CN108418621B - 无线中继器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线中继器，应用于电力系统中位于地上的主站与位于地下的终端设备之间的通信，所述无线中继器包括：第一通信端，位于地上，与所述主站通信连接；第二通信端，位于地下，与所述终端设备通信连接；其中，所述第一通信端与所述第二通信端之间采用LoRa制式的通信信号进行无线通信连接。通过使用LoRa制式的通信信号将位于地上的第一通信端和位于地下的第二通信信号进行无线连接，不再需要通信电缆，节省了布线成本。并且，LoRa制式的通信信号实现了第一通信端与第二通信端之间的远距离信号传输；另一方面，由于LoRa制式的通信信号支持多种正交扩频因子，可明显提高整个网络的系统容量，同时支持跳频抗干扰通信能力。

Description

无线中继器
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是涉及一种无线中继器。
背景技术
随着互联网的不断发展，基于互联网的物联网也得到越来越快的发展。在电力系统中，由于集中器、配变监测计量终端和负荷管理终端等终端设备安装在地下室中；而另一方面，主站却一般安装在地上，并且距离终端较远，这就使得主站与终端设备之间的通信较为困难。
在传统的技术方案中，一般是从主站处引出通信电缆并连接至终端设备以解决主站与终端设备之间的通信问题，但是这种方式受到地形、传输距离等的约束而存在安装不方便的问题，并且也需要较大的布线成本。
发明内容
基于此，有必要提供一种无线中继器，以解决主站与终端设备之间的通信问题。
一种无线中继器，用于实现电力系统中位于地上的主站与位于地下的终端设备之间的通信，所述无线中继器包括：
第一通信端，位于地上，与所述主站通信连接；
第二通信端，位于地下，与所述终端设备通信连接；
其中，所述第一通信端与所述第二通信端之间采用LoRa制式的通信信号进行无线通信连接。
在其中一个实施例中，所述第一通信端包括通信连接的第一信号收发装置和第二信号收发装置；所述第二通信端包括通信连接的第三信号收发装置和第四信号收发装置；
所述主站与所述第一信号收发装置通信连接；
所述终端设备与所述第四信号收发装置通信连接；
其中，所述第二信号收发装置与所述第三信号收发装置之间采用LoRa制式的通信信号进行交互式无线通信连接。
在其中一个实施例中，所述第一通信端还包括第一格式转换装置，所述第二通信端还包括第二格式转换装置；所述第一信号收发装置通过所述第一格式转换装置与所述第二信号收发装置通信连接，所述第三信号收发装置通过所述第二格式转换装置与所述第四信号收发装置通信连接；
其中，所述第一格式转换装置用于将所述第一信号收发装置从所述主站接收的第一制式的通信信号转换为LoRa制式的通信信号，并经所述第二信号收发装置输出；
所述第二格式转换装置用于将LoRa制式的通信信号转换为第二制式的通信信号，并经所述第四信号收发装置输出。
在其中一个实施例中，所述第二格式转换装置还用于将所述终端设备发送的第二制式的通信信号转换为LoRa制式的通信信号，并经所述第三信号收发装置输出；
所述第一格式转换装置还用于将LoRa制式的通信信号转换为第一制式的通信信号，并经所述第一信号收发装置输出。
在其中一个实施例中，所述第一通信端还包括第一信号放大装置，所述主站通过所述第一信号放大装置与所述第一信号收发装置通信连接。
在其中一个实施例中，所述第一通信端还包括第一信号滤波装置，所述主站通过所述第一信号滤波装置与所述第一信号收发装置通信连接。
在其中一个实施例中，所述第二通信端还包括第二信号放大装置，所述终端设备通过所述第二信号放大装置与所述第四信号收发装置通信连接。
在其中一个实施例中，所述第二通信端还包括第二信号滤波装置，所述终端设备通过所述第二信号滤波装置与所述第四信号收发装置通信连接。
在其中一个实施例中，所述终端设备包括第一电源，所述第一电源用于向所述第二通信端供电；所述无线中继器还包括：
独立供电装置，位于地上，用于向所述第一通信端供电。
在其中一个实施例中，所述独立供电装置包括：主电源、后备电源、供电切换装置和监控装置；所述主电源和所述后备电源分别通过所述供电切换装置向所述第一通信端供电；
