CN101938346A - 一种基于正交频分复用的电力线宽带网络系统 - Google Patents

一种基于正交频分复用的电力线宽带网络系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于正交频分复用的电力线宽带网络系统，该网络系统由若干主侧载波节点和从侧交换节点构成，并将所工作的频段划分为至少两个互无重叠的工作频段；所述主侧载波节点由一个主侧PLC中压宽带设备构成；所述从侧交换节点由工作在上述至少两个工作频段的从侧PLC中压宽带设备各一个以及交换机构成；各个从侧PLC中压宽带设备通过该交换机相互连通；所述主侧载波节点与从侧交换节点相互间隔设置。该网络系统通过将工作频段划分为多个互无重叠的工作频段，并使传输信号在各个频段内分段接力传输，从而克服电力线载波设备在中压线路上信号衰减大，无法实现网络化通信的问题。

Description

一种基于正交频分复用的电力线宽带网络系统
技术领域
本发明涉及一种电力线宽带网络系统，特别是一种基于正交频分复用的技术手段，采用中继扩展组网方式构建的电力线宽带网络系统。该系统克服了电力线载波设备在10KV中压线路上信号衰减大，无法实现网络化通信的问题，属于电力线通信技术领域。
背景技术
电力线通信(power line communication)，简称PLC，是指利用电力线提供通信业务的技术、设备和应用服务，传输数据和话音信号的一种通信方式。该技术是一种在电力线上进行数据传输的技术(称为电力载波通信)。
PLC主要在两个领域率先得到应用：一是基于220V低压电力线的家庭、办公通讯网络；另一是基于高压和中压电力线的宽带接入网。目前，我国电力部门使用的电力线载波设备多采用点对点的通讯模式，这种通讯方式应用普及，架设简单。但由于城市输电线路情况复杂，信道受外界干扰通讯信号衰减严重，导致通信距离不长。实验表明：在1公里的10KV线路上，信号衰减高达90dB，通讯无法完成。这就是普通电力载波通讯设备在城市10KV中压线路上无法普及应用的主要原因。中压配电线路具有分支多，线路间没有阻波器隔离，因此线路衰减大，而不同分支回路间的干扰严重等特点。同时，中压地埋线路频带有限，这是中压线路难以实现组网通信的主要原因。
因此，我们有必要设计一种能够克服电力线载波设备在10KV中压线路上信号衰减大无法实现网络化通信问题的电力线宽带网络系统架构。
发明内容
本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种基于正交频分复用的技术手段，采用中继扩展组网方式构建的电力线宽带网络系统，从而克服电力线载波设备在10KV中压线路上信号衰减大，无法实现网络化通信的问题。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：
一种基于正交频分复用的电力线宽带网络系统，其特征在于：该网络系统由若干主侧载波节点和从侧交换节点构成；该网络系统将所工作的频段划分为至少两个互无重叠的工作频段；
所述主侧载波节点由一个主侧PLC中压宽带设备构成；各个主侧载波节点中的主侧PLC中压宽带设备分别工作在上述至少两个工作频段之一；
所述从侧交换节点由工作在上述至少两个工作频段的从侧PLC中压宽带设备各一个以及交换机构成；同一从侧交换节点的各个从侧PLC中压宽带设备通过该交换机相互连通；
所述主侧载波节点与从侧交换节点相互间隔设置；与同一从侧交换节点直接连接的主侧载波节点中的主侧PLC中压宽带设备工作在不同的工作频段上；相互连接的主侧载波节点与从侧交换节点之间，其主侧PLC中压宽带设备与工作在相同工作频段上的从侧PLC中压宽带设备相连接。
所述主侧载波节点中还设有一个功分器；该功分器的两路端口串联在电力传输线上，另一路端口与所述主侧PLC中压宽带设备相连；
