CN103036831A - 一种电力载波高速多载波复用方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力载波通信高速多载波复用的方法及系统，采用全频独立多载波策略将需要传送的信息分布多个在低、中、高不同频段上并以独立子载波形式进行传输，即使某些频率载波受到干扰，总存在某些或某个载频不受干扰，从频域上提高抗干扰能力；并采用高速单载波短数据包策略，缩短数据包宽度，使得数据包能够穿过干扰间隙，从时域上提高抗干扰能力，同时也提高子载波的信息传输速度，保证低压电力载波通信总体的信息传输速率。通过本发明可以提高物理层通信能力，解决点对点通信问题，保证了低压电力载波通信网络连通性。

Description

一种电力载波高速多载波复用方法及系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种电力载波高速多载波复用方法、设备以及系统。

背景技术

低压电力载波网络中物理层通信能力是低压电力载波通信的基础，是保证邻近节点互通与确保低压电力载波通信网络连通性的关键。低压电力载波通信物理层通信主要任务是提高抗干扰和信息传输速率。

在低压电力载波网络中为了提高物理层通信的通信能力，国内外常常采用不同的调制方法与编码方式、纠错方法、交织方法以及各种频分复用方法。

目前最流行的频分复用方法是正交频分复用(OFDM)，在窄带低压电力载波通信领域有G3和PRIME两个国际标准，中国也制定了相应的标准。

OFDM的优点在于使用一个OFDM符号中的一组正交子载波并行传输一个或多个字节的数据位，传输方式如图1所示，从而提高信息传输速率。然而，在实际的窄带电力载波通信系统中OFDM的传输信息的总速率在数值上小于最高子载波频率的1/3。

OFDM能提高频谱利用率，抗符号间干扰和多径干扰，因此在2MHz以上通信中广泛应用。在干扰小的环境下OFDM也具有优良的性能。然而，在干扰大、特别是周期性干扰强的环境下其性能大大下降，甚至不如单载波通信。因此，在电网干扰较小的环境下窄带OFDM信息速率高，而在中国窄带OFDM性能就会大大变差，信息速率大大下降。窄带OFDM在中国电网性能下降的原因：

(1)由于窄带低压电力载波通信在9KHz-500KHz，目前该频段全频前端模拟电路设计困难，通信产品只能使用部分频段，子载波不能全部利用，理论信息速率大打折扣。而在2MHz以上则不存在这一问题。

(2)中国电力网络周期干扰、随机干扰严重。由于窄带OFDM使用许多低速度正交子载波并行传输来提高信息速率，因此信息包占用时间很长，G3CFH为9.035毫秒，PRIME HEADER为4.48毫秒，如此长的物理层头信息抗干扰能力较低，常常被3.3毫秒的周期性干扰破坏，信息速率大大降低。

(3)OFDM中数据首先进行串并转换，常常采用8个正交子载波并行传输一个字节的数据位，此8个子载波间数据耦合性强，在传输过程中一个子载波受到干扰，则该字节数据发送错误。与单载波相比，显然8载波受到干扰破坏的概率增大了，即物理层抗干扰能力降低了。

由此可见窄带OFDM在物理层上抗周期干扰与随机干扰能力下降，故常常结合过零传输或编码等技术来提高抗干扰能力，而相关抗干扰技术的应用会大大降低信息传输的实际速率。

发明人在实施本发明的过程中，发现现有技术中缺少一种能够克服电网中各种恶劣周期干扰、随机干扰、同频干扰、频率衰落等因素对物理层通信的影响，同时保持较高的信息传输速率，较佳的载波复用方法。

发明内容

为了解决上述现有技术的缺点，本发明的主要目的是提供一种高速多载波复用方法及系统以解决现有技术中不能解决窄带电力载波中周期性干扰和随机干扰问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种高速多载波复用方法，具体包括：