其中，所述监控装置分别与所述主电源、所述后备电源及所述供电切换装置连接，用于实时采集所述主电源的供电参数和所述后备电源的供电参数，并根据所述供电参数触发所述供电切换装置进行所述主电源供电与所述后备电源供电之间的切换。
上述实施例中的无线中继器，通过使用LoRa制式的通信信号将位于地上的第一通信端和位于地下的第二通信信号进行无线连接，不再需要通信电缆，节省了布线成本。并且，LoRa制式的通信信号实现了第一通信端与第二通信端之间的远距离信号传输；另一方面，由于LoRa制式的通信信号支持多种正交扩频因子，可明显提高整个网络的系统容量，同时支持跳频抗干扰通信能力。
附图说明
图1为一个实施例中无线中继器的结构示意图；
图2为图1中第一通信端与第二通信端的结构示意图；
图3为另一个实施例中无线中继器的结构示意图；
图4为另一实施例中的无线中继器；
图5为另一实施例中的无线中继器；
图6为另一实施例中的无线中继器；
图7为另一实施例中的无线中继器；
图8为另一实施例中的无线中继器；
图9为图8中独立供电装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为一个实施例中无线中继器的结构示意图。如图1所示，本实施例提供一种无线中继器，该无线中继器应用于电力系统中位于地上的主站10与位于地下的终端设备13之间的通信，该主站可以为具有信号发射功能的服务器，用于采集电力信号如电网负载状态；该终端设备可以为集中器、配变监测计量终端和负荷管理终端等电力信号处理设备。进一步地，该无线中继器可以包括位于地上的第一通信端11和位于地下的第二通信端12。其中，第一通信端11可以与主站10通信连接，第二通信端12可以与终端设备13通信连接，并且，第一通信端11和第二通信端12之间可以采用LoRa制式的通信信号进行无线通信连接。
具体地，主站10可以通过信号发射天线等装置进行信号的发射，该信号的制式可以为GPRS、CDMA、4G等制式中的至少一种。进一步地，与主站10一同位于地上的第一通信端11可以接收由主站10发送的通信信号，并将该通信信号转换为LoRa(Long Range,简称LoRa)制式。位于地下的第二通信端12可以通过无线的方式接收第一通信端11发出的LoRa制式的通信信号，并将该信号发送给终端设备13。
在上述实施例中，通过使用LoRa制式的通信信号将位于地上的第一通信端和位于地下的第二通信端进行无线连接，不再需要通信电缆。相对第一通信端与第二通信端之间采用有线方式进行连接的传统技术方案而言，节省了布线成本，也解决了有线连接方式中受地形影响带来的安装不方便的问题。并且，传统的载波中继器由于需要借助电力线传输信号，故而存在谐波干扰等问题，而上述实施例中的第一通信端与第二通信端是采用LoRa制式的通信信号进行无线通信连接，大大减小了谐波干扰等问题的出现。不仅如此，相对于Zigbee、蓝牙等无线通信技术而言，LoRa制式的通信信号能够携带更大的数据量，也拥有更长的传输距离。
传统的2G/4G无线通信技术则具有网络覆盖有盲点以及功耗高等缺陷，而LoRa制式的通信信号能在环境噪声中获取微弱的有效信号，这就使得第一通信端与第二通信端之间的整体链路预算高150dB，即使采用+20dBm输出的情况下，也可以获得8-15km的可视通信距离，实现了第一通信端与第二通信端之间的远距离信号传输；另一方面，由于LoRa制式的通信信号支持多种正交扩频因子，可明显提高整个网络的系统容量，同时支持跳频抗干扰通信能力；并且，采用LoRa制式的通信信号进行通信连接的第一通信端与第二通信端具有功耗低的特点，无论是处于信号接收模式还是发射模式，功耗均普遍低于200mA。
图2为图1中第一通信端与第二通信端的结构示意图。如图2所示，在一些实施例中，第一通信端11可以进一步包括第一信号收发装置111、第一格式转换装置112和第二信号收发装置113；第二通信端可以进一步包括第三信号收发装置121、第二格式转换装置122和第四信号收发装置123。其中，主站10与第一信号收发装置111通信连接；第一信号收发装置111、第一格式转换装置112和第二信号收发装置113可以顺序依次通信连接；第三信号收发装置121、第二格式转换装置122和第四信号收发装置123可以顺序依次通信连接；第四信号收发装置123与终端设备13通信连接。
