CN108964715A - 降低电力线载波通信辐射干扰的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低电力线载波通信辐射干扰的方法。其包括：所有通信节点按照自身最大的发射功率进行通信，建立初始的通信网络拓扑；所述中心节点根据收集到的信噪比统计信息、每个通信节点的初始发射功率以及所述初始的通信网络拓扑建立初始路由表并下发；每个通信节点向自身的所有下一跳节点广播发射功率协商帧，下一跳节点收到所述功率协商帧后对接收信号进行信噪比测量，并将信噪比测量结果返回给发送节点；所述发送节点根据收到的信噪比测量结果调整自身发射功率的大小，按照调整后的发射功率进行通信。该降低电力线载波通信辐射干扰的方法能够在低成本的条件大大降低电力线载波通信辐射干扰，并且室内室外的环境下都可以应用该方法。
Description
技术领域
本发明是关于电力线载波通信领域，特别是关于一种降低电力线载波通信辐射干扰的方法。
背景技术
低压电力线宽带载波通信(PLC)是利用低压电力配电线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。
现有的电力线载波通信系统的频段包括低速窄带(30kHz-500kHz)和高速(1MHz-30MHz)通信，低压电力线载波发射功率频段限制在1MHz以下，低压电力线高速载波是建立在1MHz以上带宽的，低压电力线高速载波受外界电力网络发射功率小。低速窄带通信的基本频带在1MHz以下，容易产生电磁发射功率。
PLC系统电磁发射功率产生的机理：电力线最主要是用来传输电能的，其特性和结构也是按照输送电能的损失最小并保证安全可靠地传输低频(50Hz)电流来设计的，不具备电信网的对称性(构成回路的两根绝缘芯线对地是对称的)、均匀性，因而基本上不具备通信网所必须具备的通信线路信号匹配的电气特性。PLC系统所产生的电磁发射功率问题正是由于电力线的这种对地不对称性产生的。特别是在中波和短波的频段范围内，PLC系统容易产生传导波和辐射波，进而会形成电磁场。在更高的频率上，也可以像单极子天线一样辐射出电磁波。
电磁发射功率会对PLC自身通信以及对外界造成影响和发射功率，目前采取以下措施来减小PLC的电磁辐射：
1，充分利用或改善用于PLC的电力线的对称性。具体有两个办法：一是在线路两端安装低通滤波器。这种方法很有效，但成本较大。二是选择对称性好的导线，例如四芯电缆线。但此法不适用于室内网络。
2，扩频减小PLC信号的功率谱密度。由于PLC信号的辐射是在有限带宽内度量的，故而减小PLC信号的功率谱密度能有效降低辐射电平，同时也不影响总的发射功率，但是PLC系统扩频效率受电力线低通特性的限制。
3，通过正交频分复用调制技术控制载波频率，使系统回避无线电广播已经使用的某些频段，从而消除对这些频段的发射功率。但是由于短频频段在军用、民用无线电中密集应用，因此该方法对于短波频段很难避开。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低电力线载波通信辐射干扰的方法，其能够在低成本的条件大大降低电力线载波通信辐射干扰，并且室内室外的环境下都可以应用该方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种降低电力线载波通信辐射干扰的方法，其包括：所有通信节点按照自身最大的发射功率进行通信，每个通信节点收集自身和周围节点的接收信号的信噪比统计信息，广播上报给中心节点，建立初始的通信网络拓扑；所述中心节点根据收集到的信噪比统计信息、每个通信节点的初始发射功率以及所述初始的通信网络拓扑建立初始路由表，并将该初始路由表以广播方式下发给各个通信节点；根据该初始路由表中的信息，每个通信节点向自身的所有下一跳节点广播发射功率协商帧，其所有的下一跳节点收到所述功率协商帧后对接收信号进行信噪比测量，并将信噪比测量结果返回给发送该功率协商帧的通信节点；所述发送该功率协商帧的通信节点根据收到的信噪比测量结果调整自身发射功率的大小，按照调整后的发射功率进行通信。
在一优选的实施方式中，所述信噪比测量结果是通过对所述所有下一跳节点的信噪比测量值进行平均获得。
在一优选的实施方式中，所述发送该功率协商帧的通信节点根据收到的信噪比测量结果调整自身发射功率的大小，按照调整后的发射功率进行通信具体包括：所述发送该功率协商帧的通信节点根据收到的信噪比测量结果计算自身发射功率的调整值；将调整后的发射功率在所述初始路由表中进行更新；根据该更新后的路由表中的发射功率值进行通信。
