CN109104218A - 一种电能表的电力线载波通信信道优化方法 - Google Patents

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Abstract

一种电能表的电力线载波通信信道优化方法，建立网状电力线网络；构建模块的参数，并初始化；选取链路层邻居节点间的帧错误率不为零的链路；选取链路物理层变量中接收信号强度大于第一预设值和信噪比平均值小于第二预设值的链路，作为弱链路；判断弱链路数是否大于K，如是，则确认存在强干扰信号；反之，则无强干扰信号，使用全频段；选择禁用全频段中的子载波，得到调制频段；将调制频段在信噪比平均值最低的弱链路中使用；判断接收信号强度是否小于第三预设值和信噪比平均值是否大于第四预设值，如是，则调制频段作为信道优化之后使用的频段，结束；反之，选择禁用全频段中的不同的子载波，作为新的调制频段。能确认干扰频段并禁用。

Description

一种电能表的电力线载波通信信道优化方法
技术领域
本发明涉及电力线载波通信领域，特别涉及一种电能表的电力线载波通信信道优化方法。
背景技术
电力线载波通信技术已经使用了几十年，但是各种各样的新业务和应用程序需要更高的可靠性和更高的数据速率。然而，电力线信道的特性和参数随频率、位置、时间和连接它的设备的种类而变化，信道有很明显的频段选择特性，对窄带干扰信号十分敏感。G3-PLC是专为智能电网通信而涉及的全球电力线通信开放协议，属于窄带电力线载波通信标准，在G3-PLC标准中规定使用自适应性来选择子载波发送有效数据、以最佳调制模式和编码率对信道进行评估，且在G3-PLC标准中也规定了使用静态参数设置调制频段来屏蔽干扰频段，达到与其他同频段电力线载波共同运作的目的。
但是现有的技术和产品中无法确定电力线载波通信中是否接收到大的干扰信号，且无法确定电力线接收到的干扰信号的频段，在无法确定大信号干扰的情况下，信噪比普遍较小时，无法判断频段自适应效果，电力线自身之间的串扰会造成通信中的不良环境，在这些环境下，信道通信能力差，错误率高，组网能力差。
有申请号为CN201510000666.1(授权公告号为CN104601199B)的中国发明专利公开了一种优化G3-PLC载波通信网络性能的方法和装置，包括确定G3-PLC载波通信网上各载波设备的当前工作频段；其中，工作频段包括A频段、FCC频段和ARIB频段；根据预设的划分规则对当前工作频段进行划分，得到多个子频段，并为每一子频段分别分配相应的若干个子载波通道，且将每一子频段内分配的若干个子载波通道分别加载于相应的载波设备上，可实现同一子频段内的载波设备进行相互通信。该发明正能够解决基于G3-PLC大规模组网时，因载波冲突而导致载波通信网络性能下降的问题。但是该方法未能处理来自不协调干扰源的干扰，也未对干扰频段进行确认。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能确认干扰频段并禁用的电能表的电力线载波通信信道优化方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种电能表的电力线载波通信的信道优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)、将带G3-PLC通信模块的集中器与电能表之间通过电力线连接，建立网状电力线网络；
步骤(2)、集中器和电能表发送指令构建G3-PLC通信模块的参数，并初始化参数，电能表注册并组网；
步骤(3)、读取G3-PLC通信模块的链路层邻居节点间的帧错误率，选取出帧错误率不为零的链路；
步骤(4)、读取步骤(3)中选取出的链路的物理层变量；
步骤(5)、选取出步骤(4)中物理层变量中所对应的接收信号强度大于第一预设值和信噪比平均值小于第二预设值的链路，作为弱链路，并对选取出的弱链路进行计数；