具体地，主站10可以将具有第一制式的通信信号传输至第一信号收发装置111，第一信号收发装置111在接收到该具有第一制式的通信信号后可以将该信号发送至第一格式转换装置112，由第一格式转换装置112将该通信信号转换为LoRa制式，并经由第二信号收发装置113无线传输至第三信号收发装置121。进一步地，第二格式转换装置122可以经由第三信号收发装置121接收该LoRa制式的通信信号，并将该LoRa制式的通信信号转换为终端设备13可识别的信号(也即第二制式的通信信号)。进一步地，终端设备13可以经由第四信号收发装置123接收转换后的通信信号。
另一方面，终端设备13也可以向主站10上传数据。此时，第二格式转换装置122可以经由第四信号收发装置123，接收来自终端设备13发送的具有第二制式的通信信号。并由第二格式转换装置122将该具有第二制式的通信信号转换为LoRa制式。进一步地，LoRa制式的通信信号可以经由第三信号收发装置121无线传输至第二信号收发装置113。随后，与第二信号收发装置113相连接的第一格式转换装置112可以将LoRa制式的通信信号转换为主站10能够识别的信号格式(也即第一制式的通信信号)，并经由第一信号收发装置111发送至主站10。
基于上述实施例中的无线中继器，图3为另一个实施例中无线中继器的结构示意图。如图3所示，在一些实施例中，第一信号收发装置111可以进一步包括第一信号收发单元1111和第二信号收发单元1112；第二信号收发装置113可以进一步包括第三信号收发单元1131和第四信号收发单元1132；第三信号收发装置121可以进一步包括第五信号收发单元1211和第六信号收发单元1212；第四信号收发装置123可以进一步包括第七信号收发单元1231和第八信号收发单元1232。
其中，主站10可以与第一信号收发单元1111通信连接；第一信号收发单元1111、第一格式转换装置112、第三信号收发单元1131、第五信号收发单元1211、第二格式转换装置122和第七信号收发单元1231可以顺序依次通信连接；第七信号收发单元1231可以与终端设备13通信连接。另一方面，终端设备13可以与第八信号收发单元1232通信连接，第八信号收发单元1232、第六信号收发单元1212、第四信号收发单元1132、第二信号收发单元1112可以依次顺序通信连接；第二信号收发单元1112可以与主站10通信连接。
具体地，在主站10向终端设备13传输数据时，主站10可以将具有第一制式的通信信号经由第一信号收发单元1111传输至第一格式转换装置112。第一格式转换装置112可以将该第一制式的通信信号转换为LoRa制式，并经由位于地上的第三信号收发单元1131无线传输至位于地下的第五信号收发单元1211。进一步地，第二格式转换装置122可以接收第五信号收发单元1211发送的LoRa制式的通信信号并将该信号转换为第二制式，并进一步经由第七信号收发单元1231传输至终端设备13。
另一方面，终端设备13也可以向主站10上传数据。此时，来自终端设备13的具有第二制式的通信信号可以经由第八信号收发单元1232传输至第二格式转换装置122，并由第二格式转换装置122将该第二制式的通信信号转换为LoRa制式。位于地下的第六信号收发单元1212可以将该LoRa制式的通信信号无线传输至位于地上的第四信号收发单元1132。进一步地，第一格式转换装置112可以接收来自第四信号收发单元1132的LoRa制式的通信信号，并将该信号转换为主站能够识别的其他制式(也即第一制式)的通信信号。进一步地，第二信号收发单元1112可以将转换后的通信信号发送至主站10。
基于上述实施例中的无线中继器，本实施例提供另一种无线中继器，图4为另一实施例中的无线中继器，该无线中继器还可以包括第一信号放大装置40；主站10可以通过第一信号放大装置40与第一通信端11连接。本实施例以第一信号放大装置40设置于主站10和信号收发装置111之间，并分别与主站10和第一信号收发装置111通信连接进行详细说明。
