CN103338138B - 光纤电力宽带接入系统及该系统的信道分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所设计的一种光纤电力宽带接入系统，它包括多个光纤信号与电力线信号相互转换模块，与每个光纤信号与电力线信号相互转换模块的第一通信端连接的用户端设备，依次连接的服务器、光线路终端和光分配网络，所述光分配网络与多个光纤信号与电力线信号相互转换模块的第二通信端相连。本发明实现了多用户宽带电力线通信中物理层信道的分配。解决了不同用户间的同频干扰和交调干扰的问题。使得宽带电力线通信真正具有可运营性。本发明可促进实现四网融合，并可扩展智能家居应用，具备极大的商业价值和性价比。<!--1-->
Description
技术领域
本发明涉及一种宽带接入用户端的信道分配方法，具体地指一种光纤电力宽带接入系统及该系统的信道分配方法。
技术背景
电力线通信（PLC，PowerLineCommunication）技术是一种利用电力线传输数据和媒体信号的通信方式。该技术是把载有信息的高频信号调制于电力线工频信号上，然后用接受信息的适配器把高频信号从工频信号中解调出来并传送给计算机、电话或电视，以实现信息传递。该技术最大的优势是不需要重新布线。它能在现有电力线上实现数据、语音和视频等多业务的承载，促进实现四网合一。终端用户只需要插上电源插头就可以实现因特网接入、电视频道节目接收、打电话或者可视电话等。
目前，对于电力线宽带接入多用户组网通信，一般采用宽带电力线通信技术，该技术的头端与多个用户端之间同时使用1.8～30MHz频段通信，这样会产生严重的同频和交调干扰，导致通信速率不能满足宽带通信的要求，使得宽带电力线通信的应用受到很大限制。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种光纤电力宽带接入系统及该系统的信道分配方法，该系统和方法利用接入系统的头端设备电力数据交换机或光纤载波模块，远程对多个用户端物理层信道使用权限进行配置，使各个用户端之间的通信信道从物理上分开,从而避免同频干扰的影响。所采用的信道分配方法使得同一用户所使用信道频点产生的交调干扰不会对其它用户产生影响，从而保证该接入系统的高可靠性、可管理性和可运营性。
为实现此目的，本发明所设计的光纤电力宽带接入系统，其特征在于，它包括多个光纤信号与电力线信号相互转换模块，与每个光纤信号与电力线信号相互转换模块的第一通信端连接的用户端设备，依次连接的服务器、光线路终端和光分配网络，所述光分配网络与多个光纤信号与电力线信号相互转换模块的第二通信端相连；
其中，所述服务器用于存储用户信道分配信息及对用户信息进行管理；
所述光线路终端用于实现服务器与光分配网络之间的网络连接；
所述光分配网络用于实现光线路终端与多个光纤信号与电力线信号相互转换模块之间的网络连接；
所述每个光纤信号与电力线信号相互转换模块用于实现光纤信号与电力线信号的相互转换，从而实现用户端设备与光分配网络之间的网络连接；
所述每个用户端设备在初始状态下从服务器获得用户信道分配信息，并按此用户信道分配信息对每个用户端设备分配信道，此后每个用户端设备依据上述用户端设备分配的信道通过上述网络与服务器之间进行数据通信。
所述光纤信号与电力线信号相互转换模块为光纤电力数据交换机，所述每个光纤电力数据交换机的第一通信端连接多个对应的用户端设备。
光纤信号与电力线信号相互转换模块为光纤载波模块，所述每个光纤载波模块的第一通信端连接一个对应的用户端设备。
所述用户端设备为光纤电力接入用户端。
一种针对上述光纤电力宽带接入系统的信道分配方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：在服务器中对HomePlugAV（HomePlugPowerLineAlliance组织下关于Audio和Vedio的标准）协议规定的正交频分复用调制（OFDM，OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）用物理层子信道逐一编号；
步骤2：将与光纤信号与电力线信号相互转换模块连接的所有用户端设备进行编号；