所述从侧交换节点中还设有两个功分器；其中一个功分器的两路端口串联在电力传输线上，另一路端口与另一个功分器的一个端口相连；另一个功分器的其他端口分别与该从侧交换节点的各个从侧PLC中压宽带设备相连。
所述工作在相同工作频段上相连的主侧PLC中压宽带设备与从侧PLC中压宽带设备之间，采用主从式通信方式通信。
所述各个工作频段还进一步划分为若干子频段；所述各个主侧PLC中压宽带设备和从侧PLC中压宽带设备工作在其中某个子频段上。
所述各个PLC中压宽带设备采用OFDM的调制/解调方案。
本发明的有益效果是：该网络系统通过将工作频段划分为多个互无重叠的工作频段，并使传输信号在各个频段内分段接力传输，从而克服电力线载波设备在中压线路上信号衰减大，无法实现网络化通信的问题。
附图说明
图1为基于正交频分复用的电力线宽带网络系统的结构示意图；
图2为主侧载波节点和从侧交换节点的改造结构图；
图3为电力线宽带网络系统的实验网络结构图；
图4为实际10KV地埋电缆走向图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如前所述，目前无法在如10KV这样的中压电力线路上实现网络化通信的主要原因在于普通电力载波通讯设备在中压电力线路上干扰严重，线路衰减大，信号往往很难实现长距离的传输。本发明所设计电力线宽带网络系统基于正交频分复用技术，采用中继扩展组网方式进行组网，使通信信号在不同的频段上进行分段传输，从而克服上述电力线路上的信号衰减问题。
图1为本发明基于正交频分复用的电力线宽带网络系统的组网结构示意图。如图所示，该电力线宽带网络系统由若干主侧载波节点和从侧交换节点构成。该网络系统将所工作的频段划分为至少两个互无重叠的工作频段。
所述主侧载波节点由一个主侧PLC中压宽带设备构成。各个主侧载波节点中的主侧PLC中压宽带设备分别工作在上述至少两个工作频段之一。
所述从侧交换节点由工作在上述至少两个工作频段的从侧PLC中压宽带设备各一个以及交换机(Switch/HUB)构成。所述各个从侧PLC中压宽带设备通过该交换机相互连通，交换数据。
图1中A、B、C、D表示该网络系统将频段所划分成的四个工作频段。“主”、“从”分别表示主侧PLC中压宽带设备和从侧PLC中压宽带设备。例如，其中“主-A”即表示工作在A工作频段上的主侧PLC中压宽带设备；“从-C”即表示工作在C工作频段上的从侧PLC中压宽带设备。
所述主侧载波节点与从侧交换节点相互间隔设置，即主侧载波节点不与主侧载波节点相互直接连接，从侧交换节点不与从侧交换节点相互直接连接。与同一从侧交换节点直接连接的主侧载波节点中的主侧PLC中压宽带设备工作在不同的工作频段上。相互连接的主侧载波节点与从侧交换节点之间，其主侧PLC中压宽带设备与工作在相同工作频段上的从侧PLC中压宽带设备相连接。工作在相同工作频段上的主侧PLC中压宽带设备与从侧PLC中压宽带设备之间，采用主从式通信方式通信。
这里，所述交换机用于实现不同PLC中压宽带设备间的数据交换，通过该交换机可以使从侧交换节点中工作在不同工作频段的从侧PLC中压宽带设备之间实现数据通信。由于，这种交换机已为现有技术，我们在此就不再对其具体结构、原理做进一步介绍。同样，上述主、从侧PLC中压宽带设备，在现有技术中也已有多种不同类型的相关设备，以实现电力线载波。因此，我们也不对其具体结构和类型做进一步限定。
根据上述网络结构构建的电力线宽带网络系统，首先由一个主侧载波节点将所要传输的信号发送至与之相连的同频段从侧PLC中压宽带设备；再经由该从侧交换节点的交换机将所要传输的信号交换至另一频段的从侧PLC中压宽带设备；然后由该从侧PLC中压宽带设备再将该信号传送至与之相连的同频段主侧载波节点处。该网络系统如此反复传输，只要保证各个主侧载波节点与从侧交换节点之间距离不要过长，以致传输信号衰减过于严重，即可保证信号在不同工作频段之间接力分段传输，从而保证信号在很小衰减情况下进行传送。通过该电力线宽带网络的构建方法，网络连接的节点数量越多其信号传输的距离也就越长，理论上可以实现传输距离的无限延伸，彻底解决了电力传输线路上信号衰减严重所引起的组网困难问题。
