
＝Amccos2πfct+Amssin2πfct；
其中，g(t)是低通脉冲波形，fc为载波频率，Amc,Ams是一组幅值，m＝0,1.....M-1；
选择基向量：其中
则MQAM信号在空间中可以表示为：
2.将通信报文信息上传给上位机，上位机解析绘制星座图的信息、绘制星座图。上位机收到报文后，先确定中心点位置，然后进行旋转，然后再分散半径范围按照正态分布绘制出散列数量的星座点。
MPSK调制映射图中分别画出M＝2,4时候的星座图，如图1中(a)所示，当M＝2时，一般取θ＝0，载波的相位只有0和π，分别代表0和1，如图1中(b)所示，当M＝4时，取θ＝0，则载波的相位分别为0，π，如图1中(c)所示，当M＝4时，取则调制映射星座图的相位分别为图1中圆的半径为
3.通过星座映射图来分析解调性能和当前载波通信网络状况。
如图3所示，若星座映射与发射端的调制映射星座图一致，表示没有噪声，基本为理想情况。若星座映射图中星座点发散，表明接收端受到了一定的噪声影响。星座映射图中星座点发散情况越严重表示噪声越大，信噪比越低。当星座映射图中星座点发散达到一定程度，相邻的星座点会叠加时，其相位和幅度信息难以恢复。若BPSK的解星座映射图中不但星座点发散，而且发生了星座点角度的偏移，则反映通信受到了噪声和频偏的影响。星座点角度的偏移反映了频偏的影响程度。信道对传输信号的幅度和相位都会产生影响，如果信道补偿不理想也会造成星座发散和角度偏移。
本发明还公开了上述分析方法的实现过程：
1.星座图分析使用环境：一种基于星座图的电力线宽带载波性能分析装置，测试星座图绘画单元从载波网络解析物理层数据，获取星座图绘制信息，按星座图设备通信协议组成报文，上报给上位机，上位机解析绘制星座图的信息，解析成功，绘制星座图，显示当前载波通信网络状况。
2.宽带载波画星座图物理层接口：宽带载波画星座映射模块的波物理层上传了TIM模式，频偏和当前TIM对应的PB块的块数和每个PB块对应的turlbo译码的迭代次数。通过matlab仿真得到这些信息对应的星座映射的信息。当物理层上传这些信息时就可以得到当前通信环境下物理层解调映射的星座图。直观的反应宽带载波通信模块在当前电力线环境下的解调性能。其具体的物理层接口如下：
输入：工作频段；信号工作模式；载荷的物理块数；译码FC和对应PL的turbo迭代次数；频偏估计值。输出：星座映射点坐标(x,y)。
3.星座图分析报文协议：
起始符 控制域1 控制域2 数据域1 数据域2 数据域3 校验(CS) 结束符
68H 16
其中，控制域1：
控制域2：
数据域：数据类型为0时：
当数据类型为1时：
长度(字节) 备注
0 空
当数据类型为2时：
当数据类型为3时：
当数据类型为其他值时，无效。
4.星座图绘制：
星座图绘制信息：
星座图绘制方法：
接收机收到报文后发送星座绘制报文；
控制域的B4B3代表星座中心点的数量，2(BPSK)或者4(QPSK)或者16(16QAM)；
每个绘制信息包括：中心坐标X，中心坐标Y，旋转角度，分散半径，散点数量；
上位机收到报文后，先确定中心点位置，然后进行旋转，然后再分散半径范围按照正态分布绘制出散列数量的星座点。
8.5星座图绘制配置命令说明：
(1)读命令：
读取频段信息，回复频段读回复报文。
读报文：68 00 00 02 00 03 04 FF 16
回复读报文：若频段为2～12M，则回复读报文：68 20 00 02 00 04 01 26 00；16；
若频段为2～6M，则回复读报文：68 20 00 02 00 04 00 25 FF 16。
读波特率信息：
读取波特率信息，回复波特率读回复报文。
读报文：68 00 00 03 00 03 05 FF 16；
回复读报文：波特率信息，68 20 00 03 00 07 00 01 C2 00 2B C1 16。
其中，波特率为115200。
(2)写命令：
1)写频段信息：
读取频段信息，回复频段写回复报文。
写报文：写2～12M频段，68 40 00 02 00 04 01 46 00 16；
写2～6M频段，68 40 00 02 00 04 00 45 FF 16。
回复写报文：若写频段为2～12M，则回复写报文：68 60 00 02 00 04 01 660016；若写频段为2～6M，则回复写报文：68 60 00 02 00 04 00 65 FF 16。
