专利名称：几何谐波信号调制方法
技术领域：
本发明涉及交流(ac)供电网上的数据收集并且可以用于从防侵入和火警系统的远程传感器以及从电表、水表、热量表、气表等的低速数据采集。
背景技术：
已知一种ac供电网上的通信系统(美国专利5844949号，Int.C1.H04B 001/10；H04L 025/08；H03D 001/04，1998年12月1日发布)，其涉及发送几何谐波调制下的信号的发送器和用于接收并解码的接收器。该系统的主要问题在于，为了编码发送信号它在每个谐波上采用差分相位调制(DPM)。这种情况妨碍通过小的部分，例如一次一位或一个字符地，在能量最优方式下传送信息；因为当利用DPM发送一个位或一个字符时，必须至少发送二个信号，即基准信号和情报信号。
还已知一种通过ac网的通信系统(美国专利6329905号，Int.C1.H04M 011/04，2000年3月23日发布)，其具有发送由二个带有相关DPM的谐波组成的信号的发送器，所述谐波的频率为网络电压基准频率的二分之一倍。该系统的主要问题是和下述事实相关的低噪声稳定性，即对于数据传输该系统使用能量只集中在二个窄区内的信号，从而当在和一个传输频率偶然重合的频率上存在可重复的干扰下会使该系统完全不能操作。另外，由于所述谐波的频率实质上不同(按二或更大的倍数)，接收点处的差分相位会随着信号传播媒体的相位-频率特性的波动大大地和随机地波动，这会使接收点的信号解码变成不可能。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于大间隔下通过小的部分(例如通过一个位)进行数据传输并且比已知的数据传输能量更加优化的信号调制方法，这种方法会在最不有利的条件以及存在强信号衰减情况下提供从大量和ac供电网连接的低速传感器，例如防侵入和火警系统的传感器的数据收集。
当实现本发明时达到所述技术结果，和其它已知方法不同，本发明把相邻谐波分量的信号相位差用作为调制对象，从而和常规DPM相比这能在完全保持噪声稳定性情况下，使情报信号的时间减少一半。注意所述优点只在传输小的数据部分，例如一次一个位或者更广义的解释时一次一个字符的情况下出现。在许多具体情况下这看来是相当充分的；这样，例如，当某个火警传感器动作时，向报警终端只发送一个唯一标识该激励的传感器的位置的字符应是足够的(作为规则，这种字符是事先分配给有关传感器的条件编号或统一地址)。
本申请人通过查找专利、科技文献中的信息以揭示含有有关本发明的信息的资料而进行的工程状态分析表明，本申请人没有发现存在其特征和本发明的特征相同的类似物。在找到的作为最接近的类似特征组合的原型的类似列表中进行淘汰，能就申请人期望的技术结果得出一组在权利要求书中阐述的要求权利的重要、独特的特征。为了验证本发明是否符合发明的要求，这对与所要求的原型的独特特征相重合的已知特征进行了搜索。结果表明，对于业内人士而言本发明不直接遵循已知的技术状态，因为这种对信号调制采用多个相邻谐波分量的相位差的设计是尚不知道的。
通过附图理解所要求的几何谐波信号调制方法。
图1是其中利用本调制方法通过ac网从大量火警传感器收集数据的系统的方块图。
图2示出如何为主(位)同步设立时标的原理。
具体实施例方式
针对从火警传感器收集数据的系统(图1)说明本发明，该系统包括一个主单元1和数个从单元2。系统的所有单元电连接到供电网3的同一区段上。主单元和从单元的内部结构非常相似并且包括以下元件保护和信号耦合器件4，带通滤波器5和6，模数转换器(ADC)7，数模转换器(DAC)8，带有滞后的比较器9和中断输入10。不同之处在于，系统主单元基于大功率的数字信号处理器11和相位表12，其中数字信号处理器11具有至外部世界的通信通道13，而更简单和更便宜的从单元完全基于通用微控制器14、信号表15和主火警传感器，例如烟雾检测器，其中该传感器通过通信线16和微控制器14连接。系统运行频率范围是20…95千赫。来自从单元的信号在该范围内按均匀间隔的96谐波上发送，确切地在781.25赫上。