步骤3：用步骤1中每个物理层子信道的编号数除以步骤2中用户端设备的总个数得到一个余数，编号与上述余数相同的用户端设备拥有该余数对应物理层子信道的使用权，其它用户则不拥有对其的使用权；
步骤4：在服务器内根据步骤3中确定的各个用户端设备所对应的物理层子信道，建立对各个用户端设备分配物理层子信道的配置文件，并通过光线路终端、光分配网络和光纤信号与电力线信号相互转换模块将上述配置文件发送到各个用户端设备，每个用户端设备根据接收到的上述配置文件确定对应的物理层子信道使用权；
步骤5：所述每个用户端设备依次通过光纤信号与电力线信号相互转换模块、光分配网络和光线路终端连接到服务器进行通信，该通信过程中，每个用户端设备按照已分配的对应物理层子信道和光纤信号与电力线信号相互转换模块进行通信。
所述步骤1中在服务器中对HomePlugAV协议规定的物理层子信道依据频率从低到高依次编号。
所述步骤1中所述物理层子信道有1155个。
所述步骤2中的光纤信号与电力线信号相互转换模块为光纤电力数据交换机或光纤载波模块。
所述步骤4中，将所述配置文件发送到各个用户端设备中的具体方法为服务器依据各个用户端设备唯一标识的物理地址，依次根据编号的顺序将配置文件写入用户端设备。
本发明实现了多用户宽带电力线通信中物理层信道的分配。采用频分复用调制，使得不同用户使用的频段不同，从而避免了同频干扰；另外，所用的分配方法，使得用户所使用的不同频道信号间产生的交调干扰信号，落在了该用户自己所使用的频段内，从而不会对别的用户产生干扰。很好的解决了不同用户间的同频干扰和交调干扰的问题。使得宽带电力线通信真正具有可运营性。本发明在原三网融合（电信网、广播电视网、互联网）的基础上增加了电力网通信，从而实现了四网融合。并可扩展智能家居应用，具备极大的商业价值和性价比。
本发明利用接入系统的头端设备光纤电力数据交换机或光纤载波模块，远程对多个用户端物理层信道使用权限进行配置，使各个用户端之间的通信信道从物理上分开,从而避免同频干扰的影响。所采用的信道分配方法使得同一用户所使用信道频点产生的交调干扰不会对其它用户产生影响，从而保证其高可靠性、可管理性、可运营性。
说明书附图
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明实施例1的原理框图；
图3为本发明实施例2的原理框图；
图4为本发明中HomePlugAV协议中物理层子信道频谱分布示意图；
图5为本发明中多用户端设备信道分配示意图。
其中，1—服务器、2—光线路终端、3—光分配网络、4—光纤信号与电力线信号相互转换模块、4.1—光纤电力数据交换机、4.2—光纤载波模块、5—用户端设备。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1～3所述的光纤电力宽带接入系统，它包括多个光纤信号与电力线信号相互转换模块4，与每个光纤信号与电力线信号相互转换模块4的第一通信端连接的用户端设备5，依次连接的服务器1、光线路终端2和光分配网络3，所述光分配网络3与多个光纤信号与电力线信号相互转换模块4的第二通信端相连；
其中，所述服务器1用于存储用户信道分配信息及对用户信息进行管理；
所述光线路终端2用于实现服务器1与光分配网络3之间的网络连接；
所述光分配网络3用于实现光线路终端2与多个光纤信号与电力线信号相互转换模块4之间的网络连接；
所述每个光纤信号与电力线信号相互转换模块4用于实现光纤信号与电力线信号的相互转换，从而实现用户端设备5与光分配网络3之间的网络连接；
所述每个用户端设备5在初始状态下从服务器1获得用户信道分配信息，并按此用户信道分配信息对每个用户端设备5分配信道，此后每个用户端设备5依据上述用户端设备5分配的信道通过上述网络与服务器1之间进行数据通信。
上述技术方案中，所述光线路终端2（OLT，OpticalLineTerminal）和光分配网络3（ODN，opticaldistributionnode）组成光纤宽带网络。
实施例1：上述光纤信号与电力线信号相互转换模块4可以为光纤电力数据交换机4.1，每个光纤电力数据交换机4.1的第一通信端连接多个对应的用户端设备5。该用户端设备5为光纤电力接入用户端。