采用全频独立多载波策略将需要传送的信息分布多个在低、中、高不同频段上并以独立子载波形式进行传输；

采用高速单载波短数据包策略，缩短数据包宽度同时提高子载波的信息传输速度，在保证低压电力载波通信总体的信息传输速率的前提下进行传输。

本发明还提供了一种高速多载波复用系统，包括：

全频独立多载波模块，用于将需要传送的信息分布多个在低、中、高不同频段上并以独立子载波形式进行传输；

高速单载波短数据包模块，用于缩短数据包宽度同时提高子载波的信息传输速度，在保证低压电力载波通信总体的信息传输速率的前提下进行传输。

本发明的高速多载波复用方法及系统针对窄带OFDM单载波信息速率低、数据包长，容易遭到周期干扰破坏(特别是中国电网普遍存在的3.3毫秒周期干扰)，窄带OFDM信号抗周期干扰能力差以及窄带OFDM子载波间信息耦合性强，抗随机干扰能力下降问题，采用高速单载波短数据包与全频独立多载波策略，从频域与时域上增强抗干扰能力，克服了电网中各种恶劣周期干扰、随机干扰、同频干扰、衰落、阻抗变化等因素对物理层的影响，提高了物理层通信能力，解决了点对点通信问题，保证了低压电力载波通信网络连通性。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中正交子载波并行传输方式示意图；

图2为本发明实施例的一种高速多载波复用的方法实施步骤图；

图3为本发明实施例的全频独立多载波策略实现方法步骤图；

图4为本发明实施例的全频独立多载波传输方式示意图；

图5为本发明实施例的一种高速多载波复用的系统框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

窄带OFDM子载波数据耦合性强，子载波间信息彼此不独立，一个子载波信号遭到破坏，则相关的八个子载波数据均无效，为此需要通过编码、纠错等技术进行弥补，而弥补措施需要进一步增加数据长度，且增加的数据依然会遭到同样的破坏。另外由于窄带OFDM子载波信息速率低、数据包长，容易遭到周期干扰(特别是中国电网普遍存在的3.3毫秒周期干扰)破坏。为解决上述两个问题本发明分别采用了独立多载波策略和高速数据包策略。

本发明实施例一方面提供了一种高速多载波复用的方法，实施方法如图2所示，具体为：

步骤S1：采用全频独立多载波策略将需要传送的每一组数据分布多个在低、中、高不同频段上并以独立子载波形式进行传输，具体实施方式可参见图3所示，如下：

步骤S11：将所要传输的数据信息拆分成固定字节大小的数据包，并且将数据包整体复制多个样本。

步骤S12：将上述复制的同一数据包的多个相同的样本分别分布在不同频段不同的子载波上。上述不同频段包含低，中，高三个频段属于不同的频谱，以使全部频谱上都分布有需要传输的数据。

步骤S13：将上述分布在不同频谱的各个包含需要传输数据所有字节的子载波数据完全独立并行传输，传输方式如图4所示。即使某些频率载波受到干扰，总存在某些或某个载频不受干扰，上述传输的子载波只要有一个子载波的数据包没有遭到破坏，数据便传输成功，从频域上提高抗干扰能力。

上述采用的独立多载波策略从频域角度将同一数据分布在不同的频谱上，并以独立子载波形式传输，由于载波间彼此独立，可以采用多个不同频段的模拟前端电路对全频段覆盖，在频域上利用整个9KHZ-500KHZ频段，当某个载波被干扰破坏，其他没有被破坏的载波片段依然可以保证信息的准确传输，即从频域上提高了抗干扰能力。并且由于干扰对所有频谱上同一数据同时破坏的概率极低，因此全频独立多载波具有非常优异抗衰落、抗随机干扰、抗同频干扰和适应阻抗变化能力。

步骤S2：采用高速单载波短数据包策略，缩短数据包宽度同时提高子载波的信息传输速度，在保证低压电力载波通信总体的信息传输速率的前提下进行传输。

采用高速单载波短数据包策略的具体方法为：缩短数据包宽度，短数据包长度应为不大于周期性干扰周期的数值宽度，即要小于等于0.01s，使得数据包长度减小，本发明中数据包长度仅为现有标准OFDM PRIME与OFDM G3的十分之一，使得数据包能够更容易穿过干扰间隙，从时域上提高抗干扰能力，具有非常优异的抗干扰能力。同时提高子载波的信息传输速度，本发明中采用单载波进行短数据包的传输，在保证低压电力载波通信总体的信息传输速率的情况下进行传输，提高信息传输速率。

采用高速单载波短数据包策略，缩短数据包宽度同时提高子载波的信息传输速度，高速数据包不仅可以提高数据传输效率，更重要的是在时域上短小的数据包能够有效的穿过干扰噪声的间隙，从时域上提高抗干扰能力，从而保证低压电力载波通信总体的信息传输速率。

