CN115801059A - 一种基于脉冲调制技术的电流载波通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于脉冲调制技术的电流载波通信方法，其技术方案包括以下步骤，步骤1：使用伪随机算法和曼彻斯特编码算法生成前导序列；步骤2：使用伪随机算法和曼彻斯特编码算法生成正向信息编码序列；步骤3：对步骤2所述正向信息编码序列取反生成反向信息编码序列；步骤4：对原始信息进行曼彻斯特编码后使用信息编码序列进行调制；步骤5：前导序列与信息序列组成为完整的发送序列，使用该序列进行进行电流投切控制，产生特定顺序的脉宽调制电流信号；步骤6：对电流信号进行采样、滤波；步骤7：前导序列与采样数据进行滑动相关运算，进行同步检测；步骤8：采样数据分段与正向信息编码序列进行相关运算，解调信息。
Description
技术领域
本发明涉及电流通信技术领域，尤其涉及一种基于脉冲调制技术的电流载波通信方法。
背景技术
电流载波通信是在电网电流上叠加微小畸变以传输信息的一种通信技术，具有单向传输、信号衰减小等特点，在配电线路拓扑识别领域有着巨大效益，但由于配电线路结构复杂、用电负荷多样化导致电网中存在较大电流噪声，对电流载波通信产生较大影响。
目前电流载波通信大多采用OOK调制解调方法，发送端采用特定频率的电流信号对信息进行调制并在接收端进行解调，此种方法抗干扰性差，电流信号发送功率较高、信息传输效率较低。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种基于脉冲调制技术的电流载波通信方法。信息发送端通过控制电流信号投切产生特定顺序的脉宽调制信号，信息接收端对电流信号进行采样、滤波、解调，实现信息传输。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
步骤1：生成M位伪随机序列，对伪随机序列进行曼彻斯特编码后获得2M位前导序列。
步骤2：生成N位伪随机序列，对伪随机序列进行曼彻斯特编码后获得2N位正向信息编码序列。
步骤3：对步骤2所述正向信息编码序列取反，即可获得2N位反向信息编码序列。
步骤4：对K位原始信息进行曼彻斯特编码后获得2K位编码信息，编码信息中1’b使用正向信息编码序列进行调制，0’b使用反向信息编码序列进行调制，生成信息序列。
步骤5：步骤1生成的前导序列与步骤4生成的信息序列组成为完整的发送序列，序列总长度为(2*M+4*K*N)位，使用该序列进行进行电流投切控制，产生特定顺序的脉宽调制电流信号注入到电力线上。
步骤6：对电力线上的电流信号进行采样，对采样数据进行数字滤波。
步骤7：前导序列与采样数据进行滑动相关运算，当相关值满足设定阈值S时信号同步成功。
步骤8：信号同步成功后，采样数据分段与正向信息编码序列进行相关运算，获得2K个相关值，每两个相关值做差，即可获得K位信息。
进一步地，所述步骤1、步骤2，伪随机序列常用PN序列生成，M、N取值依据应用场景的电流信道参数进行选择，取值范围为16~8192，前导序列信号强度高于信息序列，故通常N取值小于M。
进一步地，所述步骤3，反向信息编码序列为步骤2所述正向信息编码序列的反码。
进一步地，所述步骤4，信号传输过程受器件频偏影响，故原始信息长度通常小于256位。
进一步地，所述步骤4，K位原始信息可包含检验、纠错信息，保证传输信息的有效性。
进一步地，所述步骤5，发送序列每位信息1’b代表宽度为T0、强度为A0的脉冲，发送信号序列控制发送的信号含有T0和2T0两种宽度的电流脉冲，发送信号序列的中心频率f0≈1/(2T0)。
进一步地，所述步骤5，电流信道在10000赫兹以下频率响应特性较好，故f0取值范围为50~10000赫兹，T0取值范围为0.05~10毫秒，脉冲强度A0取值依据应用场景取值范围为10~800毫安。
进一步地，所述步骤6，为保证采样准确，接收端采样频率fs应高于4倍f0，精度不小于12位。
进一步地，所述步骤6，数字滤波器选用FIR带通滤波器，通带频率设为f0±1/3f0，下限截至频率1/3f0，上限截止频率位5/3f0，滤波器参数可依据信道参数进行调整。
进一步地，所述步骤7，相关值是前导序列按照fs采样量化后与电流采样数据相乘累加求得，当相关值满足设定阈值S时同步成功，相关值为正时电流方向为正，相关值为负时电流方向为反。
进一步地，所述步骤8，相关值是正向信息编码按照fs采样量化后与采样数据相乘累加求得，2K个相关值两两做差所得差值与电流方向位相乘，结果大于零即为信息位1’b，小于零即为信息位0’b。
本发明的有益技术效果：该方法提供了一种基于脉冲调制技术的电流载波通信方法，该方法相较于OOK调制技术在抗干扰性、传输效率两方面均有很大提升，同时能够实现电流方向的识别，进而确定发送端与接收端的用电关系，在配电线路结构数字化领域有着重要意义。
附图说明
图1是本发明电流载波通信方法总体流程图。
图2是本发明实施例中发送信号帧结构图。
图3是本发明实施例中发送信号频谱图。
图4是本发明实施例中数字滤波器频率响应曲线。
图5是本发明实施例中前导序列滑动相关结果。
