電力線寬帶載波通信模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及電力線寬帶載波通信模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]為實(shí)現(xiàn)國(guó)家電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)全新的建設(shè)目標(biāo)，適時(shí)把握電力線載波系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展，使用電信息采集成果在電網(wǎng)規(guī)劃、安全生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理、優(yōu)質(zhì)服務(wù)等工作中得到全面應(yīng)用，國(guó)家電網(wǎng)對(duì)用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)提出了“全覆蓋、全采集、全費(fèi)控”的建設(shè)目標(biāo)，即為“電力用戶全面覆蓋”、“用電信息全面采集”、“支持全面電費(fèi)控制”。
[0003]低壓電力線并不是專門用來(lái)傳輸通信數(shù)據(jù)的，它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和物理特性都與傳統(tǒng)的通信傳輸介質(zhì)，如雙絞線、同軸電纜、光纖等不同。電力線通信是在已加載工頻電力信號(hào)的通路上傳輸高速數(shù)據(jù)信息，因而具有工作環(huán)境惡劣、噪聲干擾嚴(yán)重以及時(shí)變性大等特點(diǎn)。同時(shí)，信號(hào)很容易產(chǎn)生反射、駐波和諧振等現(xiàn)象，使得信號(hào)的衰減特性極其復(fù)雜，造成電力線通信信道具有很強(qiáng)的頻率選擇性。
[0004]國(guó)內(nèi)電力網(wǎng)管制較少，被污染嚴(yán)重，電能質(zhì)量未能充分保證，因此使用電力線載波系統(tǒng)傳輸電能統(tǒng)計(jì)信號(hào)以實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)內(nèi)電力線可靠抄表的技術(shù)難度較高，具體表現(xiàn)在以下幾占.V.1.配電變壓器對(duì)電力載波信號(hào)有阻隔作用，一般載波信號(hào)只能在一個(gè)變壓器的區(qū)域內(nèi)傳輸。
[0005]2.存在跨變壓器共零線串?dāng)_，會(huì)使距離很近的多臺(tái)變壓器間的信號(hào)互相影響。
[0006]3.不同信號(hào)電力走線方式使電力載波信號(hào)損失不同。走線方式有“線-地”和“線-零”兩種方式。“線-地”方式比“線-零”方式的載波信號(hào)少損失約10_20dB，但“線-地”方式并非適用所有地區(qū)的電力系統(tǒng)。
[0007]4.電力線自身存在強(qiáng)脈沖干擾，背景噪聲干擾嚴(yán)重，且無(wú)常規(guī)模式，變異很大。電力線上的阻性、感性、容性負(fù)載以及大功率、小功率負(fù)載產(chǎn)生的噪聲在電網(wǎng)上疊加，對(duì)信號(hào)影響嚴(yán)重。
[0008]5.載波信號(hào)在電力線上傳輸存在高衰減。當(dāng)負(fù)荷重時(shí)，線路阻抗小，造成載波信號(hào)高衰減。例如，當(dāng)電力線空載時(shí)，載波信號(hào)可傳輸幾公里；但負(fù)荷重時(shí)，只能傳輸幾十米，需要進(jìn)一步提高載波信號(hào)功率來(lái)滿足傳輸要求，但增大載波信號(hào)功率會(huì)造成設(shè)備體積加大和功率提尚，是不可取的策略。
[0009]6.電力線可使有效信號(hào)變形。電力線是分布參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)，不同點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)影響不一樣，同時(shí)電力線是時(shí)刻變化的，時(shí)變性強(qiáng)，因此很難按照統(tǒng)一模式保證載波通信效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對(duì)現(xiàn)有電力線寬帶載波通信中存在的噪聲影響過(guò)大的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種電力線寬帶載波通信模塊。本發(fā)明針對(duì)國(guó)內(nèi)低壓電力線載波通信的現(xiàn)狀，經(jīng)大量試驗(yàn)分析，米用 OFMD (Orthogonal Frequency Divis1n Multiplexing 正交頻分復(fù)用，簡(jiǎn)稱 OFDM)技術(shù)對(duì)客戶端采集設(shè)備或用電信息采集系統(tǒng)采集到的用電信息信號(hào)進(jìn)行編碼，以達(dá)到提高電力線寬帶載波通信抗干擾的能力。