一种中短波无线电广播信号检测方法
【专利摘要】本发明涉及一种中短波无线电广播信号检测方法，该方法适用在中、低压配电网环境下的电力线载波通信系统，所述电力线载波通信系统包括电力线载波通信设备和电力线信道；所述方法为电力线载波通信设备以差模耦合方式采集电力线信道噪声，经短时傅里叶变换进行时频域分析，计算每一频点噪声强度在采样时间内的平均值，并最终基于判决门限检测中短波无线电广播信号是否进入的方法。该方法适用于在500kHz-30MHz频率范围内中、低压配电网电力线载波通信系统的中短波无线电广播信号检测方法。
【专利说明】—种中短波无线电广播信号检测方法
【技术领域】
:
[0001]本发明涉及一种中短波无线电广播信号检测方法，更具体涉及一种用于电力线载波通信系统的中短波无线电广播信号检测方法。
【背景技术】
:
[0002]电力线通信技术是一种利用电力线缆作为通信媒介来传输数据信息的通信方式。常规的电力线通信技术是在已有的电力线路上，加载经过调制的高频载波信号进行通信，因此，电力线通信通常称之为电力线载波通信(Power Line Communicat1n,PLC) ?按照载波通信线路的电压等级，PLC技术一般包括:将35kV及以上电压等级的高压输电线路作为通信媒介的高压电力线载波通信，将1kV电压等级的中压输电线路作为通信媒介的中压电力线载波通信，以及将380/220V电压等级的低压输电线路作为通信媒介的低压电力线载波通信。传统窄带PLC系统主要使用500kHz以下的频率进行通信。宽带PLC系统主要使用1.6-30MHZ的频率进行通信，这一频段主要存在较多的短波无线电广播信号，频道间隔为5kHz。目前，500kHz-l.6MHz这一潜在频段在PLC系统中的应用也逐渐开始被研究，而这一频段主要存在较多的中波无线电广播信号，频道间隔为9kHz。
[0003]一般地，用于中、低压配电网的电力线载波通信设备主要使用差模耦合方式发送和接收信号。在差模耦合方式下，载波信号是在成对的电力线上进行传输的，如相线-零线、相线-相线、相线-地线等。信号经一条电力线正向传输，并由另一条电力线反向返回，两条电力线对大地(零电位点)的电压之和为零。然而，实际电力线上存在非对称元件，造成了电力线结构的不对称性，这样，以差模耦合方式注入的载波信号，会部分转换为共模信号，后者是对空间产生电磁辐射干扰的主要原因。同样，在PLC系统工作频率范围内的中短波无线电广播信号也会进入到电力线上形成窄带噪声，影响载波信号传输的可靠性。
[0004]针对上述PLC系统与无线电广播信号之间的互干扰，PLC设备可以采用发送信号功率控制、陷波等手段进行排除。要达到上述目的，PLC设备应能够在电力线上准确检测到无线电广播信号的进入。
[0005]目前，欧洲已开展了在室内低压电力线上检测短波无线电广播信号的研究。例如:在ETSI TS 102 578标准中，对在室内低压电力线上检测短波无线电广播信号涉及的噪声基底、判决门限、检测时间、短波无线电广播频段以及陷波要求等进行了规定:
[0006]在ETSI TS 102 578标准基础上，申请号为:2009801312879的发明专利《在电力线通信系统中检测短波无线电信号的进入的方法和电力线通信调制解调器》进一步补充了基于共模噪声检测短波无线电广播信号是否进入电力线的方法，并相应提出了一种多输入多输出电力线通信调制解调器。
[0007]然而，现有技术主要存在以下不足:
[0008](I)对在电力线，特别是中、低压配电网电力线上检测中波无线电广播信号尚无研究;
[0009](2)现有无线电广播信号检测方法尚不满足配电网电力线载波通信对检测时间，及算法复杂度的要求。
[0010]故提出一种用于电力线载波通信系统的中短波无线电广播信号检测方法以克服上述缺陷。
【发明内容】
:
[0011]本发明的目的是提供一种中短波无线电广播信号检测方法，该方法适用于在500kHz-30MHz频率范围内中、低压配电网电力线载波通信系统的中短波无线电广播信号检测方法。
[0012]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:一种中短波无线电广播信号检测方法，该方法适用在中、低压配电网环境下的电力线载波通信系统，所述电力线载波通信系统包括电力线载波通信设备和电力线信道；所述方法包括以下步骤:
[0013](I)采集电力线信道噪声；
[0014](2)确定采集噪声的频域；
[0015](3)确定所述噪声强度平均值；
[0016](4)检测所述噪声中的中短波无线电广播信号。
[0017]本发明提供的一种中短波无线电广播信号检测方法，所述步骤(I)中的噪声通过电力线载波通信设备进行采集；所述电力线载波通信设备以相线-零线、相线-相线或相线-地线的差模耦合方式连接到配电网电力线上。
[0018]本发明提供的一种中短波无线电广播信号检测方法，所述设备为载波收发信机并采集在500kHz-30MHz频率范围内电力线上进入的中短波无线电广播信号噪声。
[0019]本发明提供的另一优选的一种中短波无线电广播信号检测方法，所述噪声的采样率大于60MHz，采样时间为1-10个工频周期。
[0020]本发明提供的再一优选的一种中短波无线电广播信号检测方法，所述步骤(2)中的频域的通过对所述噪声进行短时傅里叶变换确定。
[0021]本发明提供的又一优选的一种中短波无线电广播信号检测方法，在所述短时傅里叶变换中通过窗函数对所述噪声进行截短为噪声样本；所述窗函数长度为0.1-1ms ;所述噪声在频域上的频率分辨率为1-1OkHz。
[0022]本发明提供的又一优选的一种中短波无线电广播信号检测方法，所述步骤(3)中的噪声强度平均值为每一频点的噪声强度在采样时间内的平均值。
[0023]本发明提供的又一优选的一种中短波无线电广播信号检测方法，所述步骤(4)中的中短波无线电广播信号通过将每个频点的噪声强度与判决门限进行比较实现检测。
[0024]本发明提供的又一优选的一种中短波无线电广播信号检测方法，所述判决门限为绝对门限和相对门限；所述噪声强度同时超过两个所述门限即为中短波无线电广播信号。
[0025]本发明提供的又一优选的一种中短波无线电广播信号检测方法，所述相对门限通过噪声基底确定；检测中波无线电广播信号的相对门限的噪声基底为在每个子频带内计算所有频点噪声强度的平均值作为该子频带的噪声基底；检测短波无线电广播信号的相对门限的噪声基底为在每个子频带内计算除短波无线电广播频段外其它频点处噪声强度的平均值作为该子频带的噪声基底。
[0026]本发明提供的又一优选的一种中短波无线电广播信号检测方法，同一所述配电网上的η个电力线载波通信设备交换各自的检测结果并进行融合。
[0027]和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果:
[0028]1、本发明适用于在中、低压配电网环境下，以差模耦合方式连接到电网上的PLC设备，在电力线上检测中短波无线电广播信号是否进入，为PLC设备进一步采取发送信号功率控制、陷波等措施，解决其与无线电广播信号之间的互干扰打下基础；
[0029]2、本发明通过PLC设备在其通信空闲时段，对电力线信道噪声进行采集、处理和分析，来检测中短波无线电广播信号是否进入，具有方法简单、检测时间短、易于实现的优占.
[0030]3、本发明通过采用短时傅里叶变换对电力线信道噪声进行时频域分析，并计算每个频点噪声强度在采样时间内的平均值，能够较好地克服电力线信道噪声时变性对检测结果的影响；
[0031]4、本发明考虑中波、短波无线电广播信号在电力线信道上形成的窄带噪声具有不同的特征，对其绝对门限、相对门限分别进行设定，能够满足PLC设备对中短波无线电广播信号的检测要求；
[0032]5、本发明可以进一步扩展到协作检测模式，即同一配电网上的多个PLC设备交换各自的检测结果并进行融合，可进一步提高无线电广播信号检测结果的可靠性；
[0033]6、本发明可应用于支撑智能电网业务的通信领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为本发明的中短波无线电广播信号进入电力线形成窄带噪声的结构示意图；
[0035]图2为本发明方法流程图；
[0036]图3为本发明的电力线信道噪声采集结果示意图；
[0037]图4为本发明的短时傅里叶变换结果示意图；
[0038]图5为本发明的噪声强度平均值计算结果示意图；
[0039]图6为本发明的中波频段电力线信道噪声与判决门限比较结果示意图；
[0040]图7为本发明的短波频段电力线信道噪声与判决门限比较结果示意图。
