CN115208435A - 一种基于空间调制技术的智能电网信号传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,首先利用空间调制技术,将需要传输的信号被分为索引信息和调制信息两部分,在此基础上,若当前的PLC链路处于正常工作状态,将有线PLC与无线通信联合,实现多链路传输机制,由于有线的PLC与无线通信被同时窃听的概率极低,能够有效避免信息泄露的风险,若当前的PLC链路处于非正常工作状态,则通过无人机将索引信息由发射端转发至接收端,并在确定到接收端是合法用户时,再通过无人机对调制信息进行传输,利用无人机具有机动性强、部署快速、支持大规模接入的优点,能够避免紧急情况下智能电网的通信中断的问题,最终实现了智能电网中信号安全传输。
Description
技术领域
本发明涉及信息传输技术领域,特别是涉及一种基于空间调制技术的智能电网信号传输方法。
背景技术
随着智能电网的飞速发展,智能电网设备和智能电网终端的数量呈指数上升趋势。目前,数以万计的终端设备通过连接电力线传输电力能源,以驱动设备运行。由于电力线的大量连接配置,智能电网中的电力线通信(PLC,Power Line Communication)被广泛应用。PLC是利用低、中、高压电力线作为信息传输媒介进行信号传输的一种特殊通信方式。
由于PLC具有广播性,仅利用电力线传输极其重要的电力系统相关数据容易被窃听者窃取,增加了信息泄露的风险。而且当重大自然灾害发生时,PLC通信链路可能受到严重破坏,进而影响到电力系统相关数据的传输,甚至导致整个智能电网通信网络瘫痪。
发明内容
为此,本发明的目的在于提出一种基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,以避免信息泄露的风险、以及紧急情况下智能电网的通信中断的问题,实现智能电网中信号安全传输。
一种基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,包括以下步骤:
步骤1,在发射端将需要传输的信号比特数据转化为比特数据矩阵,再通过空间调制单元将比特数据矩阵拆分为索引信息和调制信息两部分;
步骤2,判断当前的电力线通信链路是否处于正常工作状态,若当前的电力线通信链路处于正常工作状态,则执行步骤3,若当前的电力线通信链路处于非正常工作状态,则执行步骤4;
步骤3,先通过电力线通信链路将索引信息传输至接收端,再通过无线通信将调制信息传输至接收端,接收端通过与电力线连接的适配器将索引信息从电流中分离出来,并通过空间调制解调器解调获得调制信息,进而得到接收信号;
步骤4,通过无人机将索引信息由发射端转发至接收端,通过接收端反馈的信息来判断接收端是否为合法用户,若接收端是合法用户,再通过无人机对调制信息进行传输,接收端通过空间调制解调器解调获得索引信息和调制信息,进而得到接收信号。
上述基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,其中,步骤1具体包括:
在发射端将需要传输的信号比特数据转化为比特数据矩阵n,再通过空间调制单元将比特数据矩阵拆分为n1比特的索引信息和n2比特的调制信息,索引信息和调制信息满足条件式:
n1=log2(NT)
n2=log2(M)
其中,NT表示发射端天线数,M表示幅度相位调制阶数。
上述基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,其中,步骤2具体包括:
通过电力线通信链路发送索引信息来判断当前的电力线通信链路是否处于正常工作状态,如果接收端能够接收到索引信息,则接收端通过无线通信方式向发射端反馈肯定信号,认定当前的电力线通信链路处于正常工作状态;如果接收端未接收到索引信息,则接收端通过无线通信方式向发射端反馈否定信号,认定当前的电力线通信链路处于非正常工作状态。
上述基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,其中,步骤4中,通过接收端反馈的信息来判断接收端是否为合法用户的具体包括:
接收端在接收到索引信息后,对索引信息中的每一位比特信息进行按位取反发送给无人机,再由无人机转发至发射端,如果发射端能够接收到正确的反相信息,则确定接收端为合法用户,建立端对端的通信链路;如果发射端不能接收到正确的反相信息,则确定接收端为非合法用户,不建立通信链路。
上述基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,其中,步骤3中,接收端接收到的接收信号的表达式为:
yB= HP×x1+nP +H×x2+nB
其中,yB表示接收端接收到的接收信号,HP表示发射端至接收端的电力线通信链路矩阵,H表示发射端与接收端之间的无线信道矩阵,x1表示索引信息,x2表示调制信息,nP表示发射端至接收端的电力线通信链路矩阵对应的噪声矩阵,nB表示发射端与接收端之间的无线信道矩阵对应的噪声矩阵。
上述基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,其中,步骤4中,接收端接收到的接收信号的表达式为:
yB= H1×(x1+ x2)+nB1
其中,yB表示接收端接收到的接收信号,H1表示无人机与接收端之间的信道矩阵,x1表示索引信息,x2表示调制信息,nB1表示无人机与接收端之间的信道矩阵对应的噪声矩阵。
上述基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,其中,所述方法还包括:
通过无人机将索引信息由发射端转发至接收端,通过接收端反馈的信息来判断接收端是否为合法用户,若接收端是非合法用户,则非合法用户接收到的接收信号的表达式为:
yE=H2×x1+nE1
其中,yE表示非合法用户接收到的接收信号,H2表示无人机与非合法用户之间的信道矩阵,x1表示索引信息,nE1表示无人机与非合法用户之间的信道矩阵对应的噪声矩阵。
根据本发明提供的基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,当,实现了PLC与无人机协作的通信方式,首先利用空间调制技术,将需要传输的信号被分为索引信息和调制信息两部分,在此基础上,若当前的PLC链路处于正常工作状态,将有线PLC与无线通信联合,实现多链路传输机制,由于有线的PLC与无线通信被同时窃听的概率极低,能够有效避免信息泄露的风险,若当前的PLC链路处于非正常工作状态,则通过无人机将索引信息由发射端转发至接收端,并在确定到接收端是合法用户时,再通过无人机对调制信息进行传输,利用无人机具有机动性强、部署快速、支持大规模接入的优点,能够避免紧急情况下智能电网的通信中断的问题,最终实现了智能电网中信号安全传输。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的基于空间调制技术的智能电网信号传输方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,本发明一实施例提供的基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,包括以下步骤:
步骤1,在发射端将需要传输的信号比特数据转化为比特数据矩阵,再通过空间调制单元将比特数据矩阵拆分为索引信息和调制信息两部分。
其中,信号的发射端与接收端之间使用电力线进行电力运载,
该方法需要在信号的发射端先将需要传输的信号比特数据经串/并转换单元转化为比特数据矩阵,矩阵的每一列即为一个通信时刻内传输的数据比特,此数据比特向量的长度对应于传输速率大小。其次,空间调制单元把此数据比特向量的前一部分用来选取一根发射天线索引,把剩余部分映射为传统的调制信息。根据空间调制技术的特点,一部分信息比特用于决定激活天线的索引,另一部分信息比特用于调制信息,将激活天线的索引信息作为一种额外的数据携带的方式,能够实现多链路传输,从而提升智能电网信号安全传输性能。
具体在本实施例中,在发射端将需要传输的信号比特数据转化为比特数据矩阵n,再通过空间调制单元将比特数据矩阵拆分为n1比特的索引信息和n2比特的调制信息,索引信息和调制信息满足条件式:
n1=log2(NT)
n2=log2(M)
其中,NT表示发射端天线数,M表示幅度相位调制阶数。
步骤2,判断当前的电力线通信链路是否处于正常工作状态,若当前的电力线通信链路处于正常工作状态,则执行步骤3,若当前的电力线通信链路处于非正常工作状态,则执行步骤4。
具体的,通过电力线通信链路发送索引信息来判断当前的电力线通信链路是否处于正常工作状态,如果接收端能够接收到索引信息,则接收端通过无线通信方式向发射端反馈肯定信号,认定当前的电力线通信链路处于正常工作状态,然后执行步骤3;如果接收端未接收到索引信息,则接收端通过无线通信方式向发射端反馈否定信号,认定当前的电力线通信链路处于非正常工作状态,然后执行步骤4。
步骤3,先通过电力线通信链路将索引信息传输至接收端,再通过无线通信将调制信息传输至接收端,接收端通过与电力线连接的适配器将索引信息从电流中分离出来,并通过空间调制解调器解调获得调制信息,进而得到接收信号。
其中,接收端接收到的接收信号的表达式为:
yB= HP×x1+nP +H×x2+nB
其中,yB表示接收端接收到的接收信号,HP表示发射端至接收端的电力线通信链路矩阵,H表示发射端与接收端之间的无线信道矩阵,x1表示索引信息,x2表示调制信息,nP表示发射端至接收端的电力线通信链路矩阵对应的噪声矩阵,nB表示发射端与接收端之间的无线信道矩阵对应的噪声矩阵。
步骤4,通过无人机将索引信息由发射端转发至接收端,通过接收端反馈的信息来判断接收端是否为合法用户,若接收端是合法用户,再通过无人机对调制信息进行传输,接收端通过空间调制解调器解调获得索引信息和调制信息,进而得到接收信号。
其中,对于重大自然灾害引发的智能电网通信中断问题,因无人机(UAV,UnmannedAerial Vehicle)具有机动性强、部署快速、支持大规模接入的优势,使用无人机作为通信中继快速重建可靠的通信服务,持续传输电力系统相关数据,能够解决紧急情况下智能电网的通信中断问题。
本实施例中,通过接收端反馈的信息来判断接收端是否为合法用户的具体包括:
接收端在接收到索引信息后,对索引信息中的每一位比特信息进行按位取反发送给无人机,再由无人机转发至发射端,如果发射端能够接收到正确的反相信息,则确定接收端为合法用户,建立端对端的通信链路;如果发射端不能接收到正确的反相信息,则确定接收端为非合法用户,不建立通信链路,保证传输安全性。
其中,接收端接收到的接收信号的表达式为:
yB= H1×(x1+ x2)+nB1
其中,yB表示接收端接收到的接收信号,H1表示无人机与接收端之间的信道矩阵,x1表示索引信息,x2表示调制信息,nB1表示无人机与接收端之间的信道矩阵对应的噪声矩阵。
此外,作为一个具体示例,所述方法还包括:
通过无人机将索引信息由发射端转发至接收端,通过接收端反馈的信息来判断接收端是否为合法用户,若接收端是非合法用户,则非合法用户接收到的接收信号的表达式为:
yE=H2×x1+nE1
其中,yE表示非合法用户接收到的接收信号,H2表示无人机与非合法用户之间的信道矩阵,x1表示索引信息,nE1表示无人机与非合法用户之间的信道矩阵对应的噪声矩阵。从上述表达式可知,非合法用户无法获取完整的传输信号。
综上,根据本发明提供的基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,当,实现了PLC与无人机协作的通信方式,首先利用空间调制技术,将需要传输的信号被分为索引信息和调制信息两部分,在此基础上,若当前的PLC链路处于正常工作状态,将有线PLC与无线通信联合,实现多链路传输机制,由于有线的PLC与无线通信被同时窃听的概率极低,能够有效避免信息泄露的风险,若当前的PLC链路处于非正常工作状态,则通过无人机将索引信息由发射端转发至接收端,并在确定到接收端是合法用户时,再通过无人机对调制信息进行传输,利用无人机具有机动性强、部署快速、支持大规模接入的优点,能够避免紧急情况下智能电网的通信中断的问题,最终实现了智能电网中信号安全传输。
应当理解,本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如,如果用硬件来实现,和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,在发射端将需要传输的信号比特数据转化为比特数据矩阵,再通过空间调制单元将比特数据矩阵拆分为索引信息和调制信息两部分;
步骤2,判断当前的电力线通信链路是否处于正常工作状态,若当前的电力线通信链路处于正常工作状态,则执行步骤3,若当前的电力线通信链路处于非正常工作状态,则执行步骤4;
步骤3,先通过电力线通信链路将索引信息传输至接收端,再通过无线通信将调制信息传输至接收端,接收端通过与电力线连接的适配器将索引信息从电流中分离出来,并通过空间调制解调器解调获得调制信息,进而得到接收信号;
步骤4,通过无人机将索引信息由发射端转发至接收端,通过接收端反馈的信息来判断接收端是否为合法用户,若接收端是合法用户,再通过无人机对调制信息进行传输,接收端通过空间调制解调器解调获得索引信息和调制信息,进而得到接收信号。
2.根据权利要求1所述的基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,其特征在于,步骤1具体包括:
在发射端将需要传输的信号比特数据转化为比特数据矩阵n,再通过空间调制单元将比特数据矩阵拆分为n1比特的索引信息和n2比特的调制信息,索引信息和调制信息满足条件式:
n1=log2(NT)
n2=log2(M)
其中,NT表示发射端天线数,M表示幅度相位调制阶数。
3.根据权利要求1所述的基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,其特征在于,步骤2具体包括:
通过电力线通信链路发送索引信息来判断当前的电力线通信链路是否处于正常工作状态,如果接收端能够接收到索引信息,则接收端通过无线通信方式向发射端反馈肯定信号,认定当前的电力线通信链路处于正常工作状态;如果接收端未接收到索引信息,则接收端通过无线通信方式向发射端反馈否定信号,认定当前的电力线通信链路处于非正常工作状态。
4.根据权利要求1所述的基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,其特征在于,步骤4中,通过接收端反馈的信息来判断接收端是否为合法用户的具体包括:
接收端在接收到索引信息后,对索引信息中的每一位比特信息进行按位取反发送给无人机,再由无人机转发至发射端,如果发射端能够接收到正确的反相信息,则确定接收端为合法用户,建立端对端的通信链路;如果发射端不能接收到正确的反相信息,则确定接收端为非合法用户,不建立通信链路。
5.根据权利要求1所述的基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,其特征在于,步骤3中,接收端接收到的接收信号的表达式为:
yB= HP×x1+nP +H×x2+nB
其中,yB表示接收端接收到的接收信号,HP表示发射端至接收端的电力线通信链路矩阵,H表示发射端与接收端之间的无线信道矩阵,x1表示索引信息,x2表示调制信息,nP表示发射端至接收端的电力线通信链路矩阵对应的噪声矩阵,nB表示发射端与接收端之间的无线信道矩阵对应的噪声矩阵。
6.根据权利要求1所述的基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,其特征在于,步骤4中,接收端接收到的接收信号的表达式为:
yB= H1×(x1+ x2)+nB1
其中,yB表示接收端接收到的接收信号,H1表示无人机与接收端之间的信道矩阵,x1表示索引信息,x2表示调制信息,nB1表示无人机与接收端之间的信道矩阵对应的噪声矩阵。
7.根据权利要求1所述的基于空间调制技术的智能电网信号传输方法,其特征在于,所述方法还包括:
通过无人机将索引信息由发射端转发至接收端,通过接收端反馈的信息来判断接收端是否为合法用户,若接收端是非合法用户,则非合法用户接收到的接收信号的表达式为:
yE=H2×x1+nE1
其中,yE表示非合法用户接收到的接收信号,H2表示无人机与非合法用户之间的信道矩阵,x1表示索引信息,nE1表示无人机与非合法用户之间的信道矩阵对应的噪声矩阵。
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