具体地，主站10发送的通信信号可以在第一信号放大装置40中进行信号放大处理，使得该信号具有更强的抗干扰能力和远距离传输能力，从而使得距离主站10较远的第一信号收发装置111能够更容易地接收来自主站10的通信信号。
基于上述实施例中的无线中继器，本实施例提供另一种无线中继器，图5为另一实施例中的无线中继器，该无线中继器还可以包括第一信号滤波装置50，主站10可以通过第一信号滤波装置50与第一通信端11连接。本实施例以第一信号滤波装置50设置在主站10和第一信号收发装置111之间，并分别与主站10和第一信号收发装置111通信连接进行详细说明。
具体地，主站10发送的通信信号可以先经由第一信号滤波装置50进行信号滤波处理之后再传输至第一信号收发装置111，使得通信信号在传输过程中不易受到空间电磁干扰。
本领域技术人员可以理解，在一些实施例中，无线中继器也可以同时包括第一信号放大装置40和第一信号滤波装置50，且主站10可以依次通过第一信号滤波装置50和第一信号放大装置40，与第一收发装置111连接，以使得第一信号滤波装置50可以先对通信信号进行过滤，再通过第一信号放大装置40对信号进行放大。
基于上述实施例中的无线中继器，本实施例提供另一种无线中继器，图6为另一实施例中的无线中继器，该无线中继器还可以包括第二信号放大装置60，终端设备13可以通过第二信号放大装置60与第二通信端12连接。本实施例以第二信号放大装置60设置在终端设备13和第四信号收发装置113之间，并分别与终端设备13和第四信号收发装置113通信连接进行详细说明。
具体地，终端设备13发送的通信信号可以在第二信号放大装置60中进行信号放大处理后，再发送至主站10，从而使得主站10与终端设备13之间的通信更为稳定。
图7为另一实施例中的无线中继器，如图7所示，在其他实施例中，无线中继器还可以包括第二信号滤波装置70，终端设备13可以通过第二信号滤波装置70与第二通信端12连接。本实施例以第二信号滤波装置70设置在终端设备13和第四信号收发装置113之间，并分别与终端设备13和第四信号收发装置113通信连接进行详细说明。
具体地，终端设备13发送的通信信号可以先经由第二信号滤波装置70进行信号滤波处理之后再传输至主站10，由此可以消除终端设备带来的空间电磁干扰。
本领域技术人员可以理解，在一些实施例中，无线中继器也可以同时包括第二信号放大装置60和第二信号滤波装置70，且终端设备13可以依次通过第二信号滤波装置70和第二信号放大装置60，与第四信号收发装置113连接，以使得第二信号滤波装置70可以先对通信信号进行过滤，再通过第二信号放大装置60对信号进行放大。
基于上述实施例中的无线中继器，本实施例提供另一种无线中继器，图8为另一实施例中的无线中继器，该无线中继器还可以包括第一电源(图中未示出)和独立供电装置80，其中，该第一电源可以内置在终端设备13中，并向终端设备13以及第二通信端12供电。独立供电装置80可以设置在地面上，用于向第一通信端11供电。
图9为图8中独立供电装置的结构示意图。如图9所示，在一些实施例中，独立供电装置80可以包括供电切换装置801、主电源802、后备电源803和监控装置804。其中，主电源802可以通过供电切换装置801与第一通信端11连接，后备电源803可以通过供电切换装置801与第一通信端11连接。
具体地，监控装置804可以实时监测主电源802输出的电信号(如输出电流、电压等)的大小。监控装置801中可以预设有对应该电信号的电信号阈值，并在主电源802输出的电信号大小超出该阈值时，判断主电源802处于故障状态。进一步地，监控装置801可以触发供电切换电路804将主电源802与第一通信端11之间的链路断开(也即停止使用主电源802向第一通信端11供电)，并进一步触发供电切换电路804控制后备电源803与第一通信端11电连接，以使得后备电源803向第一通信端11供电。在其他实施例中，监控装置801还可以包括警报器(图中未示出)，当主电源802发生故障时可以启动警报器以提醒用户。警报方式可以是通过警报灯、警报铃或远程向用户发送报警信息等方式，本实施例对此不做限制。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种无线中继器，用于实现电力系统中位于地上的主站与位于地下的终端设备之间的通信，其特征在于，所述无线中继器包括：
