CN107872248B - 一种电力线宽带载波通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力线宽带载波通信方法，能够提高通信的可靠性和可靠性。所述方法包括：将宽带载波通信频段分成若干个不同频段的子信道；检测电力线路上的干扰和噪声，对含有干扰和噪声的频段子信道进行统计；在干扰和噪声之和没有超过第一阈值的频段子信道上传输数据。本发明涉及载波通信领域。

Description

一种电力线宽带载波通信方法

技术领域

本发明涉及载波通信领域，特别是指一种电力线宽带载波通信方法。

背景技术

目前，在电力系统中，电能表、采集器和集中器之间通信主要包括：无线微功率通信、窄带载波通信。

无线微功率通信技术受天气、建筑物等障碍物的影响严重，传输信号可靠性差；窄带载波通信技术是在10kHz～500kHz频段内进行通信，在噪音和阻抗等方面有着无法规避的技术瓶颈，其抗干扰能力差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电力线宽带载波通信方法，以解决现有技术所存在的可靠性差、抗干扰能力差的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种电力线宽带载波通信方法，包括：

将宽带载波通信频段分成若干个不同频段的子信道；

检测电力线路上的干扰和噪声，对含有干扰和噪声的频段子信道进行统计；

在干扰和噪声之和没有超过第一阈值的频段子信道上传输数据。

进一步地，所述将宽带载波通信频段分成若干个不同频段的子信道包括：

利用正交频分复用技术，将宽带载波通信频段按照预先设置的频宽分成若干个不同频段的子信道。

进一步地，所述宽带载波通信频段为2MHz～12MHz的通信频段。

进一步地，所述干扰包括：自然界的干扰和人为因素干扰。

进一步地，所述在干扰和噪声之和没有超过第一阈值的频段子信道上传输数据包括：

基于确定的干扰和噪声之和没有超过第一阈值的频段子信道，组建网络，并为所述网络内的通信设备分配不同于其他网络的网络编号；

组建网络后，获取待传输的数据，在干扰和噪声之和没有超过第一阈值的频段子信道上传输所述待传输的数据。

进一步地，同一网络编号的范围确定为一个通信网络；

所述通信网络内的所有宽带载波通信模块之间相互识别，建立一套通讯链路，完成所述通信网络的组网。

进一步地，所述获取待传输的数据，在干扰和噪声之和没有超过第一阈值的频段子信道上传输所述待传输的数据包括：

获取待传输的数据，利用预设的加密算法对获取的待传输的数据进行加密，其中，预设的加密算法包括：AES、3DES、DES；

判断加密数据的字节数量是否大于第二阈值；

若是，则将大于第二阈值的加密数据分成若干段，其中，每段加密数据为数字信号；

将每段加密数据转换成模拟信号并通过耦合设备耦合到电力线路上，利用干扰和噪声之和没有超过第一阈值的频段子信道进行传输。

进一步地，在利用预设的加密算法对获取的待传输的数据进行加密之前，所述方法还包括：

对获取的待传输的数据加入帧头、校验位和帧尾，得到数据帧。

进一步地，所述方法还包括：

接收电力线路上的模拟信号，将模拟信号转换成数字信号，对转换得到的数字信号进行解析，其中，所述解析包括：解密处理、循环冗余校验和前向纠错校验；

若循环冗余校验错误、前向纠错校验错误或模拟信号中的目标设备地址编号与当前设备地址编号不匹配，则丢弃接收到的模拟信号，并记录。

进一步地，所述方法还包括：

若循环冗余校验和前向纠错校验都正确，且模拟信号中的目标设备地址编号与当前设备地址编号匹配，则将接收到模拟数据发送出去。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，将宽带载波通信频段分成若干个不同频段的子信道；检测电力线路上的干扰和噪声，对含有干扰和噪声的频段子信道进行统计；在干扰和噪声之和没有超过第一阈值的频段子信道上传输数据，能够降低传输过程中的干扰和噪声，提高通信的可靠性和可靠性，以便监测单位可以更有效地、全方位地对用电系统进行采集、统计、分析和评定，实时掌握线路以及用户的用电情况，避免电力设备过载和电能质量恶化等不良甚至极端情况的出现。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电力线宽带载波通信方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的通信频段示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的可靠性差、抗干扰能力差的问题，提供一种电力线宽带载波通信方法。

