CN102118185A - 一种用于电力集中抄表的双模低电压载波调制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于电力集中抄表的双模低电压载波调制方法和装置，该方法包括：预设集中器收到抄表终端返回OFDM调制数据的时间和扩频调制的时间，集中器需要对特定用户进行抄表时，首先采用OFDM模式发送，如果在预设时间内不能收到对端的回应，说明不能正常通信，然后采用扩频方式；接收方向则同时用两种解调电路进行扩频和OFDM信号检测，在检测到信号后启动同步、解调接收数据，向集中器返回响应。该方法提高了传输速率以及传输的可靠性。

Description

一种用于电力集中抄表的双模低电压载波调制方法和装置

技术领域

本发明涉及低压电力载波通信技术，尤其涉及一种用于电力集中抄表的双模低电压载波调制方法和装置。

背景技术

电力线载波(PLC)是电力系统特有的、基本的通信方式，是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。用电力线作为网络接入方案，可利用已有的电力配电网络进行通信，不需要重新布线，因此为低压电力用户用电信息采集管理系统提供了一种低成本的通信解决方案，得到了广泛应用。但由于低压电力线是用于电能传输的线路，其非理想的传输信道，其所呈现的是一种高噪声、强衰减、负荷变化剧烈、阻抗变化大，频率响应不平坦的恶劣信道，因此必须采用一定的载波调制技术，才可能实现可靠的通信，目前研究和应用比较广泛的是扩频和正交频分复用(OFDM)两种调制方式。

扩频通信技术和OFDM技术是近几年得到快速发展的数字通信技术，两者都具有抗干扰能力强的优点，是以低压电力线为传输媒介的较好的通信手段，然而由于它们的调制原理不同，在实际应用中又各有其优缺点。

扩频通信是通过增加信号传输带宽来提高信号增益，从而提高宽带抗干扰能力，是目前唯一可以工作在负信噪比情况下的通信技术，但有效带宽受到损失。在低压集抄国标规定中载波信号频率范围应为3kHz～500kHz，所以目前应用的扩频系统能提供的信息带宽一般在几百到1kbps，并且扩频增益也不能很大，由于信息带宽低，影响了应用，由于速率低，传输一个数据包的时间就很长，由于电力线的信道是时变的，就可能由于短时的信道劣化导致整个数据包不能用而浪费带宽，或者周期性的信道劣化导致通信一直不成功。

OFDM技术是将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。由于子信道是正交的，可以有重叠，提高了带宽利用率。各子信道是分别调制的，可以根据子信道的情况用不同速率调制或禁用差的子信道。OFDM的优点是带宽大，在3kHz～500kHz载波范围内，可提供几百kbps的信息速率；可选择性关闭部分子信道，可抵抗频率选择性衰落和窄带干扰。但由于没有扩频增益，对信噪比仍有一定要求，不能抵抗宽带的干扰和信道的衰减。

电力线载波抄表系统的结构是在每个配电变压器下安装一个集中器，每个用户安装一个抄表终端，在集中器和抄表终端中，都有一个载波通信模块，一般每个台区的用户在几百到几千户不等，每个用户分配不同的地址；一般采用主从结构，由集中器控制，通过通信模块，以轮询方式分时采集每个抄表终端的信息或下发控制信息。

低压电力线上的信号衰减特性和干扰特性非常复杂，而且随机性、时变性大，每个站点的衰减和干扰情况不同，无论采用扩频或OFDM，由于各有其优缺点，都不能适应所有的情况，难以保证提供可靠的通信及带宽。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于电力集中抄表的双模低压电力载波调制方法，以提高传输速率以及传输的可靠性。该方法包括以下步骤：

预设回应扩频调制数据的时间和OFDM调制数据的时间，在集中器和抄表终端中分别配置扩频和正交频分复用OFDM两种调制解调电路，该方法为：

集中器需要向用户抄表时，产生该用户的数据请求信息，用OFDM调制所述用户的数据请求信息并发送给抄表终端，在预设回应OFDM调制数据的时间内收到回应数据，作所述用户抄表成功处理；否则用扩频调制所述用户的数据请求信息并发送给抄表终端，在预设回应扩频调制数据时间内收到回应数据，作所述用户抄表成功处理，否则做抄表失败处理；

抄表终端用所述两种检测信号同时检测，检测到信号后启动同步、解调接收数据，根据数据内容确定是否向集中器回应，如果是，选用与接收数据一样的调制方式发送数据；否则不作回应。