上述服务器1通过光纤宽带网络与光纤电力数据交换机4.1通信，将用户信道的分配信息传达到光纤电力数据交换机4.1，由光纤电力数据交换机4.1通过电力线对每个用户端设备5进行信道分配。本实例中，光分配网络3可输出32路光线路到32个光纤电力数据交换机4.1，光纤电力数据交换机4.1可将电力线信号同时耦合给6个、8个或12个用户端设备5。
实施例2：上述光纤信号与电力线信号相互转换模块4还可以为光纤载波模块4.2，每个光纤载波模块4.2的第一通信端连接一个对应的用户端设备5。该用户端设备5为光纤电力接入用户端。
上述服务器1通过光纤宽带网络与光纤载波模块4.2通信，将用户信道的分配信息传达到光纤载波模块4.2，由光纤载波模块4.2通过电力线对每个用户端设备5进行信道分配。本实例中，光纤载波模块4.2位于光纤电能表中，一般电表箱中可容纳8块光纤电能表，光分配网络3可将8路光线路输出到8个光纤载波模块，光纤载波模块4.2与用户端设备5一一对应。
一种针对上述光纤电力宽带接入系统的信道分配方法，它包括如下步骤：
步骤1：在服务器1中依据HomePlugAV协议的规定对正交频分复用调制所使用的1155个物理层子信道依据频率从低到高逐一编号为1、2、3……1155；
步骤2：将与光纤信号与电力线信号相互转换模块4连接的所有用户端设备5进行编号；所述用户端设备5的数量可为6个、8个或者12个，如一般为8个，依次编号为1到8，对应的服务器1建立8个用户端设备配置文件，分别用于存放物理层子信道配置数据；
步骤3：用步骤1中每个信道的编号数除以步骤2中用户端设备5的总个数得到一个余数，编号与上述余数相同的用户端设备5拥有该余数对应物理层子信道的使用权，其它用户则不拥有对其的使用权；通过采用上述信道分配方法，使得任意用户N拥有的任意两个相邻子信道等间距分布，即任意两个相邻信道间的差频相同，为一个固定值。而任意两个相邻信道产生的交调信号频率，等于上述差频的值与原子信道频率的和或差。因而交调信号的频率正好为用户N拥有的信号频点，使得上述方法能消除交调干扰；
步骤4：在服务器1内根据步骤3中确定的各个用户端设备5所对应的物理层子信道，建立对各个用户端设备5分配物理层子信道的配置文件，该配置文件的文件名为prescaler.txt，并通过光线路终端2、光分配网络3和光纤信号与电力线信号相互转换模块4将上述配置文件发送到各个用户端设备5，每个用户端设备5根据接收到的上述配置文件确定对应的物理层子信道使用权；这样实现了远程对多个用户端设备5的物理层子信道进行分配，使各个用户端设备5之间的通信信道从物理上分开，使得同一用户所使用信道频点产生的交调干扰不会对其它用户产生影响；
步骤5：所述每个用户端设备5依次通过光纤信号与电力线信号相互转换模块4、光分配网络3和光线路终端2连接到服务器1进行通信，该通信过程中，每个用户端设备5按照已分配的对应物理层子信道和光纤信号与电力线信号相互转换模块4进行通信。
上述技术方案的步骤4中，所述用户端设备5从电力线上接收配置文件，并解调配置文件，根据此配置文件来确定对应的物理层子信道使用权。
上述技术方案的步骤4中，将所述配置文件发送到各个用户端设备5中的具体方法为服务器1依据各个用户端设备5唯一标识的物理地址，依次对编号为1、2、3……8的用户端设备5写入上述配置文件。避免了电力线多用户端宽带接入中同频干扰和交调干扰的问题。
本发明解决同频干扰的原理为：采用频分复用，使得不同用户使用的频段不同，从而避免了同频干扰。
本发明解决交调干扰的原理为：用户所使用的不同频道信号间产生的交调干扰信号，落在了该用户自己所使用的频段内，从而不会对别的用户产生干扰。具体为，用户N使用的任意两频道的信号可表达为：
Vmcosωlt+Vmcosω2t
则它们产生的三阶交调信号表示为：
其中：
y3rd_im表示三阶交调信号；vm为原频道信号的幅度；ω1和ω2代表任意用户N的任意两个信道频率；t代表时域的自变量；a3是该交调分量的幅度系数，为常数。
产生新的交调信号频率分别有：
2ω2-ω1＝ω2+(ω2-ω1)、2ω1-ω2＝ω1-(ω2-ω1)