本发明实施例采用高速短数据包与全频独立多载波策略，从频域与时域上增强抗干扰能力，克服了电网中各种恶劣周期干扰、随机干扰、同频干扰、衰落、阻抗变化等因素对物理层的影响，提高了物理层通信能力，解决了点对点通信问题，保证了低压电力载波通信网络连通性。

本发明的另一方面将结合具体的实际应用对实施例一的高速多载波复用方法做进一步的详细说明，本实施例中以传输数据信息中拆分后包含10101011，大小256bit的数据包为例进行说明，当然并不引以为限，采用本发明的高速多载波复用的方法具体如下：

步骤S1：将大小为256bit的数据包整体复制为8份，取代现有技术中需要将传输的数据包拆分为8份，以保证每个传输的载波上包含要传输数据的全部字节数据位。

步骤S2：将上述复制8份的数据包分别分布在低，中，高三个不同频段上，使9KHz-500KHz整个频段上都包含上述需要传送的数据包的载波。

步骤S3：将上述分布在不同频谱上的8子载波数据完全独立在不同的信道上进行并行传输，具体可参见图4所示。

步骤S4：缩短上述单载波数据包的宽度同时提高子载波的信息传输速度，使数据包的长度不大于周期性干扰周期的数值宽度，在保证低压电力载波通信总体的信息传输速率的前提下进行传输，这样就提高了并行传输的速度，以提高载波通信总体的信息传输速率。

本发明的实施例中将需要传送的数据包整体复制取代现有技术中将数据包拆分进行传输，并采用全频独立多载波策略将数据分布多个在低、中、高不同频段上的独立子载波进行传输，即使某些频率载波受到干扰，总存在某些或某个载频不受干扰，从频域上提高抗干扰能力；并采用高速单载波短数据包策略，缩短数据包宽度，使得数据包能够穿过干扰间隙，从时域上提高抗干扰能力，同时也提高子载波的信息传输速度，保证低压电力载波通信总体的信息传输速率。

本发明实施例提供了一种高速多载波复用的系统10，如图5所示，包括：

全频独立多载波模块11，用于将多个分布在低、中、高不同频段上包含需要传输数据包的全部信息的独立子载波进行传输。

高速短数据包模块12，用于提高子载波的信息传输速度，保证低压电力载波通信总体的信息传输速率。

本发明的高速多载波复用方法、设备及系统针对窄带OFDM单载波信息速率低、数据包长，容易遭到周期干扰破坏(特别是中国电网普遍存在的3.3毫秒周期干扰)，窄带OFDM信号抗周期干扰能力差以及窄带OFDM子载波间信息耦合性强抗随机干扰能力下降问题，采用高速短数据包与全频独立多载波策略，从频域与时域上增强抗干扰能力，克服了电网中各种恶劣周期干扰、随机干扰、同频干扰、衰落、阻抗变化等因素对物理层的影响，提高了物理层通信能力，解决了点对点通信问题，保证了低压电力载波通信网络连通性。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，但本发明的特征并不局限于此，任何熟悉该项技术的人在本发明领域内，可轻易想到的变化或修饰，都应涵盖在以下本发明的申请专利范围中。

Claims (5)

1.一种电力载波通信高速多载波复用方法，其特征在于，具体包括：

采用全频独立多载波策略将需要传送的信息分布多个在低、中、高不同频段上并以独立子载波形式进行传输；

采用高速单载波短数据包策略，缩短数据包宽度同时提高子载波的信息传输速度，在保证低压电力载波通信总体的信息传输速率的前提下进行传输。

2.如权利要求1所述的高速多载波复用方法，其特征在于，所述全频独立多载波策略的实施方法为：

将所要传输的数据信息拆分为固定字节大小的数据包并复制为多个相同的样本；

将所述复制的多个相同的样本分别分布在不同频段不同的子载波上；

将上述分布在不同频谱的各个包含需要传输数据所有字节的子载波数据完全独立并行传输。

3.如权利要求1所述的高速多载波复用方法，其特征在于，所述高速短数据包长度为不大于周期性干扰周期的数值宽度。

4.如权利要求1所述的高速多载波复用方法，其特征在于，全部频谱上都分布有需要传输的数据的子载波。

5.一种高速多载波复用的系统，其特征在于，包括：

全频独立多载波模块，用于将需要传送的信息分布多个在低、中、高不同频段上并以独立子载波形式进行传输；

高速单载波短数据包模块，用于缩短数据包宽度同时提高子载波的信息传输速度，在保证低压电力载波通信总体的信息传输速率的前提下进行传输。

Images