基于通信报文精准测距的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于通信报文精准测距的方法，涉及电力线载波通信技术领域，解决了电力线载波通信同步精度以及时间精度不足导致的两个设备之间距离测量不准确的技术问题，其技术方案要点是在现有FODM同步技术的基础上，增加对信道估计值中存在的线性相位的计算来推测真实同步时刻；另一个是对现有标准规定的时间精度的改进，在报文传输的过程中，携带更高精度的时间戳以获得更高精度的测量精度。更高精度的时间戳以获得更高精度的测量精度。更高精度的时间戳以获得更高精度的测量精度。

【技术实现步骤摘要】
基于通信报文精准测距的方法


[0001]本申请涉及电力线载波通信
，尤其涉及一种基于通信报文精准测距的方法。

技术介绍

[0002]电力线网络低压台区的物理连接拓扑关系是配电运行、抢修、营销、计量等专业管理的基础，反映了整个铺设线路和设备的连接关系和线路途径的信息。近年来，随着能源转型与电力市场化改革的发展，配网精益化管理要求日益加强，低压台区是智能配电网的重要组成部分。但是长期以来，因为低压台区设备信息维护和用户档案管理的滞后，导致低压台区物理拓扑关系信息存在数据不全、不规范、准确性差等一系列问题，成为提升供电企业运营管理能力和客户服务质量的关键瓶颈。在现实使用过程中，急需一种不依赖于人工录入及数据维护的低压台区拓扑关系的自动识别方法来改善这个现象。
[0003]设备与设备之间的实际连线距离的测量是解决台区物理拓扑识别的一种重要技术，由于需要测量的是电力线的实际连接距离，因此需要通过沿着电力线传输的信号来进行测量。
[0004]申请号为CN201120365915.4的技术专利所述的高压脉冲测距技术实现装置由高压直流产生电路，脉冲及信号发送控制电路、测距分析电路组成。脉冲及信号发送控制电路的信号通过耦合电路将OFDM数据帧调制电路调制的数据帧调制到高压直流产生电路上，通过电缆连接接口直接加载到待测电缆上；测距分析电路数据帧信号解析，并分析时间戳，计算出电缆短路点的距离。但是该专利的方案主要针对故障测距，不适用于正常运行线路的距离测量。
[0005]申请号为CN201310611421.3的专利技术专利“码分多址与正交频分多址信号耦合测距方法、装置及系统”，公开了一种码分多址与正交频分多址信号耦合测距方法、装置及系统，能够减小测距误差，从而提高定位精度。但该专利的方案实现技术复杂度高，需要额外采用码分多址(CDMA)技术，不便于低成本推广引用。
[0006]申请号为CN201910507033.8的专利技术申请“一种基于电力线载波信号的配电线路测距方法”，利用已经广泛使用的电力线载波通信设备来实现配电线路的测距。该方案使用两个电力线载波通信设备之间的电力线载波通信报文的交互，获取交互报文中两个站点的发送时间戳和接收时间戳来计算报文传输距离；并且该方案使用的信道估计和噪音分析主要是信号衰减估计和测量两端电力线信号噪音，从而根据信号衰减和信号噪音选择最佳测距信号频段。但是该方案仅仅抓住了信号频率色散这一个影响测距的因素，而并没有提及其它2个更重要的因素：一个是电力线载波通信报文接收的帧同步的准确性问题，另一个是电力线载波通信站点之间的时钟频率偏差的问题。
[0007]已经在全国电力系统普及的电力线载波通信技术采用的是正交频分(OFDM)技术，帧格式中采用了具有独特特征的前导符序列(preamble)作为帧检测、帧同步和信道估计的关键部分。OFDM技术在对抗多径及具有多普勒效应的环境时具有天然的优势，其最重要的
特征在于对于帧同步的误差不敏感，即不要求帧同步时与实际物理帧头完全一致。OFDM通信可以通过循环前缀、信道估计、信道补偿等算法消除帧同步误差带来的同步偏差，从而在较低的信噪比下进行通信，这可以说是OFDM通信技术的一大优势体现。
[0008]但是在测距时，这个优势就会变成劣势。以现有的电力线载波通信技术为例，标准规定的采样频率和时钟频率都是25MHz，也就是说一个采样间隔为40ns，一个时钟计数间隔也为40ns。因为OFDM技术对帧同步准确性较高的容忍度，其同步点能够允许的同步偏差通常为4个采样点(甚至更高)，那么在确定报文接收时刻的时钟就有可能存在4个采样点(也就是160ns)的时刻偏差。按照电信号速度3*108m/s估算，每40ns的偏差就会引入12米的测量误差，4个样点就会引入48米的测量误差。这个绝对误差值远高于材料色散等因素带来的误差，也是在实际应用中无法接受的。
[0009]另一方面，报文的发送站点A和接收站点B分别的时钟偏差和频率偏差也是需要计入的因素。在现行电力线载波通信的协议中，要求芯片的系统时钟至少为25MHz，用32位计数器来表征网络基准时钟(NTB，Network Time Base)。原则上，每个站点的本地时钟(LT，Local Time)应与NTB进行时间同步；但是实际上因为两个站点之间一定会存在或多或少的时钟频率偏差，会导致LT与NTB之间一定会存在一个绝对时间偏差，这个时间偏差与当前时刻距离上一次进行网络时间同步的时间差成正比，也就是说，距离上次进行网络时间同步的越久，LT与NTB的差就会越大。按照网络通信对NTB精度的要求，几十微秒的时间差异是允许的，但是对于测距来说，这个差异更加无法接受，而这个关键点在现有技术方案中也没有提及。

