一种用于自动集中抄表的窄带通信数据传输方法技术

本发明专利技术公开了一种用于自动集中抄表的窄带通信数据传输方法，收发双方以相同共有的工频(50/60Hz)源为基准，各自测量其半周期T。收发双方以各自的时钟频率在长时间内进行测量计算，取得结果的精度可以满足在整帧传送时间范围内所有收发段起始点的同步要求。本发明专利技术可以不进行实质的时钟同步，而实现分散收发段的帧信号的同步接收，确保接收机在正确的脉冲存在时间段内采样，大幅度提高数据的收发稳定性。本发明专利技术使得一个帧同步词本身的同步成功概率，就是整帧定时同步成功的概率，性能得到大幅提高；此外，帧同步词长度还可以加长为多倍原系统中同步词的长度，进一步提高帧定时同步成功的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于智能电网通信
，具体涉及一种用于自动集中抄表的窄带通信 数据传输方法。
技术介绍
自动集中抄表是电力系统自动化受益较大，对数字通信效率要求较低，实现要求 不特别高的系统。因此，在数字通信及电力系统智能化起步阶段，从小区自动集中抄表着 手，是自然而然的选择。首先，利用小区内无处不在的工频电网（通信信道原本即存在），将 各家各户电表信息传输到小区某处的中心收发点；再通过特定网络传送到电力管理中心。 实现这样的系统主要有两个部分的工作：一个是将原有电表从模拟的改造成数字的；一个 是电力载波的物理信道和局域网络实现电表信息的双向传输。 种种考虑，国内起步阶段以低频窄带电力载波通信为嵌入点。但在这种应用中，面 对的环境电磁干扰通常很大，造成这一现象的原因在于自动抄表集中于人口多且电力应用 复杂的环境；另外，电力载波依赖的载体是220V工频电力线，它一般是裸露或半裸露的，很 容易受到生活和工业用电的干扰。这种情况下干扰和噪声存在于电力线中，与工频电流及 承载的低频窄带PLC(电力线通信）信号共存并相互影响。一个重要现象是侵入的干扰噪 声的幅度受工频电流瞬间值影响而成比例变化；瞬间电流的绝对值越大，干扰噪声也越大。 为应对这种周期性时变的脉冲式的干扰噪声，一般的设计安排收发只在工频交流电流的过 零点附近进行（例如在过零点前后3. 3ms范围内进行），虽然工程实际操作中很难做到理想 实现，但也极大躲避了这种干扰噪声被放大的不利因素。 抄表信息一般是以数据帧的形式通过电力线进行传输的，图1为一般TDD(时分双 工，Time Division Duplexing)数字系统的帧格式，即一次数据负载（Payload)的发射，是 以帧的形式时分（TDD)发送接收的。前导词Preamble的数据格式是工业标准预先设计好、 固定不变的，其格式对收发双方各种不同的帧都是相同的。同步词的主要的任务是帧定时 同步，供接收机寻找FC (帧控制，Frame Control)的起点样本的时间位置。接收机寻找到 FC的起点位置，便可以在接收机的数据缓冲器中，按照标准规定的速率依次提取FC和/或 PD(数据负载）的数字信息，之后去进行各种解调和数字信号处理。 对于工频（50/60HZ)过零点附近比较合理可用的范围只能占有工频半周期 (IOms)的四分之一或稍大，将其尽可能对称地放置于正弦电流过零点两侧范围内，本文称 之为"收发段"。当前国内该领域内都是采用窄带低符号（symbol)速率的系统。在一个收 发段内可容纳的脉冲（最常用的是Ibit键控调频BFSK方式）通常不多，例如一百左右或 更多些。因此，一帧信号需分作若干个这样不连续的收发段传送。接收机接收到所有含有 当前帧的信号的收发段的信息，整合到一起，才能进行后续的信号处理。 这样的收发方式下，由于脉冲速率（波特率）和工频频率通常是不同步的。收发 双方的时钟本身相互也不同步（对于这种应用对成本的要求，收发双方时钟源频率相对于 产品额定值差别往往较大，例如IOOppm)。所以，当一帧信号分作数百个收发段发送时候，传 统的做法是逐段探测工频过零点，根据探测到的工频过零点时间，安排下一个工频过零点 的收发段的起讫时间点。 和一般意义的数字通信系统类似，收发时钟的频率误差导致接收机的采样时间位 置从收发段开始定时同步的准确点逐渐偏移，偏移随着采样数的增加而增大。采样位置的 偏移向前或向后，取决于两个时钟的频率差方向。但是，由于一个收发段内含有信息的脉冲 单元数不大，对于即使质量不高的采样时钟源（低质量指收发振荡源间的频差较大），在一 个收发段结束时候，这种偏差还不至于导致采样出现位置的颠覆性错误（即采样到相邻脉 冲范围内）。这实际是这种设计的一个优点，这样安排它不需要安排设计成本较高较复杂的 时钟频率同步环节。