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1、(10)申请公布号 CN 104022989 A (43)申请公布日 2014.09.03 CN 104022989 A (21)申请号 201410194164.2 (22)申请日 2014.05.09 H04L 27/14(2006.01) (71)申请人 国家电网公司 地址 100031 北京市西城区西长安街 86 号 申请人 国网重庆市电力公司电力科学研究 院 重庆大学 (72)发明人 侯兴哲 孙洪亮 陶时伟 宫林 刘荣梅 黄天聪 刘国岭 何昊辰 廖晓慧 (74)专利代理机构 重庆为信知识产权代理事务 所 ( 普通合伙 ) 50216 代理人 余锦曦 (54) 发明名称 用于电力无线专。
2、网的1符号差分4FSK解调方 法 (57) 摘要 本发明公开一种用于电力无线专网的 1 符号 差分 4FSK 解调方法, 具体步骤是 : 先获取 4FSK 连 续相位载波调制信号 s(t) ; 然后计算连续相位载 波调制信号 s(t) 在一个符号时间之内的相位改 变量最后通过相位改变量与符号序列 In 的映射关系解调出发送端发送的符号序列 In。其 效果是 : 算法复杂度低, 实现简单, 节省硬件资源 的优点 ; 且提出算法的检测性能对频偏和相偏均 不敏感, 鲁棒性好 ; 具有重要的理论和实际应用 价值。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人。
3、民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104022989 A CN 104022989 A 1/1 页 2 1. 一种用于电力无线专网的 1 符号差分 4FSK 解调方法, 其特征在于按照以下步骤进 行 : 步骤 1 : 获取 4FSK 连续相位载波调制信号 s(t), 其中 : 为载波调制信号 的时变相位,A为载波调制信号的振幅, c为未调制时振荡器产生的固有载波角频率, In为 发送符号序列, 在 4FSK 调制方式下 In 1,3, g(-nTs) 为成型脉冲的时域表达式, fd为频率偏移量, Ts是符号周期, 设定。
4、调制指数 h 2fdTs; 步骤 2 : 计算连续相位载波调制信号 s(t) 在一个符号时间之内的相位改变量 步骤 3 : 通过相位改变量与符号序列 In的映射关系解调出发送端发送的符号序列 In。 2. 根据权利要求 1 所述的用于电力无线专网的 1 符号差分 4FSK 解调方法, 其特征在 于 : 所述步骤 1 中设定的调制指数 h 使得 h 和 3h 分别处于直角坐标系的四个象限 中。 3. 根据权利要求 2 所述的用于电力无线专网的 1 符号差分 4FSK 解调方法, 其特征在 于 : 在所述步骤 3 中, 通过计算相位改变量的正弦值 sin和余弦值的正负 来判定发送端发送的符号序列 。
5、In。 4. 根据权利要求 3 所述的用于电力无线专网的 1 符号差分 4FSK 解调方法, 其特征在 于 : 相位改变量正弦值和余弦值分别按照公式 (1) 和公式 (2) 进行计算 : 其中I(n)与Q(n)分别为连续相位调制信号第n个采样点的正交表达式, I(n-Noversample) 与 Q(n-Noversample) 分别为连续相位调制信号第 n-Noversample个采样点的正交表达式, Noversample 为系统过采样倍数。 5. 根据权利要求 1 所述的用于电力无线专网的 1 符号差分 4FSK 解调方法, 其特征在 于 : 设定调制指数 h 0.3, 当时, 发送序列。
6、 In +1, 当时, 发送序列 In -1, 当时, 发送序列 In +3, 当时, 发送序列 In -3。 权 利 要 求 书 CN 104022989 A 2 1/5 页 3 用于电力无线专网的 1 符号差分 4FSK 解调方法 技术领域 0001 本发明属于数字通信领域中的调制解调技术, 具体地讲, 是一种用于电力无线专 网的 1 符号差分 4FSK 解调方法。 背景技术 0002 电力无线专网是供电企业全面地掌握各用电客户用电信息的数据支持系统, 具有 电力负荷实施监控、 远程抄表、 电能质量监测、 线损分析、 无功补偿管理等功能, 主要由主站 计算机、 基站以及大量的数据采集监控终。
7、端组成, 基站与各个数据采集监控终端之间通常 采用 230MHz 专网信道进行无线通信。 0003 为了满足大量数据在终端与基站之间进行无线传输, 信号调制与解调成为数据 传输过程中的关键技术之一, 连续相位 4FSK 调制是连续相位调制 (Continuous Phase Modulation,CPM) 的一种, 因其恒包络特性对射频功放的线性度要求较低而在本系统中得 到了广泛的应用。但是, CPM 调制的优良特性是建立在接收端高复杂度基础之上的, 对基站 和各个终端的运算能力要求较高, 因而研究复杂度低同时性能较优的检测算法有着重要的 实用意义。 0004 从 检 测 方 式 上, CPM。