技术实现思路

[0010]本申请提供了一种基于通信报文精准测距的方法，其技术目的是提高电力线载波通信的同步精度和时间精度，从而实现通过电力线载波通信报文的精准测距。
[0011]本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0012]一种基于通信报文精准测距的方法，包括：
[0013]S1：站点A向站点B发送测距请求报文，所述测距请求报文包括物理帧出现在电力线上的时刻LT
A1
；
[0014]S2：站点B在本地时间LT
B2
时刻收到所述测距请求报文，若LT
B2
的理论时间表示为T0，站点B收到所述测距请求报文的同步偏差值为T_Bso，则LT
B2
＝T0+T_Bso；其中，T0＝LT
A1
+T
preamble1
+Tt1，T
preamble1
表示站点B收到测距请求报文的时刻到确认同步时的时间间隔，Tt1表示测距请求报文的传输时间；
[0015]同步偏差T_Bso的估计通过按如下方式进行推导。当同步点与实际理想同步点完全一致时，其通过前导序列获得的频域信道估计值的子载波之间的线性相位变化接近0；当同步点与实际理想同步点存在1个采样点偏差时，两两子载波之间存在的线性相位差为π/512。那么假设信道估计值中的子载波之间的线性相位为θ，可以推知实际同步点与理想同步点的采样偏差为个采样点，可以推出时间偏差为个采样点，可以推出时间偏差为设信道估计值H(m)，其中m＝m1,m2…
m
N
为有效子载波，N为有效子载波个数，
则线性相位
[0016]S3：站点B在本地时间LT
B3
时刻向站点A发送测距响应报文，所述测距响应报文包括LT
B3
‑
LT
B2
以及站点B和站点A之间的频偏值FO；
[0017]S4：站点A在本地时间LT
A4
时刻收到所述测距响应报文，站点A收到所述测距响应报文的同步偏差值为T_Aso，则有：
[0018]LT
A4
＝LT
B3
+T
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于通信报文精准测距的方法，其特征在于，包括：S1：站点A向站点B发送测距请求报文，所述测距请求报文包括物理帧出现在电力线上的时刻LT
A1
；S2：站点B在本地时间LT
B2
时刻收到所述测距请求报文，若LT
B2
的理论时间表示为T0，站点B收到所述测距请求报文的同步偏差值为T_Bso，则LT
B2
＝T0+T_Bso；其中，T0＝LT
A1
+T
preamble1
+Tt1，T
preamble1
表示站点B收到测距请求报文的时刻到确认同步时的时间间隔，Tt1表示测距请求报文的传输时间；S3：站点B在本地时间LT
B3
时刻向站点A发送测距响应报文，所述测距响应报文包括LT
B3
‑
LT
B2
以及站点B和站点A之间的频偏值FO；S4：站点A在本地时间LT
A4
时刻收到所述测距响应报文，站点A收到所述测距响应报文的同步偏差值为T_Aso，则有：LT
A4
＝LT
B3
+T
preamble2
+Tt2+T<...

【专利技术属性】
技术研发人员：程晨，汤闻誉，黄艳川，邹其军，汤颢，
申请(专利权)人：江苏芯云电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：