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種電力線寬帶載波通信模塊，包括通信單元處理器、寬帶協(xié)議處理單元、信號(hào)耦合單元、信號(hào)放大單元、存儲(chǔ)單元、通信接口和電源。通信單元處理器由電源供電，電源外接電力線，通信單元處理器分別與通信接口和存儲(chǔ)單元雙向通信，通信接口外接客戶端采集設(shè)備或用電信息采集系統(tǒng)，通信單元處理器接寬帶協(xié)議處理單元，寬帶協(xié)議處理單元接信號(hào)放大單元，信號(hào)放大單元接信號(hào)耦合單元，信號(hào)耦合單元外接電力線。
[0012]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的電力線寬帶載波通信模塊提供了雙向、高速、安全和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通道，使集中器、采集器、智能表計(jì)、用戶智能交互終端等設(shè)備在用戶和電網(wǎng)公司之間形成網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)和即時(shí)連接，保障了電量信息、應(yīng)用和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)高速采集和傳輸，其物理層峰值速率達(dá)14Mbit/s，應(yīng)用層峰值速率達(dá)2.8Mbit/s。本發(fā)明根據(jù)智能表計(jì)、智能交互終端的自動(dòng)事件上報(bào)，為設(shè)備故障分析提供了依據(jù)。本發(fā)明針對(duì)國(guó)網(wǎng)智能抄表設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)用戶的大量走訪和調(diào)研，以及對(duì)各種工況電力線工作環(huán)境的實(shí)地測(cè)試和研究，結(jié)合對(duì)國(guó)網(wǎng)業(yè)務(wù)有針對(duì)性的分析，決定使用2-12MHZ帶寬以有效降低系統(tǒng)功耗，采用動(dòng)態(tài)功耗調(diào)整技術(shù)，降低產(chǎn)品功耗，其日平均功耗小于281mw，完全滿足國(guó)網(wǎng)要求。本發(fā)明針對(duì)國(guó)內(nèi)低壓電力線載波通信的現(xiàn)狀，經(jīng)大量試驗(yàn)分析，采用OFMD技術(shù)對(duì)客戶端采集設(shè)備或用電信息采集系統(tǒng)采集到的用電信息信號(hào)進(jìn)行編碼，以達(dá)到提高電力線寬帶載波抗干擾的能力。OFMD可將高速傳輸?shù)拇袛?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成多路并行的低速數(shù)據(jù)，并調(diào)制到相對(duì)獨(dú)立的正交子載波上進(jìn)行傳輸，使得無(wú)線信道中多徑時(shí)延產(chǎn)生的時(shí)間彌散性對(duì)通信系統(tǒng)造成的影響減弱，提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力，并降低通信誤碼率。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明電力線寬帶載波通信模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015]參照?qǐng)D1，本實(shí)施例包括通信單元處理器、寬帶協(xié)議處理單元、信號(hào)耦合單元、信號(hào)放大單元、存儲(chǔ)單元、通信接口和電源。通信單元處理器由電源供電，電源外接電力線，通信單元處理器分別與通信接口和存儲(chǔ)單元雙向通信，通信接口外接客戶端采集設(shè)備或用電信息采集系統(tǒng)，通信單元處理器接寬帶協(xié)議處理單元，寬帶協(xié)議處理單元接信號(hào)放大單元，信號(hào)放大單元接信號(hào)耦合單元，信號(hào)耦合單元外接電力線。
[0016]使用時(shí)，通信單元處理器通過(guò)通信接口接收客戶端采集設(shè)備或用電信息采集系統(tǒng)采集到的用電信號(hào)，通信單元處理器將用電信號(hào)傳輸至寬帶協(xié)議處理單元，寬帶協(xié)議處理單元將用電信號(hào)進(jìn)行OFDM調(diào)制編碼生成調(diào)制用電信號(hào)，調(diào)制用電信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大單元放大處理后通過(guò)信號(hào)耦合單元加載至低壓電力線。