8、 信 号 的 检 测 可 以 分 为 两 类 : 相 干 检 测 (Coh-erent Demodulation) 与非相干检测 (Noncoherent Demodulation)。相干检测需要接收端恢复 与发端同频同相的载波并采用序列检测算法, 如最大似然序列检测 (Maximum Likelihood Sequence Detection,MLS D) ; 非相干检测则不需要这些复杂度高的算法。传统的非相干检 测方法包括鉴频法、 过零检测法、 包络检波法等等。但这些方法的精度都较低, 不适合较高 数据速率条件下的信号检测。 发明内容 0005 鉴于上述技术缺陷, 本发明提出一种用于电力无。
9、线专网的1符号差分4FSK解调方 法, 以降低接收机的复杂度, 提高网络系统的数据处理能力, 具体技术方案如下 : 0006 一种用于电力无线专网的1符号差分4FSK解调方法, 其关键在于按照以下步骤进 行 : 0007 步骤 1 : 获取 4FSK 连续相位载波调制信号 s(t), 其中 : 0008 为载波调制 信号的时变相位,A为载波调制信号的振幅, c为未调制时振荡器产生的固有载波角频率, In为发送符号序列, 在4FSK调制方式下In1,3, g(-nTs)为成型脉冲的时域表达 式, fd为频率偏移量, Ts是符号周期, 设定调制指数 h 2fdTs; 0009 步骤2 : 计算连续。
10、相位载波调制信号s(t)在一个符号时间之内的相位改变量 0010 步骤3 : 通过相位改变量与符号序列In的映射关系解调出发送端发送的符号序 说 明 书 CN 104022989 A 3 2/5 页 4 列 In。 0011 所述方法是在特定的调制指数下, 通过检测接收信号在一个符号时间之内的相位 改变量来确定发送的符号序列, 算法复杂度低, 运算速度快, 不仅可以提高数据处理能力, 而且对网络设备的硬件要求低, 降低组网成本。 0012 作为进一步描述, 所述步骤 1 中设定的调制指数 h 使得 h 和 3h 分别处于 直角坐标系的四个象限中, 从而根据相位差准确的映射出发送的符号序列。 0。
11、013 再进一步描述, 在所述步骤3中, 通过计算相位改变量的正弦值sin和余 弦值 cos的正负来判定发送端发送的符号序列 In。 0014 为了便于采用软件无线电的方式实施本方法, 所述相位改变量正弦值 sin和 余弦值 cos分别按照公式 (1) 和公式 (2) 进行计算 : 0015 0016 0017 其中 I(n) 与 Q(n) 分别为连续相位调制信号第 n 个采样点的正交表达式, I(n-Noversample) 与 Q(n-Noversample) 分别为连续相位调制信号第 n-Noversample个采样点的正交表 达式, Noversample为系统过采样倍数。 0018 。
12、作为一种优选情况, 设定调制指数 h 0.3, 当列 In +1, 当时, 发送序列 In -1, 当时, 发送序列 In +3, 当时, 发送序列 In -3。 0019 本发明的显著效果是 : 本方法利用一个符号周期内信号相位改变量对接收信号进 行检测, 相对于相干检测算法, 具有复杂度低, 实现简单, 节省硬件资源的优点 ; 且提出算法 的检测性能对频偏和相偏均不敏感, 鲁棒性好 ; 具有重要的理论和实际应用价值。 附图说明 0020 图 1 是电力无线专网的网络拓扑图 ; 0021 图 2 是在特定调制指数下 h 和 3h 的象限分布示意图 ; 0022 图 3 是本发明在软件无线电架。
13、构下的实现框图。 具体实施方式 0023 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。 0024 一种用于电力无线专网的 1 符号差分 4FSK 解调方法, 其网络系统如图 1 所示, 包 括主站计算机、 前置机、 基站和智能终端, 智能终端用于实现电力信息采集和负控切换控 制, 多个所述智能终端通过无线自组网的方式与基站相连, 基站与主站计算机之间采用有 线链路连接, 前置机作为所述主站计算机的接口设备, 对主站计算机与基站之间的数据进 行分类、 汇总和分发 ; 在基站与各个智能终端之间采用连续相位 4FSK 调制进行监测数据的 无线传输。 0025 在无线传输过程中, 接收机对调制信。
14、号的解调方法如下 : 说 明 书 CN 104022989 A 4 3/5 页 5 0026 步骤 1 : 获取 4FSK 连续相位载波调制信号 s(t), 其中 : 0027 为载波调制 信号的时变相位,A为载波调制信号的振幅, c为未调制时振荡器产生的固有载波角频率, In为发送符号序列, 在4FSK调制方式下In1,3, g(-nTs)为成型脉冲的时域表达 式, fd为频率偏移量, Ts是符号周期, 设定调制指数 h 2fdTs; 0028 步骤2 : 计算连续相位载波调制信号s(t)在一个符号时间之内的相位改变量 0029 通常, 步骤 1 中获取的调制信号正交表达式如下 : 0030。