【具体实施方式】
[0041]下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
[0042]实施例1:
[0043]如图1-图7所示，本例的发明一种中短波无线电广播信号检测方法，适用于中、低压配电网环境下的电力线载波通信系统，以差模耦合方式连接到电网上的电力线载波通信PLC设备，在电力线上检测中短波无线电广播信号是否进入。所提出的中短波无线电广播信号检测方法主要包括以下4个步骤:
[0044](I)电力线信道噪声采集；
[0045](2)确定采集噪声的频域；
[0046](3)噪声强度平均值计算；
[0047](4)检测所述噪声中的中短波无线电广播信号。
[0048]如图1所示，所述电力线载波通信系统由电力线载波通信设备(载波收发信机)和电力线信道两部分组成。电力线载波通信设备负责高频载波信号在电力线上的耦合和提取，电力线信道是由包含多条电力线路及各种电力设施、用电设备组成的电力网络。特别地，这里载波信号在电力线上的耦合和提取主要通过差模方式完成，电力线主要是指中、低压配电网电力线。由于电力线结构的不对称性，中短波无线电广播信号会进入电力线形成窄带噪声，电力线载波通信PLC设备可以通过采集电力线信道上的噪声进行处理和分析，来完成无线电广播信号的检测。
[0049]在本实施例中，电力线载波通信PLC设备以相线-零线差模耦合方式，连接在低压配电网上靠近用户侧的电表处，并以80MHz采样率采集了一段连续20ms时间内的电力线信道噪声，如图3所示。考虑电力线信道噪声功率谱密度随频率的升高一般呈下降趋势，采用80MHz采样率有利于大大降低采样过程中所引入的频谱混叠效应。在交流电以50Hz为工作频率的情况下，20ms为I个工频周期。所采集的电力线信道噪声被电力线载波通信PLC设备存储下来，用于后续步骤的数据处理和分析。
[0050]在本实施例中,采用布拉克曼(Blackman)窗函数对步骤一中电力线载波通信PLC设备所采集的20ms电力线信道噪声进行截短，且布拉克曼窗函数的长度保持为0.1ms，并沿着时间轴方向滑动。这样，所采集的20ms电力线信道噪声经加窗后，可以分为200段噪声样本，用于短时傅里叶变换。由于窗函数长度为0.1ms，所以噪声在频域上的频率分辨率为10kHz。短时傅里叶变换后，电力线信道噪声的电压幅值采用50 Ω统一为功率单位dBm。经过上述处理，得到所采集噪声的时频域分析结果。图4分别给出了 500kHz-l.6MHz中波频段电力线信道噪声在20ms内的短时傅里叶变换结果，以及1.6MHz-20MHz短波频段电力线信道噪声在20ms内的短时傅里叶变换结果。
[0051]在本实施例中，依据步骤二中20ms电力线信道噪声的短时傅里叶变换结果，进一步计算得到每个频点的噪声强度在20ms时间内的平均值。由于电力线信道噪声以及由中短波无线电广播信号进入电力线形成的窄带噪声强度具有一定的时变性，单纯依靠某一时刻的噪声样本来检测中短波无线电广播信号是否进入可靠性较低。计算噪声强度平均值能够较好地克服电力线信道噪声随机性的影响，有利于提高无线电广播信号检测结果的可靠性。如图5所示，给出了 20MHz以下频率范围内电力线信道噪声强度在20ms时间内的平均值计算结果。
[0052]在本实施例中，依据步骤三给出的20MHz以下频率范围内电力线信道噪声强度在20ms时间内的平均值计算结果，将每个频点的噪声强度分别与绝对门限、相对门限进行比较，来检测中短波无线电广播信号是否进入。此步骤考虑中波、短波无线电广播信号波长不同，其在电力线信道上形成的窄带噪声具有不同的特征，因此对其检测的绝对门限、相对门限分别进行设定。
[0053]作为一个例子，如图6所示，针对中波无线电广播信号检测定义的绝对门限是-80dBm,并将500kHz到1.6MHz的中波频段分为4个子频带:0.5-0.75ΜΗζ、0.75-1ΜΗζ、1-1.25MHz和1.25-1.6MHz，在每一个子频带内计算所有频点噪声功率的平均值作为该子频带的噪声基底。在此基础上，定义的高于噪声基底的相对门限为10dB。以同时超过上述两个判决门限为条件，本实施例共检测到3个中波无线电广播信号进入电力线信道。
