在载波电流上进行低数据速率通信的系统和方法_3

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形式来实现。
[0106] 用于形成第一帧的第一模块152被配置为以第一常数Nt个在0和1两个状态中 选择编码的二进制原始数据或位的第一序列的形式形成第一原始传输帧。形成第一帧的二 进制原始数据序列被细分为表征发射器的唯一不同的物理地址、载荷以及针对在发射器的 地址处根据载荷确定的第一帧的检错码。载荷包含采样远程测量数据,在此为模块的温度 和输出电压,而发射器的物理地址是在现场安装过程中加载的或者在工厂中提前加载的地 址。检错码根据多项式类型的预定代数算法来计算。
[0107] 第二扩频模块154被配置为使用标记为SF的预定扩频因子将第一原始传输帧扩 频为传输频谱上扩频的第二传输帧。第二扩频传输帧采用第二码片序列的形式。首先,根 据长度为Ns的全部可能的二进制原始数据或码字的集合与2的Ns次幂个符号的集合之间 的双射对应规则,采用长度为第二预定数量Ns个位的码字(也称为符号)来连续编码第一 原始传输帧的二进制原始数据,随后将每个所获得的符号编码成不同的基本编码、传输和 扩频序列,该序列由一系列在〇和1两个状态中选择编码的二进制码片形成,从而得到第二 扩频传输帧。基本编码序列因而取决于符号,并且基本码片序列的长度是按照扩频因子SF 限定的第三预定整数个码片的长度。每个基本扩频编码序列都是由发射器和通信系统的在 前设计选择来确定并获得。在设计第二模块和第二通信系统的阶段,每个基本扩频编码序 列从将扩频因子SF作为长度的可能码片序列中选择,从而形成具有中心自相关峰值的平 衡码,中心自相关峰值的第一电平明显高于自相关(auto-correlation)积的第二电平中 的任何一个,自相关积的相关移位的绝对值大约或等于码片的时长。第二电平中的任何一 个与第一电平之间的比率保持小于或等于〇. 3。
[0108] 全部发射器使用的符号的基本扩频编码序列都相同,即通用且与通信发射器无 关。仅使用物理地址来表征和标识通信发射器。
[0109] 因此,任何以其物理地址标识的给定的发射器形成的第二扩频帧的传输时刻由发 射器独立自主确定,而不考虑发射器之外的同步信号。因此获得的通信协议得到简化并更 具鲁棒性,这是因为通信发射器和/或发射器与通信接收器之间不存在信号交换。
[0110] 尤其是,即便是监测模块以时间上并未预先确定的间隔(即随机)但至少以每个 光伏模块每分钟进行一次传输的频率来发送数据,所获得的通信协议使得可以取消中心电 站发送同步信标。
[0111] 在此,用于建立第二帧的初始传输时间的跳跃的第三模块156被配置为根据依赖 于通信发射器的物理地址的唯一不同序列来生成第二扩频帧的初始传输时间,初始传输时 间随机或伪随机分布以便以对连续码片的两个扩频帧进行分离的可变长度来建立时间间 隔。
[0112] 由第三模块156确定的可变长度的时间间隔例如由依照预定算法的伪随机数发 生器来建立。
[0113] 生成随机数的一种易于实现且有效的算法例如是由G. Marsaglia开发的 MffC(Multiply-With-Carry)算法,该算法能够基于通信发射器的物理地址来生成极大量的 周期极长的随机序列,该物理地址被认为是由算法生成的序列的输入参数。
[0114] 因此,每个通信发射器内存在的第三模块156因为第二帧的初始传输的时间的随 机序列而唯一且不同,这减小了两个不同的发射器所发射的两个帧在接收时重叠而发生重 合事件的频率,也就是在该事件中至少两个符号同步重叠,从而导致无法解决两个帧之间 的冲关。
[0115] 替代性地,每个通信发射器的数字计算机不具有第三模块。该配置造成传输容量 的下降,但是通信系统的可靠性得到保证。
[0116] 根据图4和第一实施例,第一原始帧202在此是64位的序列204,即第一整数Nt 等于64。
[0117] 形成第一帧202的位序列204被分布在特别表征发射器的32位物理地址206、16 位的载荷208和16位的用于检错和物理地址的盲分辨的检错码210,其中,载荷208的16 位包含8位用于光伏模块的输出电压的远程测量值和8位用于光伏模块的环境温度的远程 测量值,。
[0118] 各个位唯一不同地对发射器中的每一个进行表征的物理地址206被存储在数字 计算机的闪存中。
[0119] 首字母缩写为CRC(Cyclic Redundancy Check,循环冗余校验)的检错码210是由 ANSI标准化的16位长度的代码,并且采用多项式发生器X16+X15+X2+l。
[0120] 第一传输帧202被分为一系列的两位的码字212,每个码字被编码在对应的符号 中,符号根据以下的双射对应规则进行控制:码字〇〇具有对应的符号S0,码字01具有对应 的符号S1,码字10具有对应的符号S2,码字11具有对应的符号S3。
[0121] 根据图5,每个符号在由16个二进制码片组成的不同的基本码片编码序列上编 码,每个码片的状态在可能的状态0和1中选择。
[0122] 在此,符号SO在CO表示的16个码片的第一编码基序列222上编码,第一编码基 序列222在两个字节上以16进制记作8C?。
[0123] 符号SI在Cl表示的16个码片的第二编码基序列224上编码,第二编码基序列 224在两个字节上以16进制记作⑶25。
[0124] 符号S2在C2表示的16个码片的第三编码基序列226上编码,第三编码基序列 226是第一编码序列222与基CO进行布尔加和的取反序列。
[0125] 符号S2在C3表示的16个码片的第四编码基序列228上编码,第四编码基序列 228是第一编码序列224与基Cl进行布尔加和的取反序列。