[0017]低壓電力線載波通信中，現(xiàn)場(chǎng)噪聲和阻抗主要影響在IMHz以下的頻段，本實(shí)施例的電力線寬帶載波通信模塊能夠在2-12MHZ帶寬內(nèi)對(duì)頻段進(jìn)行自適應(yīng)選擇，避開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)噪聲和阻抗的影響頻段。本實(shí)施例采用OFDM調(diào)制對(duì)用電信號(hào)進(jìn)行編碼，OFDM是一種特殊的多載波傳輸方案，它可以被看作是一種調(diào)制技術(shù)，也可以被當(dāng)作一種復(fù)用技術(shù)。多載波傳輸把數(shù)據(jù)流分解成若干個(gè)子比特流，這樣每個(gè)子數(shù)據(jù)流將具有低得多的比特速率，用這樣的低比特率形成的低速率多狀態(tài)符號(hào)再去調(diào)制相應(yīng)的子載波，就構(gòu)成多個(gè)低速率符號(hào)并行發(fā)送的傳輸系統(tǒng)。OFDM是對(duì)MCM (Mult1-Carrier Modulat1n多載波調(diào)制，簡(jiǎn)稱MCM)的一種改進(jìn)。OFDM的特點(diǎn)是各子載波相互正交，所以擴(kuò)頻調(diào)制后的頻譜可以相互重疊，不但減小了子載波間的相互干擾，還大大提高了頻譜利用率。本實(shí)施例選擇OFDM的一個(gè)主要原因在于其能夠很好地對(duì)抗頻率選擇性衰落和窄帶干擾。在單載波系統(tǒng)中，一次衰落或者干擾就可以導(dǎo)致整個(gè)鏈路失效，但是在多載波系統(tǒng)中，某一時(shí)刻只會(huì)有少部分的子信道會(huì)受到深衰落的影響。本實(shí)施例的電力線寬帶載波通信模塊解決了電力線中窄帶、脈沖等典型噪聲，濾除帶外噪聲以及不同相位噪聲，解決了 PLC信道衰減及阻抗特征共同影響下的頻率選擇性衰落。本實(shí)施例的電力線寬帶載波通信模塊能夠在3分鐘內(nèi)完成典型300規(guī)模的組網(wǎng)，單個(gè)設(shè)備入網(wǎng)平均時(shí)間為30秒，最大限度降低了組網(wǎng)對(duì)業(yè)務(wù)的影響，提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。本實(shí)施例的電力線寬帶載波通信模塊在典型300規(guī)模路由情況下的實(shí)時(shí)響應(yīng)時(shí)間小于I分鐘，并支持多條路徑和廣播技術(shù)。
[0018]以上所述實(shí)施方式僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，而并非本發(fā)明可行實(shí)施的窮舉。對(duì)于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明原理和精神的前提下對(duì)其所作出的任何顯而易見(jiàn)的改動(dòng)，都應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電力線寬帶載波通信模塊，其特征在于其包括通信單元處理器、寬帶協(xié)議處理單元、信號(hào)耦合單元、信號(hào)放大單元、存儲(chǔ)單元、通信接口和電源；所述通信單元處理器由電源供電，所述電源外接電力線，所述通信單元處理器分別與所述通信接口和存儲(chǔ)單元雙向通信，所述通信接口外接客戶端采集設(shè)備或用電信息采集系統(tǒng)，所述通信單元處理器接寬帶協(xié)議處理單元，所述寬帶協(xié)議處理單元接信號(hào)放大單元，所述信號(hào)放大單元接信號(hào)耦合單元，所述信號(hào)耦合單元外接電力線。
【專利摘要】本發(fā)明涉及電力計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及電力線寬帶載波通信模塊。針對(duì)現(xiàn)有電力線寬帶載波通信中存在的噪聲影響過(guò)大的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種電力線寬帶載波通信模塊。本發(fā)明包括通信單元處理器、寬帶協(xié)議處理單元、信號(hào)耦合單元、信號(hào)放大單元、存儲(chǔ)單元、通信接口和電源。通信單元處理器由電源供電，電源外接電力線，通信單元處理器分別與通信接口和存儲(chǔ)單元雙向通信，通信接口外接客戶端采集設(shè)備或用電信息采集系統(tǒng)，通信單元處理器接寬帶協(xié)議處理單元，寬帶協(xié)議處理單元接信號(hào)放大單元，信號(hào)放大單元接信號(hào)耦合單元，信號(hào)耦合單元外接電力線。
【IPC分類】H04L27/26, H04B3/54
【公開(kāi)號(hào)】CN105207697
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510539717
【發(fā)明人】展巍, 李楊, 裴后宣
【申請(qǐng)人】北京泰豪電力科技有限公司, 展巍, 李楊, 裴后宣
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年8月28日