其中，该方法预先配置：在集中器和抄表终端中配置OFDM模式的频带和扩频模式的载波中心频率、扩频码速率和码字；

当所述集中器用OFDM模式发送数据时，按照配置的频带用OFDM模式对所述用户的请求数据进行调制，解调所述抄表终端回应的OFDM调制数据；

当所述抄表终端接收到OFDM调制的数据时，按照配置的频带用OFDM模式对接收的数据用OFDM模式解调；抄表终端处理后需要发送给集中器的数据用OFDM模式的频带调制发送；

当所述集中器用扩频模式发送数据时，用扩频模式配置的载波和扩频码对所述用户的数据请求信息调制，解调所述抄表终端回应的扩频调制数据；

当所述抄表终端接收到扩频调制的数据时，用扩频模式配置的载波和扩频码对接收的数据用扩频模式解调；抄表终端处理后需要发送给集中器的数据用扩频模式配置的载波和扩频码调制发送。

进一步预设用户抄表的失败次数，所述用户抄表失败处理之后进一步包括，记录失败次数，当失败次数小于预设用户抄表的失败次数时，重复所述方法再次进行对该用户抄表；当失败次数大于等于用户抄表的失败次数时，结束抄表或者轮询其它用户抄表。

所述根据数据内容确定是否向集中器回应为：根据数据内容中包括的数据地址确定是否向集中器回应数据，如果数据地址是本地，抄表终端选用与接收数据一样的调制方式发送数据给集中器，否则不作回应。

本发明的另一个主要目的在于提供一种用于电力集中抄表的双模低压电力载波调制集中器，以提高传输速率以及传输的可靠性，预设回应扩频调制数据的时间和OFDM调制数据的时间，该集中器包括：管理模块和通信模块；

所述管理模块，与所述通信模块相连，需要向用户抄表时，产生该用户的数据请求信息，并将该信息写入所述通信模块，接收所述通信模块发来的解调数据、并处理；

所述通信模块，与所述管理模块相连，收到所述管理模块写入的向需要抄表用户发送的请求信息后，用OFDM调制所述用户的数据请求信息并发送给抄表终端，在OFDM模式下预设时间内收到回应数据，将数据解调发送给所述管理模块；否则用扩频调制所述用户的数据请求信息并发送给抄表终端，在扩频模式下预设时间内收到回应数据，将回应数据解调发送给所述管理模块，否则向所述管理模块发送失败消息。

所述通信模块包括OFDM电路模块和扩频电路模块和模式选择模块；

所述OFDM电路模块，收到所述模式选择模块发来的数据后，用OFDM模式调制数据，发送给抄表终端，接收到抄表终端的OFDM调制的回应数据时，对接收的数据进行解调，并发送给所述管理模块；

所述扩频电路模块，收到所述模式选择模块发来的数据后，用扩频模式调制数据，发送给抄表终端，接收到抄表终端的扩频调制的回应数据时，对接收的数据进行解调，并发送给所述管理模块。

所述模式选择模块收到所述管理模块写入的需要向抄表用户发送的请求信息后，将该数据信息发送给所述OFDM电路模块；如果所述OFDM电路模块将调制后的数据发送给抄表终端，在OFDM模式下预设时间内没有收到回应数据，将数据信息发送给所述扩频电路模块。

本发明的另一个主要目的在于提供一种用于电力集中抄表的双模低压电力载波调制抄表终端，以提高传输速率以及传输的可靠性，该抄表终端包括：通信模块和管理模块；

所述通信模块，用OFDM和扩频两种检测信号同时检测，检测到数据后启动同步解调接收的数据，将解调后的数据发送给所述管理模块，接收到管理模块发来的处理后的数据，用与接收从集中器接收数据一样的调制方式调制，并发送给集中器；

所述管理模块，接收所述通信模块发来的解调后的数据，所述管理模块判断该数据的目的地址是否为本地，如果是，处理该数据并发送回应消息给所述通信模块，否则不作回应。

其中，所述通信模块包括OFDM电路模块和扩频电路模块；

所述OFDM电路模块，检测到OFDM调制的数据，则启动同步解调，并将该解调数据发送管理模块；接收到所述管理模块发来的处理数据，进行调制，并发送给集中器；

所述扩频电路模块，检测到扩频调制的数据，则启动同步解调，并将该解调数据发送管理模块；接收到所述管理模块发来的处理数据，进行调制，并发送给集中器。

本发明的另一个主要目的在于提供一种用于电力集中抄表的双模低压电力载波调制系统，以提高传输速率以及传输的可靠性，该系统包含上述的集中器和一个或多个上述的抄表终端。

由以上技术方案可见，本发明采用OFDM和扩频两种调制方式，分别预设回应时间，首先用OFDM方式调制，如果失败再用扩频调制，两种方式的配合使用，因此，本发明提高了传输速率以及可靠性。