15、 0031 0032 对于 1 符号差分检测算法而言, 调制信号在 1 符号周期内的相位改变量可以表示 为 : 0033 由 CPM 信号解析表达式可知, 在一个符号周期 Ts内, 发送信号的相位改变值不会 超过 h( 对于 4FSK 信号来说, 是 h 和 3h)。显然, 相位改变量和发送符号之 间存在着一一对应的关系, 因而可以通过相位改变量的大小来判断发送信号。 0034 直接求取相位改变量需要求得接收信号的实时相位并进行微分, 需要复杂的算法 来实现, 如CORDIC算法。 经过对4FSK信号的观察发现, 在调制指数h取某些范围内的值时, 可以通过相位改变量的正余弦值 sin和 cos。
16、的正负来来间接地判定从而得 出发送端发送的符号序列 In。 0035 由于 sin和 cos可以表示为 : 0036 0037 因此, 步骤 1 中设定的调制指数 h 通常应满足使 h 和 3h 分别处于直角坐 标系的四个象限中, 如图 2 所示, 不同的调制指数所对应的符号不同, 本例中设定调制 指数 h 0.3, sin和 cos对应的发送符号关系如表 1 所示。 0038 步骤 3 : 按照表 1 给出的对应关系, 通过相位改变量与符号序列 In的映射关系 解调出发送端发送的符号序列 In。 0039 表 1 : h 0.3 时, sin和 cos的符号与的关系 说 明 书 CN 104。
17、022989 A 5 4/5 页 6 0040 0041 在具体实施过程中, 上述方法通常利用软件无线电技术实现, 如图 3 所示, 根据 sin和 cos的表达式以及 CPM 信号的 IQ 表达式可以得出, 在软件无线电架构中, 相位改变量正弦值 sin和余弦值 cos分别按照公式 (1) 和公式 (2) 进行计算 : 0042 0043 0044 其中 I(n) 与 Q(n) 分别为连续相位调制信号第 n 个采样点的正交表达式, I(n-Noversample) 与 Q(n-Noversample) 分别为连续相位调制信号第 n-Noversample个采样点的正交表 达式, Novers。
18、ample为系统过采样倍数。 0045 由图3可以看出, 经过下变频之后的I/Q信号经过前置低通滤波器, 滤除带外噪声 后, 分为 4 路信号, 分别做延迟相乘运算, 求取 sin和 cos在得到了 sin和 cos之后, 可以根据 sin和 cos的符号位来估计发送符号, 进行抽样判决。 0046 由框图可以看出, 一符号差分检测算法的关键部分只需要乘法器和延迟器, 结构 简单, 复杂度很低。 0047 为了进一步理解本发明的技术效果, 下面通过频偏和相偏对算法性能的影响进行 分析。 0048 假设接收信号存在频偏, 即经过下变频之后, I、 Q 的表达式为 : 0049 I (t) I(t。
19、)cost-Q(t)sint 0050 Q (t) I(t)sint+Q(t)cost ; 0051 结合连续相位调制信号的 I、 Q 表达式可得 : 0052 0053 于是存在频偏条件下的相位改变量 : 说 明 书 CN 104022989 A 6 5/5 页 7 0054 0055 其中, Ts为符号周期。 0056 由上面的推导可知频偏会在相位改变量中表现为常量, 会影响 sin和 cos的符号判定。 然而, 当频偏较小或符号速率较高时, 这个由频偏引起的相位改变常 量也很小, 对检测性能的影响较小。 0057 针对相偏而言, 假设接收信号存在相偏, 即 : 0058 0059 经过下。
20、变频之后, I、 Q 表达式为 : 0060 I (t) I(t)cos-Q(t)sin 0061 Q (t) I(t)sin+Q(t)cos ; 0062 结合连续相位调制信号的 I、 Q 表达式可得 : 0063 0064 于是得到存在相偏条件下的相位改变量 : 0065 0066 其中, Ts为符号周期。 0067 由上面的推导可知, 相位偏移不会对相位改变量产生影响, 因而不影响算法的检 测性能。 0068 最后需要说明的是, 本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱 离本发明的精神和范围。这样, 倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同 等技术的范围之内, 则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 说 明 书 CN 104022989 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104022989 A 8 2/2 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 104022989 A 9 。