如图1所示，本发明实施例提供的电力线宽带载波通信方法，包括：

S101，将宽带载波通信频段分成若干个不同频段的子信道；

S102，检测电力线路上的干扰和噪声，对含有干扰和噪声的频段子信道进行统计；

S103，在干扰和噪声之和没有超过第一阈值的频段子信道上传输数据。

本发明实施例所述的电力线宽带载波通信方法，将宽带载波通信频段分成若干个不同频段的子信道；检测电力线路上的干扰和噪声，对含有干扰和噪声的频段子信道进行统计；在干扰和噪声之和没有超过第一阈值的频段子信道上传输数据，能够降低传输过程中的干扰和噪声，提高通信的可靠性和可靠性，以便监测单位可以更有效地、全方位地对用电系统进行采集、统计、分析和评定，实时掌握线路以及用户的用电情况，避免电力设备过载和电能质量恶化等不良甚至极端情况的出现。

为了实现本发明实施例所述的电力线宽带载波通信方法，还需要相应的宽带载波通信模块，所述宽带载波通信模块的工作流程可以包括：

第一步：宽带载波通信模块上电自检，如果没有软件和硬件问题则正常启动；

第二步：在宽带载波通信模块正常启动的基础上，宽带载波通信模块之间进行响应，通过握手机制建立底层链接；

第三步：在底层链接建立的基础上，利用正交频分复用技术(OFDM)，将宽带载波通信频段按照预先设置的频宽分成若干个不同频段的子信道，其中，子信道是用于并行传输数据/信号的；如图2所示，所述宽带载波通信频段为2MHz～12MHz的通信频段。

本实施例中，采用OFDM技术，将宽带载波通信频段分成若干个不同频段的子信道，子信道自适应支持二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、8QAM、16QAM、64QAM，其中，QAM表示正交振幅调制。OFDM技术是将信道分成若干频域内正交子信道，将高速信号转换成并行的子信号流，调制到在每个子信道上进行并行传输，根据子信道上产生的谐波干扰做出自动调整，通过在接收端采用相关技术调制分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰(ISI)。

第四步：宽带载波通信模块检测电力线路上的干扰和噪声，对含有干扰和噪音的频段子信道进行统计，得出干扰和噪音超过预设的第一阈值的频段子信道，所述干扰包括但不限于：自然界的干扰(比如，打雷等)和人为因素干扰(比如，电力线路上用电器件产生的励磁和脉冲干扰等)；

第五步：基于第四步，在选择频段子信道传输数据的时候，自适应规避干扰和噪声超过第一阈值的频段子信道，选择干扰和噪声之和没有超过第一阈值的频段子信道作为可以用于正常通信的频段子信道来传输数据；

第六步：基于选定的可以用于正常通信的频段子信道，自动快速组网；在新组建一个网络的时候，为所述网络内的通信设备分配不同于其他网络的网络编号，号，在动态协调过程中，保证电网信道的独立与互不干扰；例如，不同台区以及网络之间的网络编号互不相同，从而规避了相互冲突和干扰。同一网络编号的范围确定为一个通信网络，在该通信网络内的所有宽带载波通信模块、通信设备之间相互识别，建立一套完整稳定的通讯链路并记录通信信息(例如，设备地址编号等)，完成整个通信网络的组网。

第七步：在组网成功后，获取待传输的数据，采用利用预设的加密算法(例如，AES、3DES、DES三重加密算法)，对数据进行加密，判断加密数据的字节数量是否大于预设的第二阈值，若是，则将大于第二阈值的加密数据分成若干段分别进行传输，其中，每段加密数据为数字信号；将每段加密数据转换成模拟信号并通过耦合设备耦合到电力线路上，利用干扰和噪声之和没有超过第一阈值的频段子信道进行传输。

本实施例中，通过耦合设备将模拟信号耦合到电力线路上，隔离设计体现产品设计上充分考虑了硬件的防护性能，使得宽带载波通信模块能够在谐波和脉冲干扰的环境下正常稳定地运行。

本实施例中，在采用利用预设的加密算法，对数据进行加密之前，所述方法还包括：对获取的待传输的数据进行打包，包括加入帧头、校验位和帧尾，得到数据帧。

本实施例中，通信帧结构采取高可靠性和高稳定性设计，适用于复杂的电力线路。宽带载波的通信基础是现在主流应用的TCP/IP网络技术，物理层(PHY)、介质访问控制层(MAC)、适配层(ADP)、网络层(NET)、应用层(APP)等，各层的完整性和稳定性保证了数据传输的可靠性。

第八步：接收到电力线路上的模拟信号，将模拟信号转换成数字信号，对转换得到的数字信号进行解析，其中，所述解析包括：解密处理、循环冗余校验(CRC)、前向纠错校验(FEC)、分析帧头和帧尾等，如果发现循环冗余校验错误、前向纠错校验错误或模拟信号中的目标设备地址编号与当前设备地址编号不匹配，则认为接收到的模拟信号有误丢弃不用，并记录传输失败的数据，对该些数据重新组成数据帧，并重新传输；如果循环冗余校验和前向纠错校验都正确，且模拟信号中的目标设备地址编号与当前设备地址编号匹配，则将接收到模拟数据发送出去。