附图说明

图1为集中器处理流程示意图；

图2为抄表终端处理流程示意图；

图3为集中器装结构示意图；

图4为抄表终端结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

为描述方便，集中器和抄表终端都简单划分为管理模块和载波通信模块，通信模块实现物理层的通信，管理模块负责链路、网络、及应用等高层功能。

本发明的基本思想是在通信模块中配置扩频和OFDM两种调制解调电路，需要对特定用户进行抄表时，选择其中一种调制电路发送，由于OFDM速率高，因此在需要通信时，首先采用OFDM模式发送，如果在规定时间内不能收到对端的回应，说明不能正常通信，然后采用扩频方式；接收方向则同时用两种解调电路进行扩频和OFDM信号检测，在检测到信号后启动同步、解调接收数据。考虑到电力线的信道情况是随机时变的，如果此次抄表失败，上述过程可以重复进行。

下面以具体实施例详细说明本发明用于电力集中抄表的双模低压电力载波调制方法。实现过程分为集中器处理和抄表终端处理，具体流程参见图1、图2。

参见图1，图1为集中器处理流程示意图。其具体步骤为：

步骤101，配置工作参数，启动。

集中器配置参数包括：OFDM模式的频带和扩频模式的载波中心频率、扩频码速率和码字，在OFDM模式下收到回应数据的预设时间，在扩频模式下收到回应数据的预设时间，以及预设用户抄表的失败次数。