当收发双方的晶振源的频率偏差很小时候，有可能将接收机可以维持 正确采样时间区间的范围加大，但必须付出使用高性能晶振源必须的高成本的代价。 如上所述，发射机每个收发段的起点，依靠它对前一个工频过零点的探测。而探测 的误差通常是随机不理想的。误差通常在工频半周期（IOms)的几个百点范围内。所以，必 须在每个收发段都安排同步词供远侧接收机做该段起点的定时同步，这是这种系统设计安 排不稳定的根本所在。 -个收发段占有的脉冲数，在窄带低速系统中是相对有限的（一百到几百）。首 先，同步词也是一个收发段的一部分，而同步词在噪声干扰环境下的定时可靠性，取决于同 步词的长度（伪随机数的比特数）。收发段的同步词长度（Pm)越大，同步抗噪声和干扰能 力越强。同时一个收发段长度（Lm)剩余的信息段（Sm)则越短： Sm = Lm-Pm -个长度为N1比特的收发段同步词，抗干扰能力（Gm)最高可达到： Gm = IOlg(N1)分贝（dB) 例如N1= 20时，则Gm~13dB ;在实际环境中，这远远不够。对于一个例如100脉 冲长度的收发段，这种安排下可以承载信息的数位剩下80个。继续增加同步词的数位，大 致每增加一倍，抗干扰噪声能力最大提高3dB (考虑到限带滤波器作用，通常无法做到）。而 承载的真正帧信息的数位相反地减少同样多数位。 这样，系统的设计处于很尴尬的情况：在实际参数允许情况下最大可能的同步词 长度，也无法抵抗大部分情况下的干扰噪声。而这样安排一个收发段承载的有效帧信息很 少，导致一帧信号需要的收发段的数量急剧地增加。 在一定的信道环境性能（信噪比SNR)下，定时同步的可靠性用成功同步的概率Pm 表达。那么，如果一整帧信号需要Nf个收发段。整帧信号可以成功接收的概率是： 上式中，指数Nf是整帧信号含有的收发段个数，Pm是单个收发段同步词同步成功 概率。当一帧信号需要的收发段个数很大时候，即使Pm表面看起来并不差，但总体一帧信 号成功接收的概率依然很低。 这就是传统系统稳定性（正确接收抄表信息）很低的根本原因。信道环境的性能 (SNR)和人类生活和工业活动关系很大。在某些时间范围内，生活和工业活动很少，使用电 器也少，信道环境就相对好些。自动集中抄表的成功概率就比较高。对于人口密集，社会活 动多的地区，传统设计的系统采用电力载波自动集中抄表的成功概率（稳定性）就会比较 低。注意到，收发段的定时同步成功概率，和一般的数字通信系统的帧定时同步概率一样， 是无法通过纠错编码等措施改善的。
技术实现思路
针对现有技术所存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种用于自动集中抄表的窄 带通信数据传输方法，可以在不进行实质的时钟同步的同时实现上述"收发段"的同步接 收。接收机可以在正确的脉冲时间段内采样，大幅度提高数据的收发稳定性。 -种用于自动集中抄表的窄带通信数据传输方法，包括如下步骤： (1)发送端和接收端通过计数器（高于发送信号带宽的计数器）测量各自电力线 上工频正弦电信号半周期所对应的拍数，其中发送端检测得到的拍数为M 1，接收端检测得 到的拍数为M2; (2)数据帧信号发送初始时刻，由发送端利用计数器检测电力线上工频正弦电信 号的过零点，并记录该过零点对应的计数值为N ; (3)发送端当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于自动集中抄表的窄带通信数据传输方法，包括如下步骤：(1)发送端和接收端通过计数器测量各自电力线上工频正弦电信号半周期所对应的拍数，其中发送端检测得到的拍数为M1，接收端检测得到的拍数为M2；(2)数据帧信号发送初始时刻，由发送端利用计数器检测电力线上工频正弦电信号的过零点，并记录该过零点对应的计数值为N；(3)发送端利用以工频正弦电信号过零点为中心的多个收发段将整帧信号数据传送给接收端，且使计数值Dk作为第k段抄表数据的发送起始时刻以进行数据传输；Dk=N+(M1-X2)+(k-1)M1]]>其中：k为收发段的段序号，X为收发段段宽对应的拍数；(4)接收端实时接收发送端发送过来的数据并进行同步词检测，同步词匹配后即帧定时同步成功后，接收端从定时同步点起每隔M2拍进行一次数据截取，每一次截取的时长为X拍，进而将所有截取得到的数据段整合成发送端发送的整帧信号数据；最后再对整帧信号数据进行数字信号处理，以恢复得到原始的抄表数据及各种控制信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑清诒，袁炼红，顾渝骢，王妃婵，
申请(专利权)人：杭州箭源电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33