适用于电力线信道的断续包络载波调制方法与流程

本发明涉及一种适用于电力线信道的断续包络载波调制方法，属于电力线载波通信及控制领域。

背景技术：

近年来，电力线载波通信技术在用电信息采集系统中逐步得到广泛的应用，但由于电力线是一种非均匀分布的传输线，起初只是用来传输电能的，不同于传统的通信传输介质如双绞线、同轴电缆、光纤等，电力网络的信道特性十分复杂。主要体现在信道存在强时变性及多径效应，具有严重的频率弥散性及时间选择性；存在大量白噪声、有色噪声以及脉冲干扰；线路的阻抗小而且阻抗随着信号频率和时间有较大变化，这对载波信号的衰减非常严重。另一方面，用电信息采集系统对载波通信传输速率、传输时延等提出了更高的要求，而电力线载波的频谱资源又十分紧张，提升电力线载波通信的频谱效率迫在眉睫。

为了应对电力线载波通信恶劣的传输环境，为用电信息采集业务的深化应用提供坚实的物理层通信环境，并进一步提升载波通信频谱效率。鼎信通讯在对电力线载波通信信道特点及各种调制方式深入研究的基础之上，提出断续包络载波调制(iecm，intermittentenvelopecarriermodulation)方法，现场运行结果表明，该方法极大提升了载波通信成功率，且改善了信号的功率谱密度，提升了系统的频谱效率。

技术实现要素：

电力线载波通信环境及其恶劣，基于对电力线通信环境的深入研究，得到电力线信道噪声、阻抗、衰减特点。一般而言，电力线信道下噪声具有时变特性且具有与交流电周期接近的周期性趋势，同时，电力线交流市电过零时刻噪声一般较弱，非过零点时刻噪声变化更加丰富；阻抗范围变化较大，且具有周期性变化趋势，过零时刻于与非过零时刻有一定差异但是一段时间内，阻抗变化比较稳定，相同地点，各频点变化趋势较为明显；信号的衰减不仅与传输距离有关，信号在电力线上的驻波、发射等现象以及大量分支的存在使信号衰减及其复杂，衰减也有一定的周期性变化趋势，过零时刻于非过零时刻存在差异，但是一段时间内衰减变化较为恒定。

另一方面，随着电采业务及其深化应用对载波传输速率、传输时延等要求的提高，基于当前的载波系统研发更高速率、更低时延、更灵活组网特性的载波系统迫在眉睫。而实现上述目的最直接的方式即增加传输信息的频点数量，然而当前多数调制方式存在功率谱密度衰减较慢，带内信号功率占比不高带外功率泄露较为严重的问题，这极大限制了多频点网络的部署效果，限制了电力线载波通信的发展。

基于上述分析，提出一种断续包络载波调制方法，该方法不但极好的适应电力线信道环境，且改善了信号的功率谱密度，降低了带外干扰，为多频点网络灵活部署提供了坚实的基础。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图说明

图1为本发明所提调制方法基带-频带信号波形对照图；

图2为本发明调制方法功率谱密度曲线；

图3为本发明断续调制方法示意图；

图4为本发明断续调制方法各支路信号波形示意图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合本发明实施例附图，对本发明实施例中的技术方案做进一步清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明实施例的一种，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。

基于对电力线信道环境的深入研究以及多种调制技术的分析，提出一种断续包络载波调制方法。该方法很好的适应了电力线信道环境的噪声、阻抗、衰减特性，同时改善了信号的功率谱密度曲线，降低了信号能量的带外扩散，提升了载波通信系统的可靠性与有效性。所提调制方法描述如下：

为了适应电力线载波通信信道环境，源节点首先对待传信息做如下编码处理。设交流市电的周期为ts，基带信号的调制速率为rb，则对于某一条载波线路(信源发送芯片最多同时支持3路线路调制)，信源对每次取出有效信息，然后再传输的隔离信息，其中此隔离信息的前面n个bit为其前面有效信息的尾部nbit，后面nbit为其后面有效信息的头部nbit，中间部分信息传输全1或全0信息。之后信源对此编码信息分两步进行调制，首先采用以下调制方式：

其中fc表示载波频率，acos(πrbt-π/2)及-acos(πrbt-π/2)分别表示基带信号为1/0时对应的调制信号包络，此包络根据基带信号的传输速率动态调整，然后基于此包络完成信号幅度、相位、频率的调整，并得到第i(i＝1，2，3)路的调制信号si，mod_all。如图1所示，通过上述调制方法，使信号连续性更强尤其在符号交替处降低了信号左右导数差距，极大改善了信号功率谱分布情况。以2psk调制作为参照，正常2psk调制方案时主瓣功率占比约为90.5％，而所提方案主瓣功率占比约为96.9％。可见其带内功率占比显著提高，大大提升了信号的传输效率，从图2可看出，所提方案信号的功率谱密度衰减更快，从而大大降低了不同频率间的串扰，为多频点载波通信系统的建设提供了坚实的基础。

基于上述调制信号，源节点进一步进行断续处理。源节点首先产生断续基带调制信号，此断续基带调制信号充分利用电力线载波信道噪声、阻抗、衰减特性，可以有效避开电力线信道噪声恶劣、阻抗及衰减不稳定的时刻。断续基带调制信号的周期为则第i(i＝1，2，3)路断续基带调制信号一个周期的表达式如下：

对上式进行周期延拓，可得某路的断续基带调制信号源节点精确控制连续调制信号与断续基带调制信号同步，将两者相乘可得此线路的断续调制信号，调制过程如图3所示；第i路传输信号表达式为smod_i＝si，mod_all*seli(t)，其传输波形如图4所示。通过断续调制，使得载波通信极好适应了电力线信道环境提升了通信成功率。另一方面，当此路的断续基带调制信号与连续载波信号不完全同步时，上述所提的对某一路信息的编码规则，使得隔离信息部分包含前后有效信息的部分信息，则此时得到的断续调制信号也不会损失有效传输信息，大大提升了传输的鲁棒性。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。