因为两种调制模式的传输速率不一样，因此收到数据的回应时间也不一样，因此两种调制方式预设的回应时间不一样。

步骤102，管理模块产生需要抄表用户的数据请求信息并写入通信模块。

步骤103，通信模块用OFDM调制数据并发送数据请求信息。

由于OFDM速率高，在需要通信时，首先采用OFDM调制数据发送。

步骤104，判断通信模块在预设回应OFDM调制数据的时间内是否接收到抄表终端的回应数据，如果是，执行步骤105，否则执行步骤106。

步骤105，通信模块同步解调回应的OFDM调制数据，执行步骤111。

步骤106，通信模块用扩频调制数据并发送数据请求信息。

步骤107，判断通信模块在回应扩频调制数据的时间内是否收到抄表终端的回应数据，如果是，执行步骤108，否则执行步骤109。

步骤108，通信模块同步解调回应扩频调制数据，执行步骤111。

步骤109，通信模块向管理模块发送失败消息。

步骤110，管理模块作发送失败处理，判断失败次数是否达到预设失败次数，如果是，执行步骤113，否则执行步骤102。

步骤111，通信模块把解调接收的数据发送给管理模块。

步骤112，管理模块处理接收数据。

与现有技术处理方式一致，不再赘述。

步骤113，结束对该用户发送请求或者轮询其它用户。

参见图2，图2为抄表终端处理流程示意图。其具体步骤为：

步骤201，配置工作参数、启动。

抄表终端配置参数包括：OFDM模式的频带和扩频模式的载波中心频率、扩频码速率和码字。

步骤202，通信模块用扩频和OFDM两种模式检测数据信息，如果检测到OFDM调制数据，执行步骤203，如果检测到扩频调制数据，执行步骤204。

抄表终端启动后，通信模块同时用不同的模式检测数据信息，检测到信息进行相应处理，未检测到则继续检测。

步骤203，通信模块将检测到的OFDM调制数据同步解调，执行步骤205。

步骤204，通信模块将检测到的扩频调制数据同步解调。

步骤205，通信模块把解调的接收数据发送给管理模块。

步骤206，管理模块判断数据目的地址是否是本地，如果是，执行步骤207，否则执行步骤202。

步骤207，管理模块处理收到的数据并产生发送数据到通信模块。

管理模块处理数据同现有技术一致，不再赘述。

步骤208，通信模块用与接收数据一样的调制方式调制数据并发送给集中器的通信模块。

如果接收的数据是OFDM调制数据，则用OFDM调制数据并发送给集中器的通信模块；如果接收的数据是扩频调制数据，则用扩频调制数据并发送给集中器的通信模块

至此本实施例结束，在本实施例单独用OFDM或扩频调制、解调数据，在集中器端和抄表终端的工作同现有技术一致，在此两端的数据处理不再赘述。

基于同样的发明思想，本发明还提出了一种用于电力集中抄表的双模低电压载波调制集中器和抄表终端。

参见图3，图3为集中器结构示意图。用于电力集中抄表的双模低电压载波调制集中器包括：管理模块310和通信模块320。

管理模块310，与通信模块320相连，需要向用户抄表时，产生该用户的数据请求信息，并将该信息写入通信模块320，接收通信模块320发来的解调数据、并处理。

通信模块320，与管理模块310相连，收到管理模块310写入的向需要抄表用户发送的请求信息后，用OFDM调制所述用户的数据请求信息并发送给抄表终端，在OFDM模式下预设时间内收到回应数据，将数据解调发送给管理模块310；否则用扩频调制所述用户的数据请求信息并发送给抄表终端，在扩频模式下预设时间内收到回应数据，将回应数据解调发送给管理模块310，否则向管理模块310发送失败消息。

其中，通信模块320包括OFDM电路模块321和扩频电路模块322和模式选择模块323。

OFDM电路模块321，收到模式选择模块323发来的数据后，用OFDM模式调制数据，发送给抄表终端，接收到抄表终端的OFDM调制的回应数据时，对接收的数据进行解调，并发送给管理模块310。

扩频电路模块322，收到模式选择模块323发来的数据后，用扩频模式调制数据，发送给抄表终端，接收到抄表终端的扩频调制的回应数据时，对接收的数据进行解调，并发送给管理模块310。

模式选择模块323，收到管理模块310写入的需要向抄表用户发送的请求信息后，将该数据信息发送给OFDM电路模块321；如果OFDM电路模块321将调制后的数据发送给抄表终端，在OFDM模式下预设时间内没有收到回应数据，将数据信息发送给扩频电路模块322。

参见图4，图4为抄表终端结构示意图。用于电力集中抄表的双模低电压载波调制抄表终端包括：通信模块410和管理模块420。

通信模块410，用OFDM和扩频两种检测信号同时检测，检测到数据后启动同步解调接收的数据，将解调后的数据发送给管理模块420。接收到管理模块发来的处理后的数据，用与接收从集中器接收数据一样的调制方式调制，并发送给集中器。

管理模块420，接收通信模块410发来的解调后的数据，管理模块420判断该数据的目的地址是否为本地，如果是，处理该数据并发送给通信模块410，否则不作回应。

通信模块410包括OFDM电路模块411和扩频电路模块412。

OFDM电路模块411，检测到OFDM调制的数据，则启动同步解调，并将该解调数据发送管理模块；接收到管理模块420发来的处理数据，进行调制，并发送给集中器。

扩频电路模块412，检测到扩频调制的数据，则启动同步解调，并将该解调数据发送管理模块；接收到管理模块420发来的处理数据，进行调制，并发送给集中器。

本发明还公开了一种包括上述的集中器和一个或多个抄表终端的系统，其可以与现有技术一样采用主从结构，由集中器控制，通过通信模块，以轮询方式采集每个抄表终端的信息或下发控制信息。

OFDM带宽大，相同的数据包发送时间短，可抵抗窄带和随机性干扰，但对信噪比要求高，不适应大的衰减线路和持续的宽带噪声干扰；而扩频有扩频增益，可以在负的信噪比下工作，但速率低，占用信道时间长，容易受到短时强干扰的影响；无论单独采用那种方式，都会有不能适应电力线载波抄表系统工作环境的情况，而两种模式共同使用，可以最大可能的适应应用环境的复杂性，大大提高有效带宽和通信可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于电力集中抄表的双模低电压载波调制方法，其特征在于，预设回应扩频调制数据的时间和OFDM调制数据的时间，在集中器和抄表终端中分别配置扩频和正交频分复用OFDM两种调制解调电路，该方法为：

集中器需要向用户抄表时，产生该用户的数据请求信息，用OFDM调制所述用户的数据请求信息并发送给抄表终端，在预设回应OFDM调制数据的时间内收到回应数据，作所述用户抄表成功处理；否则用扩频调制所述用户的数据请求信息并发送给抄表终端，在预设回应扩频调制数据时间内收到回应数据，作所述用户抄表成功处理，否则做抄表失败处理；

抄表终端用所述两种检测信号实时检测，检测到信号后启动同步、解调接收数据，根据数据内容确定是否向集中器回应，如果是，选用与接收数据一样的调制方式发送数据；否则不作回应。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法预先配置：在集中器和抄表终端中配置OFDM模式的频带和扩频模式的载波中心频率、扩频码速率和码字；