上述电力线宽带网络系统的结构为本发明的基本结构，其中各个主侧PLC中压宽带设备必须与工作在相同工作频段上的从侧PLC中压宽带设备相连接。这一要求在实际施工中，并不便于装配。因此，我们针对这一问题，还特别对主侧载波节点和从侧交换节点的结构进行了一定改造，具体如下：
图2(A)为主侧载波节点的改造结构图。如图所示，每个主侧载波节点中还设有一个功分器。所述功分器，又称功率分配器，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件。该功分器的两路端口串联在电力传输线上，另一路端口与所述主侧PLC中压宽带设备相连。
图2(B)为从侧载波节点的改造结构图。如图所示，每个从侧交换节点中还设有两个功分器。其中一个功分器的两路端口串联在电力传输线上，另一路端口与另一个功分器的一个端口相连。另一个功分器的其他端口分别与该从侧交换节点的各个从侧PLC中压宽带设备相连。
通过上述结构，在各个主侧载波节点和从侧交换节点中设置功分器，使得工作人员在实际搭建该网络系统时无需再考虑各个节点的所连接的节点的工作频段如何，只需将功分器的开放端口串联在电力传输线上即可，PLC中压宽带设备自然会响应其工作频段的信号。
另外，网络系统有时会在某段频段内出现通信障碍，无法进行正常通信。由于，本发明的设计要点是使信号在不同频段内分段接力传输的方式进行通信，因此对于本发明所设计的网络系统只要其中一段频段出现上述通信障碍，即会影响到整个系统的通信畅通。这对本网络系统是一个非常大的安全隐患。鉴于此，本发明进一步将上述该网络系统所分的各个工作频段划分为若干子频段。在该工作频段上工作的主侧PLC中压宽带设备和从侧PLC中压宽带设备，正常时只工作在其中某个子频段上。当该子频段出现通信障碍时，则系统自动控制该对PLC中压宽带设备跳频至该工作频段的另一子频段上工作，以防止整个网络系统瘫痪的危险。
由上可见，本发明所设计的电力线宽带网络系统其核心要点在于其频谱的管理。本实施例中，所述PLC中压宽带设备所采用的频谱管理策略为OFDM的调制/解调方案。它提供了先进的多频带(Multiband)频谱管理技术，将2M～30MHz的带宽划分为7个宽度为4MHz的子频段，每个子频段包含128个正交的子载波；128个载波划分为16个子载波组，每个子载波组包括8个正交子载波。每个子频段独立选择各自的导频。每个子载波组独立选择调制方式(从BPSK到256QAM)系统增益(动态调节范围达到10dB)。所有的子载波都可以独立选择开起或者关断。
基于上述电力线宽带网络系统的设计结构，我们搭建了如图3所示的实验网络系统。如图所示，该实验网络系统将整个工作频段划分为两个工作频段。其中，主-A、从-A、主-C、从-C四个PLC中压宽带设备工作在频段1。而主-B、从-B1、从-B2三个PLC中压宽带设备工作在频段2。其中，主-A、主-B、主-C为三个主侧载波节点，从-A和从-B1构成第一从侧交换节点，从-B2和从-C构成第二从侧交换节点。主-A、主-B、主-C分别于PC相连。其实验目的在于将目标信号从主-A的PC处传送至主-C的PC处。
如图所示，我们在主-A到第一从侧交换节点之间、第一从侧交换节点到主-B之间、主-B到第二从侧交换节点之间、第二从侧交换节点到主-C之间分别设置有一个30db衰减器。如果不按照本发明所设计的网络系统结构组网，在主-A到主-C的线路上共要造成120db的信号衰减，根本无法实现信号通信。但是，由于该实验网络系统按照本发明所述的方式进行组网，由主-A所发送的信号首先由主-A发送至从-A，再经由交换机将该信号交换至工作在频段2上的从-B，再由从-B将该信号经由主-B转发至从-B，然后经由交换机将该信号交换至工作在频段1上的从-C，最终由从-C将该信号发送至目标设备，与主-C相连的PC处。