2)写波特率信息：
设置取波特率，回复波特率写回复报文。
写报文：68 40 00 03 00 07 00 00 09 60 AA 08 16；
68 40 00 03 00 07 00 00 12 C0 0A 11 16；
68 40 00 03 00 07 00 00 25 80 CA 24 16；
68 40 00 03 00 07 00 00 4B 00 4A 4A 16；
68 40 00 03 00 07 00 00 96 00 4A 95 16；
68 40 00 03 00 07 00 00 E1 00 4A E0 16；
68 40 00 03 00 07 00 01 C2 00 4B C1 16；
回复写报文：波特率信息，68 60 00 03 00 07 00 00 09 60 CA 08 16；
68 60 00 03 00 07 00 00 12 C0 2A 11 16；
68 60 00 03 00 07 00 00 25 80 EA 24 16；
68 60 00 03 00 07 00 00 4B 00 6A 4A 16；
68 60 00 03 00 07 00 00 96 00 6A 95 16；
68 60 00 03 00 07 00 00 E1 00 6A E0 16；
68 60 00 03 00 07 00 01 C2 00 6B C1 16。
目前，波特率仅支持00 00 09 60、00 00 12 C0、00 00 25 80、00 00 4B 00、0000 96 00、00 00 E1 00、00 01 C2 00，除此之外的配置显示默认值。
设置完波特率后，请注意调整pc端的串口速率，以进行匹配。
(3)复位：
执行复位命令。
复位报文：68 80 00 01 00 03 83 FF 16。
(4)开始上报星座图：
执行开始上报星座图命令。
开始上报星座图报文：68 A0 00 01 00 03 A3 FF 16。
本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种基于星座图的电力线宽带载波性能分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
A：从载波网络接收物理层数据，获取星座图绘制信息，依据通信协议将所述绘制信息生成通信报文；
B：将所述通信报文上传给上位机，上位机接收所述通信报文并解析，获得所述绘制信息，依据所述绘制信息绘制星座图；
C：依据所述星座图分析解调性能和载波通信网络状况。
2.如权利要求1所述的基于星座图的电力线宽带载波性能分析方法，其特征在于，步骤B中，上位机收到报文后，先确定中心点位置，然后进行旋转，然后再分散半径范围按照正态分布绘制出散列数量的星座点。
3.如权利要求1所述的基于星座图的电力线宽带载波性能分析方法，其特征在于，步骤A中，
对于一个M相相位调制，其MPSK已调信号为：
其中，A为信号幅度，g(t)是低频率通脉冲波形，fc为载波频率，θ为初始相位；
选择一组基向量：
其中，
则信号空间的向量表示为：
对于MQAM信号，已调信号为：
sm(t)＝Amcg(t)cos2πfct+Amsg(t)sin2πfct
＝Amccos2πfct+Amssin2πfct；
其中，g(t)是低通脉冲波形，fc为载波频率，Amc,Ams是一组幅值，m＝0,1.....M-1；选择基向量：
其中
则MQAM信号在空间中可以表示为：
4.一种基于星座图的电力线宽带载波性能分析装置，其特征在于，包括：
星座图绘画单元，用于从载波网络接收物理层数据，获取星座图绘制信息，依据通信协议将所述绘制信息生成通信报文，并将所述通信报文发出；
上位机，用于接收所述通信报文并解析，获得所述绘制信息，依据所述绘制信息绘制星座图。
5.如权利要求4所述的基于星座图的电力线宽带载波性能分析装置，其特征在于，所述上位机收到报文后，先确定中心点位置，然后进行旋转，然后再分散半径范围按照正态分布绘制出散列数量的星座点。
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