在一优选的实施方式中，所述发送该功率协商帧的通信节点根据收到的信噪比测量结果计算自身发射功率的调整值包括：所述发送该功率协商帧的通信节点设定安全信噪比值为SNR1；通过对所述所有下一跳节点的信噪比测量值进行平均获得的信噪比测量结果记为SNR2，调整前的发射功率记为P0，则调整后的发射功率值P调＝P0-(SNR2-SNR1)。
在一优选的实施方式中，所述降低电力线载波通信辐射干扰的方法还包括：对发送报文的节点之间的链路的通信成功率进行统计，该统计数据作为下一次调整发射功率的依据。
在一优选的实施方式中，所述对发送报文的节点之间的链路的通信成功率进行统计包括：当发送报文的节点之间的链路的通信成功率下降时，重新调整所述发射功率值，并对调整发射功率值后的通信成功率信息再进行统计并上报给中心节点。
在一优选的实施方式中，所述降低电力线载波通信辐射干扰的方法还包括：所述中心节点根据上报的通信成功率信息对路由表进行维护。
与现有技术相比，根据本发明的降低电力线载波通信辐射干扰的方法是通过测量和反馈接收端的信号质量，动态自适应减小PLC信号的发射功率的方式来实现减少载波系统对外辐射干扰的目的。还通过建立含发射功率的通信节点路由表，定时自适应更新，以确保节点间通信在发射功率降低时能够正常进行通信，更是大大减低整网的对外辐射发射功率。相对于采用阻抗匹配、滤波等方法，本方法无须增加额外的元器件，实现成本低且不受应用空间限制。相对于扩频方案，本方法不受电力线低通特性的限制。相对于正交频分复用调制技术，不受短波频段的限制。另外，相对于现有技术还具有以下优点：该电力线载波通信减低辐射的方法可以精确分析信道损耗，掌握整个载波信道损耗情况，合理分配每个节点的发射功率，理论上可使整网在最小功耗下工作，同时功率路由分析结果可以作为网络优化和网络设备问题诊断的参考依据。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的降低电力线载波通信辐射干扰的方法的原理图；
图2是根据本发明一实施方式的降低电力线载波通信辐射干扰的方法的流程图；
图3是根据本发明一实施方式的初始通信网络拓扑。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
PLC系统在通信过程中，由于存在线路衰减的因素，一般采用恒定的发射功率以保证最大衰减的接收端能够正常接收信号，而在大量的衰减较小的接收端，信号幅度存在严重过剩。
基于上述思路，本发明提供了一种降低电力线载波通信辐射干扰的方法，通过测量接收端的信号质量并将信号质量测量结果反馈给发送端，在保证接收端正常接收的前提下，通过动态调整和降低发送端的发射功率，可以减少PLC系统对外的辐射干扰。本发明的原理如图1所示：发送节点发射功率信息，接受节点接受到后，跟实际接受信号进行比较，得到信道损耗，反馈给发送节点。发送节点按照信道损耗，减低发射功率继续发送，接受节点接受成功后，反馈建立成功信息给发送节点。
图2是根据本发明一实施方式的降低电力线载波通信辐射干扰的方法的流程图。该降低电力线载波通信辐射干扰的方法包括以下步骤S1-S7：
在S1中进行通信网络组网：所有通信节点按照最大的发射功率进行通信和组网，建立初始的通信网络拓扑关系，在本实施例中，该通信网络拓扑如图3所示，其中CC代表中心节点，STA代表终端节点，PC代表中继节点。并且通信节点收集自身和周围节点的接收信号信噪比统计信息并广播上报给中心节点CC0。
在S2中生成初始路由表：中心节点CC0根据收集到的拓扑关系和信噪比统计信息建立并下发初始路由表，初始路由表中的每个通信节点的信号发射功率项为100％，信噪比统计信息项按下一跳节点的实际测量结果填写，初始路由表生成后，以广播方式下发给各个通信节点。下表是初始路由表中的中继节点PC01的部分。
在S3中进行通信信号监听，评估发射功率值：在一实施方式中，具体包括：节点A按照初始路由表项广播发送N帧功率协商帧，N为1～100之间的正整数，功率协商帧含初始发射功率信息P0，所有下一跳节点的地址B1、B2、Bn的接收功率协商帧之间的间隔小于一经验时间T0；下一跳节点Bi收到功率协商帧后对接收信号进行信噪比测量。接收端收集一段时间，当在3*T0的时间间隔内没有再收到节点A的功率协商帧时，认为发送已结束，对所有接收的节点A的信噪比测量值平均得到平均信噪比测量值SNRBi，并向节点A发送测量结果帧作为应答，设定解调的安全信噪比值为SNRT，则节点A调整发射功率为PA-Bi＝P0-(SNRBi-(减去)SNRT)。
在S4中进行路由表维护更新：将节点调整后的发射功率PA-Bi在路由表中更新。更新后的PC01节点的路由表如下表所示。