当所述集中器用OFDM模式发送数据时，按照配置的频带用OFDM模式对所述用户的请求数据进行调制，解调所述抄表终端回应的OFDM调制数据；

当所述抄表终端接收到OFDM调制的数据时，按照配置的频带用OFDM模式对接收的数据解调；抄表终端处理后需要发送给集中器的数据用OFDM模式调制发送；

当所述集中器用扩频模式发送数据时，用扩频模式配置的载波和扩频码对所述用户的数据请求信息调制，解调所述抄表终端回应的扩频调制数据；

当所述抄表终端接收到扩频调制的数据时，用扩频模式配置的载波和扩频码对接收的数据用扩频模式解调；抄表终端处理后需要发送给集中器的数据用扩频模式配置的载波和扩频码调制发送。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步预设用户抄表的失败次数，所述用户抄表失败处理之后进一步包括，记录失败次数，当失败次数小于预设用户抄表的失败次数时，重复所述方法再次进行对该用户抄表；当失败次数大于等于用户抄表的失败次数时，结束抄表或者轮询其它用户抄表。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据数据内容确定是否向集中器回应为：根据数据内容中包括的数据地址确定是否向集中器回应数据，如果数据地址是本地，抄表终端选用与接收数据一样的调制方式发送数据给集中器，否则不作回应。

5.一种用于电力集中抄表的双模低电压载波调制集中器，其特征在于，预设回应扩频调制数据的时间和OFDM调制数据的时间，该集中器包括：管理模块和通信模块；

所述管理模块，与所述通信模块相连，需要向用户抄表时，产生该用户的数据请求信息，并将该信息写入所述通信模块，接收所述通信模块发来的解调数据、并处理；

所述通信模块，与所述管理模块相连，收到所述管理模块写入的向需要抄表用户发送的请求信息后，用OFDM调制所述用户的数据请求信息并发送给抄表终端，在OFDM模式下预设时间内收到回应数据，将数据解调发送所述给管理模块；否则用扩频调制所述用户的数据请求信息并发送给抄表终端，在扩频模式下预设时间内收到回应数据，将回应数据解调发送给所述管理模块；否则向所述管理模块发送失败消息。

6.根据权利要求5所述的集中器，其特征在于，所述通信模块包括OFDM电路模块和扩频电路模块和模式选择模块；

所述OFDM电路模块，收到所述模式选择模块发来的数据后，用OFDM模式调制数据，发送给抄表终端，接收到抄表终端的OFDM调制的回应数据时，对接收的数据进行解调，并发送给所述管理模块；

所述扩频电路模块，收到所述模式选择模块发来的数据后，用扩频模式调制数据，发送给抄表终端，接收到抄表终端的扩频调制的回应数据时，对接收的数据进行解调，并发送给所述管理模块；

所述模式选择模块收到所述管理模块写入的需要向抄表用户发送的请求信息后，将该数据信息发送给所述OFDM电路模块；如果所述OFDM电路模块将调制后的数据发送给抄表终端，在OFDM模式下预设时间内没有收到回应数据，将数据信息发送给所述扩频电路模块。

7.一种用于电力集中抄表的双模低电压载波调制抄表终端，其特征在于，该抄表终端包括：通信模块和管理模块；

所述通信模块，用OFDM和扩频两种检测信号同时检测，检测到数据后启动同步解调接收的数据，将解调后的数据发送给所述管理模块，接收到管理模块发来的处理后的数据，用与接收从集中器接收数据一样的调制方式调制，并发送给集中器；

所述管理模块，接收所述通信模块发来的解调后的数据，所述管理模块判断该数据的目的地址是否为本地，如果是，处理该数据并发送给所述通信模块，否则不作回应。

8.根据权利要求7所述的抄表终端，其特征在于，所述通信模块包括OFDM电路模块和扩频电路模块；

所述OFDM电路模块，检测到OFDM调制的数据，则启动同步解调，并将该解调数据发送管理模块；接收到所述管理模块发来的处理数据，进行调制，并发送给集中器；

所述扩频电路模块，检测到扩频调制的数据，则启动同步解调，并将该解调数据发送管理模块；接收到所述管理模块发来的处理数据，进行调制，并发送给集中器。

9.一种用于电力集中抄表的双模低电压载波调制系统，其特征在于，该系统包含一个权利要求5所述的集中器和一个或多个权利要求7所述的抄表终端。

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