图6是本发明实施例中信息解调结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
结合附图1，一种基于脉冲调制技术的电流载波通信方法，包括以下步骤：
步骤1：生成1024位PN序列，对PN序列进行曼彻斯特编码，获得2048位前导序列。
步骤2：生成32位PN序列，对PN序列进行曼彻斯特编码，获得64位正向信息编码序列。
步骤3：对正向信息编码序列取反，即可获得64位反向信息编码序列。
步骤4：生成64位比特信息0x00278CDCB6B05655，传输时低位信息在前，对信息进行曼彻斯特编码即可获得128位比特信息，其中0’b使用反向信息编码序列调制，1’b使用正向信息编码序列调制，即可获得8192位信息序列。
步骤5：2048位前导序列与8192位信息序列组合获得10240位发送序列，每位信息宽度T0设为400微秒，强度A0设为100毫安，在400V低压供电台区末端用户电能表处进行信号发送，信号发送总时长4096毫秒，发送信号中心频率f0约为1250赫兹。发送信号帧结构如图2所示，信号频谱如图3所示。
步骤6：在400V低压供电台区变压器侧进行信号接收，采样频率5000赫兹，采样精度16位，测量范围±500安培，电流分辨率15毫安。数字滤波器通带频率为833~1666赫兹，下限截至频率为400赫兹，上限截止频率为2000赫兹，带外衰减大于70分贝。数字滤波器频率响应曲线如图4所示。
步骤7：对前导序列进行5000赫兹采样，采样后序列长度为4096，使用该序列与经过数字滤波器滤波后的电流采样数据
进行滑动相关运算，公式为
，相关峰阈值S设定为150。前导编码序列滑动运算结果如图5所示，相关峰值为284.5，同步识别成功，电流方向为正，当前采样点记为信息起始索引。
步骤8：信息起始索引之后的电流采样数据按照每组128点进行分组，连续采集128组数据，正向信息编码序列进行5000赫兹采样，采样后序列长度为128，分别与128组电流采样数据进行相关运算，将128组相关结果两两做差并与前导方向位相乘获得64组运算结果，如图6所示，解码后即可获得信息0x00278CDCB6B05655。
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。
Claims (4)
1.一种基于脉冲调制技术的电流载波通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：生成M位伪随机序列，对伪随机序列进行曼彻斯特编码后获得2M位前导序列；
步骤2：生成N位伪随机序列，对伪随机序列进行曼彻斯特编码后获得2N位正向信息编码序列；
步骤3：对步骤2所述正向信息编码序列取反，即可获得2N位反向信息编码序列；
步骤4：对K位原始信息进行曼彻斯特编码后获得2K位编码信息，编码信息中1’b使用正向信息编码序列进行调制，0’b使用反向信息编码序列进行调制，生成信息序列；
步骤5：步骤1生成的前导序列与步骤4生成的信息序列组成为完整的发送序列，序列总长度为(2*M+4*K*N)位，使用该序列进行进行电流投切控制，产生特定顺序的脉宽调制电流信号注入到电力线上；
步骤6：对电力线上的电流信号进行采样，对采样数据进行数字滤波；
步骤7：前导序列与采样数据进行滑动相关运算，当相关值满足设定阈值S时信号同步成功；
步骤8：信号同步成功后，采样数据分段与正向信息编码序列进行相关运算，获得2K个相关值，每两个相关值做差，即可获得K位信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲调制技术的电流载波通信方法，其特征在于，所述步骤1、2中，伪随机序列常用PN序列生成，M、N取值依据应用场景的电流信道参数进行选择，取值范围为16~8192，伪随机序列生成算法不限定为PN序列。
3.根据权利要求1所述的一种基于脉冲调制技术的电流载波通信方法，其特征在于，所述步骤5中，发送序列每位信息1’b代表宽度为T0、强度为A0的脉冲，发送信号序列控制发送的信号含有T0和2T0两种宽度的电流脉冲，发送信号序列的中心频率f0≈1/(2T0)，电流信道在10000赫兹以下频率响应特性稳定，故f0取值范围为50~10000赫兹，T0取值范围为0.05~10毫秒，脉冲强度A0取值依据应用场景取值范围为10~800毫安。
4.根据权利要求1所述的一种基于脉冲调制技术的电流载波通信方法，其特征在于，所述步骤8中，2K个相关值两两做差所得差值与电流方向位相乘，结果大于零即为信息位1’b，小于零即为信息位0’b。
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|---|---|---|---|---|
| CN117895977A (zh) * | 2024-03-18 | 2024-04-16 | 青岛鼎信通讯科技有限公司 | 一种特征电流信息位识别方法 |
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