[发明专利]面向新能源汽车的基于BFSK车载电力线通信系统及其方法

权利要求书

1.一种面向新能源汽车的基于BFSK车载电力线通信系统，其特征是，它包括：基带信号发送器、BFSK调制器、车载电力线的通信信道、BFSK解调器和基带信号接收器，所述的基带信号发送器、BFSK调制器、车载电力线的通信信道、BFSK解调器和基带信号接收器依次电连接，通信方法包括以下步骤：

1)车载电力线系统设计和通信信道模型建立

①确定电动汽车的信号传输介质，即线束材料，汽车电力线束采用铜芯聚氯乙烯绝缘低压电线电缆，绝缘材料为聚氯乙烯，导体的的材料采用铜芯，线束的特性阻抗采用50Ω；

②根据电动汽车负载情况和实际车身情况确定电动汽车线束的规格、距离及分布情况；

③采集不同载波频率下各个电动汽车负载大小；

④根据所选线束的规格、材质、分布和负载的变化情况，以及公式(1)确定基带信号传输时的信道情况，

其中c_i表示信号在信道内的固有衰减和多径衰落部分的乘积，i表示通信路径数，N表示发送端到达接收端的总有效路径，即为多径数，τ_i表示第i条路径的延时，δ表示对i条路径做延时处理的时间函数；

2)车载电力线通信信道噪声的采集与建模

车载电力线信道中的噪声包括脉冲噪声和背景噪声，电动汽车内的脉冲噪声主要由DC/DC变换器产生，当DC/DC变换器启动时，MOSFET工作产生脉冲噪声，信道中脉冲噪声采样点采用50MSamples/s，其表达式由周期性脉冲噪声公式(2)和MOSFET产生的三角波公式(3)的叠加表示；

式中t_arr为脉冲到达的时间，τ为脉冲的宽度，为脉冲噪声偏移的角度，f为正弦波的频率，或称为伪频率，M表示脉冲噪声的幅值；T_DC为三角波的周期，D_DC为三角波的占空比，A为三角波的幅值，k表示谐波次数，a和b分别表示余弦分量幅值和正弦分量幅值；

由于车载电力线载波通信频率较高，背景噪声近似由高斯白噪声代替；

3)BFSK调制解调模型建立

①调制部分：利用门电路选通两个不同频率的载频，即振荡器，使数字信号中的码元“1”和“0”分别对应不同频率的载波，调制后输出波形为不同频率相互交替的连续正弦波，调制后信号的数学表达式为公式(4)；

式中ω₁、θ₁分别为振荡器1输出正弦波的角频率和初相位，s(t)对应该正弦波经门电路1调制后矩形脉冲的时间宽度；ω₂、θ₂分别为振荡器2输出正弦波的角频率和初相位；对应该正弦波经门电路2调制后矩形脉冲的时间宽度；

②解调部分：首先调制后的波形通过两个带通滤波器，获得两个不同频率的载波，其次获得的载波分别与相应的同步相干载波相乘，然后再经低通滤波器，滤掉二倍频信号和高频噪声，最后在固定抽样脉冲的作用下，还原出数字基带信号；

4)信号传输流程

第一步：由单片机发出数字基带信号；

第二步：通过BFSK技术的调制部分，对基带信号进行调制；

第三步：耦合器将调制信号耦合为固有高频率的载波信号，然后接入至车载电力线系统中；

第四步：解耦器对通过车载电力系统传输过来的信号解耦成调制信号；

第五步：由BFSK技术对接受的信号进行解调；

第六步：接收器对解调后的信号通过固定抽样脉冲进行模数转换，将解调后的信号，转换为数字信号，最后数字信号通过对电力电子器件的触发，完成对负载的控制。