[0054]作为一个例子，如图7所示，针对短波无线电广播信号检测定义的绝对门限是-95dBm,并将1.6MHz到20MHz的短波频段分为13个子频带:1.6-2.5MHz，2.5-3.5MHz,3.5-4.1MHz, 4.1-4.7ΜΗζ，4.7-5.5ΜΗζ，5.5-6.5ΜΗζ，6.5-8.5ΜΗζ，8.5-10.5ΜΗζ,10.5-12.5ΜΗζ, 12.5-14.5ΜΗζ, 14.5-16.5ΜΗζ, 16.5-18.5ΜΗζ 和 18.5_20ΜΗζ。在每个子频带内仅包含一个短波无线电广播频段，例如，短波无线电广播频段可按照ETSI TS 102 578标准中的定义。在每个子频带内，计算除所包含的短波无线电广播频段以外其它频点处噪声功率的平均值作为该子频带的噪声基底。在此基础上，定义的高于噪声基底的相对门限为10dB。以同时超过上述两个判决门限为条件，本实施例共检测到14个短波无线电广播信号进入电力线信道。相对门限所涉及的电力线信道噪声基底采用分子频带的方法予以确定。
[0055]本发明的方法，可以进一步扩展到协作检测模式，即同一配电网上的多个PLC设备交换各自的检测结果并进行融合。
[0056]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
【权利要求】
1.一种中短波无线电广播信号检测方法，该方法适用在中、低压配电网环境下的电力线载波通信系统，所述电力线载波通信系统包括电力线载波通信设备和电力线信道；其特征在于:所述方法包括以下步骤: (1)采集电力线信道噪声； (2)确定采集噪声的频域； (3)确定所述噪声强度平均值； (4)检测所述噪声中的中短波无线电广播信号。
2.如权利要求1所述的一种中短波无线电广播信号检测方法，其特征在于:所述步骤(1)中的噪声通过电力线载波通信设备进行采集；所述电力线载波通信设备以相线-零线、相线-相线或相线-地线的差模耦合方式连接到配电网电力线上。
3.如权利要求2所述的一种中短波无线电广播信号检测方法，其特征在于:所述设备为载波收发信机并采集在500kHz-30MHz频率范围内电力线上进入的中短波无线电广播信号噪声。
4.如权利要求3所述的一种中短波无线电广播信号检测方法，其特征在于:所述噪声的采样率大于60MHz，采样时间为1-10个工频周期。
5.如权利要求1所述的一种中短波无线电广播信号检测方法，其特征在于:所述步骤(2)中的频域通过对所述噪声进行短时傅里叶变换确定。
6.如权利要求5所述的一种中短波无线电广播信号检测方法，其特征在于:在所述短时傅里叶变换中通过窗函数对所述噪声进行截短为噪声样本；所述窗函数长度为0.1-1ms ;所述噪声在频域上的频率分辨率为1-1OkHz。
7.如权利要求1所述的一种中短波无线电广播信号检测方法，其特征在于:所述步骤(3)中的噪声强度平均值为每一频点的噪声强度在采样时间内的平均值。
8.如权利要求1所述的一种中短波无线电广播信号检测方法，其特征在于:所述步骤(4)中的中短波无线电广播信号通过将每个频点的噪声强度与判决门限进行比较实现检测。
9.如权利要求8所述的一种中短波无线电广播信号检测方法，其特征在于:所述判决门限为绝对门限和相对门限；所述噪声强度同时超过两个所述门限即为中短波无线电广播信号。
10.如权利要求9所述的一种中短波无线电广播信号检测方法，其特征在于:所述相对门限通过噪声基底确定；检测中波无线电广播信号的相对门限的噪声基底为在每个子频带内计算所有频点噪声强度的平均值作为该子频带的噪声基底；检测短波无线电广播信号的相对门限的噪声基底为在每个子频带内计算除短波无线电广播频段外其它频点处噪声强度的平均值作为该子频带的噪声基底。
11.如权利要求1所述的一种中短波无线电广播信号检测方法，其特征在于:同一所述配电网上的η个电力线载波通信设备交换各自的检测结果并进行融合。
【文档编号】H04B3/54GK104202068SQ201410448436
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】陆阳, 刘伟麟, 李建岐, 杨冰, 高鸿坚, 陶锋, 赵涛, 褚广斌, 安春燕, 赵勇, 马平 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 国网浙江省电力公司绍兴供电公司