在载波通信应用环境中，大部分都是比较复杂的组网情况，按照实施例PCO1的方法，得到每个节点间的发射功率路由信息，汇总形成台区内功率路由总表。
在S5中按路由表项调节发射功率值：当网络中有节点A到节点Bi的通信报文发送时，按照路由表中发射功率PA-Bi进行发送。
在另一实施方式中，对于步骤S4和S5还可以暂不进行路由表更新，而是直接按照调整后的发射功率进行通信。
优选地，在S6中进行通信成功率统计：节点对发送报文的节点之间链路通信成功率进行统计，统计数据作为下一次功率调节的依据。在一实施方式中，具体包括以下内容：
1，当节点A到节点Bi之间链路通信成功率下降时，按照步骤S3评估和调节发射功率值，此时，功率协商帧中只包含下一跳节点的地址Bi；
2当节点A调整到初始发射功率信息P0仍不能进行节点A到节点Bi的通信时，上报CC0该路由不能正常通信。
优选地，在S7中进行路由表修正：CC0节点根据网络上报的通信成功率信息对网络路由进行维护。由于载波通道不会长期稳定，会随着电线上负载的变化，信道损耗会有变化，因此设置定期更新功率路由表机制，定期更新路由信息，确保各个通信节点实时在线。
本发明是通过测量和反馈接收端的信号质量，动态自适应减小PLC信号的发射功率的方式来实现减少载波系统对外辐射干扰的目的。还通过建立含发射功率的通信节点路由表，定时自适应更新，以确保节点间通信在发射功率降低时能够正常进行通信，更是大大减低整网的对外辐射发射功率。该电力线载波通信减低辐射的方法可以精确分析信道损耗，掌握整个载波信道损耗情况，合理分配每个节点的发射功率，理论上可使整网在最小功耗下工作，同时功率路由分析结果可以作为网络优化和网络设备问题诊断的参考依据。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种降低电力线载波通信辐射干扰的方法，其特征在于，包括：
所有通信节点按照自身最大的发射功率进行通信，每个通信节点收集自身和周围节点的接收信号的信噪比统计信息，广播上报给中心节点，建立初始的通信网络拓扑；
所述中心节点根据收集到的信噪比统计信息、每个通信节点的初始发射功率以及所述初始的通信网络拓扑建立初始路由表，并将该初始路由表以广播方式下发给各个通信节点；
根据该初始路由表中的信息，每个通信节点向自身的所有下一跳节点广播发射功率协商帧，其所有的下一跳节点收到所述功率协商帧后对接收信号进行信噪比测量，并将信噪比测量结果返回给发送该功率协商帧的通信节点；以及
所述发送该功率协商帧的通信节点根据收到的信噪比测量结果调整自身发射功率的大小，按照调整后的发射功率进行通信。
2.如权利要求1所述的降低电力线载波通信辐射干扰的方法，其特征在于，所述信噪比测量结果是通过对所述所有下一跳节点的信噪比测量值进行平均获得。
3.如权利要求1所述的降低电力线载波通信辐射干扰的方法，其特征在于，所述发送该功率协商帧的通信节点根据收到的信噪比测量结果调整自身发射功率的大小，按照调整后的发射功率进行通信具体包括：
所述发送该功率协商帧的通信节点根据收到的信噪比测量结果计算自身发射功率的调整值；
将调整后的发射功率在所述初始路由表中进行更新；以及
根据该更新后的路由表中的发射功率值进行通信。
4.如权利要求2所述的降低电力线载波通信辐射干扰的方法，其特征在于，所述发送该功率协商帧的通信节点根据收到的信噪比测量结果计算自身发射功率的调整值包括：
所述发送该功率协商帧的通信节点设定安全信噪比值为SNR1；以及
通过对所述所有下一跳节点的信噪比测量值进行平均获得的信噪比测量结果记为SNR2，调整前的发射功率记为P0，则调整后的发射功率值P调＝P0-(SNR2-SNR1)。
5.如权利要求1所述的降低电力线载波通信辐射干扰的方法，其特征在于，所述降低电力线载波通信辐射干扰的方法还包括：
对发送报文的节点之间的链路的通信成功率进行统计，该统计数据作为下一次调整发射功率的依据。
6.如权利要求5所述的降低电力线载波通信辐射干扰的方法，其特征在于，所述对发送报文的节点之间的链路的通信成功率进行统计包括：
当发送报文的节点之间的链路的通信成功率下降时，重新调整所述发射功率值，并对调整发射功率值后的通信成功率信息再进行统计并上报给中心节点。
7.如权利要求6所述的降低电力线载波通信辐射干扰的方法，其特征在于，所述降低电力线载波通信辐射干扰的方法还包括：
所述中心节点根据上报的通信成功率信息对路由表进行维护。
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