第一通信端，位于地上，与所述主站通信连接；所述第一通信端包括通信连接的第一信号收发装置和第二信号收发装置；所述主站与所述第一信号收发装置通信连接；
第二通信端，位于地下，与所述终端设备通信连接；所述第二通信端包括通信连接的第三信号收发装置和第四信号收发装置；所述终端设备与所述第四信号收发装置通信连接；
其中，所述第一通信端与所述第二通信端之间采用LoRa制式的通信信号进行无线通信连接；所述第二信号收发装置与所述第三信号收发装置之间采用LoRa制式的通信信号进行交互式无线通信连接。
2.根据权利要求1所述的无线中继器，其特征在于，所述第一通信端还包括第一格式转换装置，所述第二通信端还包括第二格式转换装置；所述第一信号收发装置通过所述第一格式转换装置与所述第二信号收发装置通信连接，所述第三信号收发装置通过所述第二格式转换装置与所述第四信号收发装置通信连接；
其中，所述第一格式转换装置用于将所述第一信号收发装置从所述主站接收的第一制式的通信信号转换为LoRa制式的通信信号，并经所述第二信号收发装置输出；
所述第二格式转换装置用于将LoRa制式的通信信号转换为第二制式的通信信号，并经所述第四信号收发装置输出。
3.根据权利要求2所述的无线中继器，其特征在于，所述第一信号收发装置包括第一信号收发单元和第二信号收发单元；
所述第二信号收发装置包括第三信号收发单元和第四信号收发单元；
所述第三信号收发装置包括第五信号收发单元和第六信号收发单元；
所述第四信号收发装置包括第七信号收发单元和第八信号收发单元；
其中，所述主站与所述第一信号收发单元通信连接；所述第一信号收发单元、所述第一格式转换装置、所述第三信号收发单元、所述第五信号收发单元、所述第二格式转换装置和所述第七信号收发单元顺序依次通信连接；所述第七信号收发单元与所述终端设备通信连接；所述终端设备与所述第八信号收发单元通信连接，所述第八信号收发单元、所述第六信号收发单元、所述第四信号收发单元、所述第二信号收发单元依次顺序通信连接；所述第二信号收发单元与所述主站通信连接。
4.根据权利要求2所述的无线中继器，其特征在于，所述第二格式转换装置还用于将所述终端设备发送的第二制式的通信信号转换为LoRa制式的通信信号，并经所述第三信号收发装置输出；
所述第一格式转换装置还用于将LoRa制式的通信信号转换为第一制式的通信信号，并经所述第一信号收发装置输出。
5.根据权利要求2所述的无线中继器，其特征在于，所述无线中继器还包括第一信号放大装置，所述主站通过所述第一信号放大装置与所述第一通信端通信连接。
6.根据权利要求2所述的无线中继器，其特征在于，所述无线中继器还包括第一信号滤波装置，所述主站通过所述第一信号滤波装置与所述第一通信端通信连接。
7.根据权利要求1所述的无线中继器，其特征在于，所述无线中继器还包括第二信号放大装置，所述终端设备通过所述第二信号放大装置与所述第二通信端通信连接。
8.根据权利要求1所述的无线中继器，其特征在于，所述无线中继器还包括第二信号滤波装置，所述终端设备通过所述第二信号滤波装置与所述第二通信端通信连接。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的无线中继器，其特征在于，所述终端设备包括第一电源，所述第一电源用于向所述第二通信端供电；所述无线中继器还包括：
独立供电装置，位于地上，用于向所述第一通信端供电。
10.根据权利要求9所述的无线中继器，其特征在于，所述独立供电装置包括：主电源、后备电源、供电切换装置和监控装置；所述主电源和所述后备电源分别通过所述供电切换装置向所述第一通信端供电；
其中，所述监控装置分别与所述主电源、所述后备电源及所述供电切换装置连接，用于实时采集所述主电源的供电参数，并根据所述供电参数触发所述供电切换装置，使所述主电源供电切换为所述后备电源供电。
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