可知，对于用户N，新产生的交调干扰信号，刚好是各个子信道频率与上述两个子信道频率差频的和或差，刚好落在用户N所使用的另一个子信道频点上，因而新产生的三阶交调干扰信号都落在用户N所拥有的频段内，不会对其它用户造成干扰，解决了用户间交调干扰的问题。
说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (8)
1.一种光纤电力宽带接入系统的信道分配方法，所述光纤电力宽带接入系统包括多个光纤信号与电力线信号相互转换模块(4)，与每个光纤信号与电力线信号相互转换模块(4)的第一通信端连接的用户端设备(5)，依次连接的服务器(1)、光线路终端(2)和光分配网络(3)，所述光分配网络(3)与多个光纤信号与电力线信号相互转换模块(4)的第二通信端相连；
其中，所述服务器(1)用于存储用户信道分配信息及对用户信息进行管理；
所述光线路终端(2)用于实现服务器(1)与光分配网络(3)之间的网络连接；
所述光分配网络(3)用于实现光线路终端(2)与多个光纤信号与电力线信号相互转换模块(4)之间的网络连接；
所述每个光纤信号与电力线信号相互转换模块(4)用于实现光纤信号与电力线信号的相互转换，从而实现用户端设备(5)与光分配网络(3)之间的网络连接；
每个用户端设备(5)在初始状态下从服务器(1)获得用户信道分配信息，并按此用户信道分配信息对每个用户端设备(5)分配信道，此后每个用户端设备(5)依据上述用户端设备(5)分配的信道通过上述网络与服务器(1)之间进行数据通信；
其特征在于，信道分配方法包括如下步骤：
步骤1：在服务器(1)中对HomePlugAV协议规定的正交频分复用调制用物理层子信道逐一编号；
步骤2：将与光纤信号与电力线信号相互转换模块(4)连接的所有用户端设备(5)进行编号；
步骤3：用步骤1中每个物理层子信道的编号数除以步骤2中用户端设备(5)的总个数得到一个余数，编号与上述余数相同的用户端设备(5)拥有该余数对应物理层子信道的使用权，其它用户则不拥有对其的使用权；
步骤4：在服务器(1)内根据步骤3中确定的各个用户端设备(5)所对应的物理层子信道，建立对各个用户端设备(5)分配物理层子信道的配置文件，并通过光线路终端(2)、光分配网络(3)和光纤信号与电力线信号相互转换模块(4)将上述配置文件发送到各个用户端设备(5)，每个用户端设备(5)根据接收到的上述配置文件确定对应的物理层子信道使用权；
步骤5：每个用户端设备(5)依次通过光纤信号与电力线信号相互转换模块(4)、光分配网络(3)和光线路终端(2)连接到服务器(1)进行通信，该通信过程中，每个用户端设备(5)按照已分配的对应物理层子信道和光纤信号与电力线信号相互转换模块(4)进行通信。
2.根据权利要求1所述的光纤电力宽带接入系统的信道分配方法，其特征在于：所述光纤信号与电力线信号相互转换模块(4)为光纤电力数据交换机(4.1)，每个光纤电力数据交换机(4.1)的第一通信端连接多个对应的用户端设备(5)。
3.根据权利要求1所述的光纤电力宽带接入系统的信道分配方法，其特征在于：光纤信号与电力线信号相互转换模块(4)为光纤载波模块(4.2)，所述每个光纤载波模块(4.2)的第一通信端连接一个对应的用户端设备(5)。
4.根据权利要求1所述的光纤电力宽带接入系统的信道分配方法，其特征在于：所述用户端设备(5)为光纤电力接入用户端。
5.根据权利要求1所述的光纤电力宽带接入系统的信道分配方法，其特征在于：所述步骤1中在服务器(1)中对HomePlugAV协议规定的物理层子信道依据频率从低到高依次编号。
6.根据权利要求1所述的光纤电力宽带接入系统的信道分配方法，其特征在于：所述步骤1中所述物理层子信道有1155个。
7.根据权利要求1所述的光纤电力宽带接入系统的信道分配方法，其特征在于：所述步骤2中的光纤信号与电力线信号相互转换模块(4)为光纤电力数据交换机(4.1)或光纤载波模块(4.2)。
8.根据权利要求1所述的光纤电力宽带接入系统的信道分配方法，其特征在于：所述步骤4中，将所述配置文件发送到各个用户端设备(5)中的具体方法为服务器(1)依据各个用户端设备(5)唯一标识的物理地址，依次根据编号的顺序将配置文件写入用户端设备(5)。
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