该数据收集系统按如下方式操作(图1，2)。比较器9捡取网电压18变成等于零的时刻19，从而形成时标序列20，其具体地用于整个系统的同步，在从从单元到主单元的数据传输上该序列用作主(primary)(字符)同步。主传感器17操作下微控制器14通过DAC8周期地回放存储在非易失性存储器中的并且对于每个从单元2为唯一的信号表。信号表回放时间确切地等于网电压的半个周期并且回放开始点是通过比较器9在线3上的网电压等于零时发生的操作的瞬时时刻定义的。DAC 8输出的信号还由带通滤波器6滤波以去掉带外分量并且经保护和信号耦合部件4发送到网线3上。信号表15对于每个从单元2是唯一的。在安装依据本发明的数据收集网之前合成一组信号表。通过随机数或伪随机数发生器产生间隔
的96个k的候选集。接着利用该集合成下面类型的信号s(t)＝∑sin(2π·fm·t+m)，其中m＝0…95，并且在系统运行频带(20…95千赫)内fm-96谐波按781.25赫的间隔均衡隔开。在表中存储带有好的峰值因素值的信号s(t)以及它们的相位集供以后使用。
实践表明，从给定的96个相位差的随机集合成的信号具有只比真正弦(propser sire)低4分贝的峰值因素的概率是相当高的。在系统安装中在每个从单元2中保存根据上述方法选择的不同的信号表。来自从单元发送器的信号通过一段对它添加噪声的供电网3。接着信号衰减并且遭受不同类型的线性和非线性畸变并进入系统主单元1，在主单元1中信号通过耦合部件4、带通滤波器5并在ADC 6中转换成数字形式。数字信号处理器11存储以给定位间隔的所有ADC采样并对它们进行傅里叶变换。这产生一组复傅里叶系数，但是只进一步使用其频率和从单元发送数据的频率吻合的96个系数。下面通过Cm表示这些系数，其中m＝0…95。在下一级得出以下结果Dk＝Ck·(Ck-1)*·exp(-j·Δk)，其中Δk＝k-k-1，m是一个从用来为给定从单元产生信号表的相位表12取的对应相位集，k＝1…95，m＝0…95，星号表示复共轭。接着对每个从单元按下面的求和计算估计S＝∑sign{Re(Dk)}。
这些运算意味着乘积Ck·(Ck-1)*是一个转动角等于接收信号中的相邻谐波的相位差的复向量，值Dk是绕实轴按和从单元发送器中调制这些谐波所使用的角度恰恰相反的角度转动这些向量。这样，如果在给定的位间隔上发现来自某从单元的“正确”信号，它的对应复数值Dk集集中在实轴上并且和S会显示较大的正偏离。如果某给定的位间隔不具有来自某从单元的“正确”信号，则容易看出值S会是一个平均偏差为零、标准偏差约为10的常规分布随机值。通过和S与某个预定的且相对大的阈值的比较完成来自给定从单元的信号的判定。
和已知几何调制方法相比，该说明的信号的有效持续时间减少一半，从而从单元的功耗类似地减少，同时还保持系统的全部噪声稳定性特性。
工业应用性从而上面的信息表明，利用电网通信并且更具体地在从远程传感器收集数据的系统中实现下述情况通过上面提出的以及提出申请之前已知的装置和方法确定实现权利要求书所表征的本发明的可能性；以及当实现时实施本发明的装置能够提供申请人期望的技术结果。
权利要求
1.一种几何谐波调制信号的方法，该信号包括多个频率上均匀间隔的谐波，其中对于所述谐波的最接近对，利用唯一的随机或伪随机初始相位差集对发送数据的每个字符进行编码，并且选取所述初始相位差集使得总信号的峰值因素为最小。
全文摘要
本发明涉及电网通信工程，并且可用于从侵入和火警传感器、电表、热量表、水表和气表以及从现金控制监视器的财政存储器自动采集数据。所述方法能明显降低系统的从节点的能耗和/或增加系统的作用范围。为了编码发送数据的每个符号，利用最靠近的谐波对的随机或伪随机初始相位差集。选择所述初始相位差集使总信号的峰值因素为最小。当火警传感器激励时向报警台发送一个符号就够了，该符号明确地标识该激励的传感器的位置并且作为规则该符号是以预先分配给所述传感器的常规编号或地址的形式体现的。
文档编号H04L27/28GK1868139SQ200480030322
公开日2006年11月22日 申请日期2004年10月7日 优先权日2003年10月31日
发明者尤里·波利索维奇·索科罗夫, 瓦列里·维克多罗维奇·萨哈罗夫 申请人:迪斯加有限公司