[0126] 因此,通过对符号中的位以及基本码片编码序列的符号的连续编码,第一原始帧 被变换为长度为512个码片的第二帧。
[0127] 基本编码序列222、224、226、228被选择为满足以下要求。
[0128] 基本编码序列222、224、226、228被平衡,即其中的每一个具有相同数量的0和1, 这使得解码更加容易。
[0129] 独立于构建为在基本编码序列C0、CU C2、C3中编码的随机符号序列SO、Sl、S2、 S3的第二帧,处于相同状态(即0或1)下的连续码片的数量小于或等于3,这消除了所发 射的信号中的直流分量和低频分量,并且更容易制造输入端处的模拟接收头端。
[0130] 每个基本编码序列222、224、226、228的自相关特性在接收器的相关器的输出端 处的预期性能方面表现良好,即当不存在相关移位时具有大信号幅度,并且当存在相关移 位时副瓣的幅度大幅下降。
[0131] 两个第一基础编码序列222、224之间的互相关特性在与相关移位无关的低相关 电平方面表现良好,这使得在接收器的相关器的输出端处可以获得高信噪比。
[0132] 根据图6,对应于编码符号SO的第一基本序列222的自相关积随着由X轴上的码 片周期数量表示的相关延迟254的变化曲线的第一轨迹252清楚示出了狭窄的中心自相关 峰值256。
[0133] 针对介于1和15之间的代数延迟的绝对值所获得的自相关积的值小于或等于 0· 3〇
[0134] 根据图6,对应于编码符号Sl的第二基本序列224与对应于符号SO的第一基本序 列222的互相关积随着由X轴上的码片周期数量表示的相关延迟254的变化曲线的第二轨 迹262示出,对于代数延迟的任何值,互相关积小于或等于0. 3。
[0135] 根据图7,对应于编码符号Sl的第二基本序列224的自相关积随着由X轴上的码 片周期数量表示的相关移位284的变化曲线的第一轨迹282清楚示出了狭窄的中心自相关 峰值286。
[0136] 针对介于1和15之间的代数延迟的绝对值所获得的自相关积的值小于或等于 0· 3〇
[0137] 根据图7,对应于编码符号SO的第一基本序列222与对应于符号Sl的第二基本序 列224的互相关积随着由X轴上的码片周期数量表示的相关延迟284的变化曲线的第二轨 迹292示出,对于代数延迟的任何值,互相关积小于或等于0. 25。
[0138] 应当注意的是,第一基础编码序列222与第三互补编码序列226的互相关特性、以 及第二基础编码序列224与第四互补编码序列228的互相关特性中的每一个分别造成大幅 度的负中心峰值,而对应于非零相关移位的相关积的幅度很小。
[0139] 根据图8以及传输协议的第二实施例,第一原始传输帧的结构与在图4中所述的 第一实施例中所述的第一传输帧202相同,即分布在发射器的物理地址206、包含远程测量 数据的载荷208和检错码CRC 210的64位序列204。
[0140] 在此,符号和位的概念相结合并且两个符号能够进行区分:第一符号SBO对应于 处于状态〇的位,且第二符号SBl对应于处于状态1的位。
[0141] 根据图9,每个符号在由16个二进制码片组成的不同基本扩频序列上编码,每个 码片的状态在可能的状态〇和1中选择。
[0142] 在此,符号SBO在16个码片的第一编码基序列322上编码,该第一编码基序列322 与图5中附图标记为222的第一编码基序列相同并且在两个字节上以16进制记作8Cf5D。
[0143] 符号SBl在16个码片的第二编码序列326上编码,第二编码序列326是第一编码 序列322的编码序列的布尔加和的取反序列,这与图5中所述的第三编码序列226相同。
[0144] 因此,通过连续编码位或符号以及对应码片的基本编码序列中的位,第一原始帧 322被变换为1024个码片长度的第二帧。
[0145] 基本编码序列322、326则像基本编码序列222、224、226、228 -样来进行选择以满 足以下要求。
[0146] 基本编码序列322、326被平衡,即其中的每一个具有相同数量的0和1,这使得解 码更加容易。
[0147] 独立于构建为在编码符号SBO、SBl的随机序列的第二帧,处于相同状态(即0或 1)下的连续码片的数量小于或等于3,这消除了所发射的信号中的直流分量和低频分量, 并且更容易制造输入端处的模拟接收头端。
[0148] 每个基本编码序列322、326的自相关特性在接收器的相关器的输出端处的预期 性能方面表现良好,即当不存在相关移位时具有大信号幅度,并且当存在相关移位时副瓣 的幅度大幅下降。第一基本编码序列322的自相关特性与图6的轨迹中所示出的特性相同。
[0149] 应当注意的是,第一基本编码序列322与第二互补编码序列326的互相关造成大 幅度的负中心峰值,而对应于非零相关移位的相关积的幅度很小。
[0150] 根据图10、11、12和13,图3的脉冲发生器144分别由以下方式形成:采用值为Vl 的电压发生器401、值为Il的电流发生器404和值为Zl的阻抗调制器406的第一实施例, 以及由来自数字计算机的控制信号控制的值为Vl的双态电压发生器408的第二实施例。
[0151] 值II、VI、Zl能够是常量或变量,从而匹配光伏模块112和光伏链路的工作条件。
[0152] 脉冲发生器生成的记为Ira的电流被分为第一电流和第二电流,第一电流被记为 Irei并被光伏模块122吸收,第二电流跨过光伏链路,即具有载波电流的总线12。第二电流 Ire2跨过整个传输链路,尤其是接收器10和记为Zinv的换流器的输入阻抗。
[0153] 通过使用j来标
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