本实施例中，采用CRC和FEC等校验设计，保证了数据传输的准确性。FEC是指在发送的时候对信源信息进行一定形式的编码(例如，BCH编码、R-S编码)，然后用新的编码流进行传输，在接收到的时候再进行解码与纠错，以此获得增益从而增加系统的传输距离。CRC是数据通信领域中一种常用而且有效的校验码，通过对照校验位字节与实际报文从而判断该帧数据是否传送正常。

本实施例中，在电力系统中，安装在计量采集设备(例如，电能表、采集器、集中器等)上的宽带载波通信模块互相收发数据，而且数据相互收发是实时的，无所谓接收端和发送端之分。

本实施例中，采用AES、3DES、DES三重加密算法，提高了数据传输的安全性；根据电力线路的负载特性，采用数据分段、重组和重传机制，提高信息数据传输的稳定性和准确率；本实施例所述的电力线宽带载波通信方法，能够自动完成中继功能，最大可拓展为15级中继。

本实施例所述的电力线宽带载波通信方法自适应于2MHz～12MHz通信频段，其拥有强大的稳定性和纠错能力，可以大幅提高电力系统统一化管理水平和提升电力用电服务质量，并且在多台变信号抗串扰等方面有着优异表现。

本实施例所述的电力线宽带载波通信方法，可以为用电信息采集系统提供安全、稳定、双向和高速的数据通信通道，为电量信息实时高速采集和数据应用传输提供了可靠保证，使系统中的采集器、集中器和电表等计量采集设备在用户和监测单位之间组成可以即时互动的网络，可以使监控单位能够更好地根据上传的数据、事件和信息对设备故障和用电分布等做出准确判断和把控，以便监测单位实时掌握线路以及用户的用电情况，避免电力设备过载和电能质量恶化等不良甚至极端情况的出现。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电力线宽带载波通信方法，其特征在于，包括：

将宽带载波通信频段分成若干个不同频段的子信道；

检测电力线路上的干扰和噪声，对含有干扰和噪声的频段子信道进行统计；

在干扰和噪声之和没有超过第一阈值的频段子信道上传输数据；

所述在干扰和噪声之和没有超过第一阈值的频段子信道上传输数据包括：

基于确定的干扰和噪声之和没有超过第一阈值的频段子信道，组建网络，并为所述网络内的通信设备分配不同于其他网络的网络编号；

组建网络后，获取待传输的数据，在干扰和噪声之和没有超过第一阈值的频段子信道上传输所述待传输的数据；

同一网络编号的范围确定为一个通信网络；

所述通信网络内的所有宽带载波通信模块之间相互识别，建立一套通讯链路，完成所述通信网络的组网；

所述获取待传输的数据，在干扰和噪声之和没有超过第一阈值的频段子信道上传输所述待传输的数据包括：

获取待传输的数据，利用预设的加密算法对获取的待传输的数据进行加密，其中，预设的加密算法包括：AES、3DES、DES；

判断加密数据的字节数量是否大于第二阈值；

若是，则将大于第二阈值的加密数据分成若干段，其中，每段加密数据为数字信号；

将每段加密数据转换成模拟信号并通过耦合设备耦合到电力线路上，利用干扰和噪声之和没有超过第一阈值的频段子信道进行传输。

2.根据权利要求1所述的电力线宽带载波通信方法，其特征在于，所述将宽带载波通信频段分成若干个不同频段的子信道包括：

利用正交频分复用技术，将宽带载波通信频段按照预先设置的频宽分成若干个不同频段的子信道。

3.根据权利要求1或2所述的电力线宽带载波通信方法，其特征在于，所述宽带载波通信频段为2MHz～12MHz的通信频段。

4.根据权利要求1所述的电力线宽带载波通信方法，其特征在于，所述干扰包括：自然界的干扰和人为因素干扰。

5.根据权利要求1所述的电力线宽带载波通信方法，其特征在于，在利用预设的加密算法对获取的待传输的数据进行加密之前，所述方法还包括：

对获取的待传输的数据加入帧头、校验位和帧尾，得到数据帧。

6.根据权利要求5所述的电力线宽带载波通信方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收电力线路上的模拟信号，将模拟信号转换成数字信号，对转换得到的数字信号进行解析，其中，所述解析包括：解密处理、循环冗余校验和前向纠错校验；

若循环冗余校验错误、前向纠错校验错误或模拟信号中的目标设备地址编号与当前设备地址编号不匹配，则丢弃接收到的模拟信号，并记录。

7.根据权利要求6所述的电力线宽带载波通信方法，其特征在于，所述方法还包括：

若循环冗余校验和前向纠错校验都正确，且模拟信号中的目标设备地址编号与当前设备地址编号匹配，则将接收到模拟数据发送出去。

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