从实际实验效果看，该实验网络系统通信状况良好，将目标信号从主-A的PC处传送至主-C的PC处。依据该结构进行组网，理论上可以实现传输距离的无限延伸，彻底解决了电力传输线路上信号衰减严重所引起的组网困难问题。
图4为一条实际10KV地埋电缆走向图。该线路目标实现5号环网柜和2号环网柜的通信，两环网柜距离1.5公里。因为中压10KV地埋电缆线路情况复杂，信号在线路上衰减大(＞90dB)，点对点方式无法实现通信。我们通过前述本发明所设计的网络架构架设网络来实现5号和2号环网柜之间的通信。
因为两个环网柜间隔只有500米，所以相邻环网柜之间信号衰减不会太大(＜40dB)，这样可以保证相邻环网柜之间通信正常。把设备主-A安装在5号环网柜，设备从-A、从-B1和交换机(Switch/HUB)安装在4号环网柜，设备主-B安装在3号环网柜，设备从-B2、从-C和交换机(Switch/HUB)安装在2号环网柜。目标传输信号则将依上述实验网络系统中的传输方式那样在各个网柜间传输。
如果想进一步增加传输距离，则可依据上述继续在线路上增加网络节点，理论上该网络系统的传输距离可无限延伸。
综上所述，本发明所设计的基于正交频分复用的电力线宽带网络系统通过将网络系统的工作频段划分为多个互无重叠的工作频段，并使传输信号在各个频段内分段接力传输，从而克服电力线载波设备在中压线路上信号衰减大，无法实现网络化通信的问题。根据上述实例可以看出，基于该设计结构构建的网络系统理论上可以实现传输距离的无限延伸。本领域一般技术人员在此设计思想之下所做任何不具有创造性的改造均应视为在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于正交频分复用的电力线宽带网络系统，其特征在于：该网络系统由若干主侧载波节点和从侧交换节点构成；该网络系统将所工作的频段划分为至少两个互无重叠的工作频段；
所述主侧载波节点由一个主侧PLC中压宽带设备构成；各个主侧载波节点中的主侧PLC中压宽带设备分别工作在上述至少两个工作频段之一；
所述从侧交换节点由工作在上述至少两个工作频段的从侧PLC中压宽带设备各一个以及交换机构成；同一从侧交换节点的各个从侧PLC中压宽带设备通过该交换机相互连通；
所述主侧载波节点与从侧交换节点相互间隔设置；与同一从侧交换节点直接连接的主侧载波节点中的主侧PLC中压宽带设备工作在不同的工作频段上；相互连接的主侧载波节点与从侧交换节点之间，其主侧PLC中压宽带设备与工作在相同工作频段上的从侧PLC中压宽带设备相连接。
2.如权利要求1所述的电力线宽带网络系统，其特征在于：
所述主侧载波节点中还设有一个功分器；该功分器的两路端口串联在电力传输线上，另一路端口与所述主侧PLC中压宽带设备相连；
所述从侧交换节点中还设有两个功分器；其中一个功分器的两路端口串联在电力传输线上，另一路端口与另一个功分器的一个端口相连；另一个功分器的其他端口分别与该从侧交换节点的各个从侧PLC中压宽带设备相连。
3.如权利要求1所述的电力线宽带网络系统，其特征在于：所述工作在相同工作频段上相连的主侧PLC中压宽带设备与从侧PLC中压宽带设备之间，采用主从式通信方式通信。
4.如权利要求1所述的电力线宽带网络系统，其特征在于：所述各个工作频段还进一步划分为若干子频段；所述各个主侧PLC中压宽带设备和从侧PLC中压宽带设备工作在其中某个子频段上。
5.如权利要求1所述的电力线宽带网络系统，其特征在于：所述各个PLC中压宽带设备采用OFDM的调制/解调方案。
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