步骤(6)、判断步骤(5)中的弱链路数是否大于K，如是，则确认电力线网络中存在强干扰信号，转入步骤(7)；反之，则无强干扰信号，使用全频段作为电力线载波信道使用的频段；其中，K为正整数；
步骤(7)、选择禁用全频段中的子载波，得到调制频段；
步骤(8)、通过选取步骤(5)中信噪比平均值最低的弱链路，将步骤(7)中得到的调制频段在该链路中使用，读取该链路的接收信号强度和信噪比平均值；
步骤(9)、判断步骤(8)中接收信号强度是否小于第三预设值和信噪比平均值是否大于第四预设值，如是，则将该弱链路使用的调制频段作为信道优化之后的电力线载波信道使用的频段，结束；反之，则进入步骤(10)；
步骤(10)、转至步骤(7)，选择禁用全频段中的不同的子载波，作为新的调制频段。
具体的，所述步骤(7)中的选择禁用全频段中的子载波，得到调制频段的具体步骤为：通过修改集中器端和电能表端构建G3-PLC通信模块调制频段参数，将全频段的M个子载波分成N组，分别禁用某一组子载波，得到N组不同的调制频段，其中M、N为正整数。
进一步的，所述步骤(10)中依次将N组不同的调制频段作为新的调制频段，当N组调制频段结束后，则将N/2的数值取整作为步骤(7)中新的N值，扩大全频段中禁用子载波数量，当N/2的数值取整后为0时，则不对全频段分组，通过人为设置禁用子载波数量。
为了正常进行调制解调组帧等功能，所述步骤(7)中的每次分组禁用子载波之后的调制频段中子载波数目大于等于6。
在本方案中，所述步骤(7)中N的取值范围为2～12。
具体的，所述步骤(7)中N＝8。
所述第一预设值的取值范围为100dBuV～110dBuV，所述第二预设值的取值范围为50dB～60dB。
作为优选，所述第一预设值为100dBuV，所述第二预设值为52dB。
所述第三预设值的取值范围为80dBuV～90dBuV，所述第四预设值的取值范围为80dB～90dB。
作为优选，所述第三预设值为90dBuV，所述第四预设值的取值范围为80dB。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过结合G3-PLC通信模块的链路层的帧错误率以及物理层变量中的接收信号强度和信噪比平均值的综合分析来判断电力线载波通信信道是否受强信号干扰，影响链路和组网，并根据禁用子载波作为调制频段，通过不同调制频段下物理层变量中的接收信号强度和信噪比平均值的变化，判断出干扰信号是否被屏蔽，确认出干扰频段，达到优化信道的目的，在屏蔽大信号干扰的情况下，频段自适应效果会更好，电力线自身之间的串扰会减少。
附图说明
图1为本发明实施例中的电能表的电力线载波通信信道优化方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，一种电能表的电力线载波通信信道优化方法，包括以下步骤：
步骤(1)、将带G3-PLC通信模块的集中器与电能表之间通过电力线连接，建立物理的网状电力线网络；
步骤(2)、集中器和电能表发送指令构建G3-PLC通信模块的参数，并初始化参数，电能表注册并组网；
步骤(3)、读取G3-PLC通信模块的链路层邻居节点间的帧错误率，选取出帧错误率不为零的链路；
步骤(4)、读取步骤(3)中选取出的链路的物理层变量；
步骤(5)、选取出步骤(4)中物理层变量中所对应的接收信号强度大于第一预设值和信噪比平均值小于第二预设值的链路，作为弱链路，并对选取出的弱链路进行计数；第一预设值的取值范围为100dBuV～110dBuV，第二预设值的取值范围为50dB～60dB，本实施例中，第一预设值为100dBuV，第二预设值为52dB；
步骤(6)、判断步骤(5)中的弱链路数是否大于K，如是，则确认电力线网络中存在强干扰信号，转入步骤(7)；反之，则无强干扰信号，使用全频段作为电力线载波信道；其中，K为正整数；K的取值范围为3～6，本实施例中，K＝4；
步骤(7)、选择禁用全频段中的子载波，得到调制频段；
其中，选择禁用全频段中的子载波，得到调制频段的具体步骤为：通过修改集中器端和电能表端构建G3-PLC通信模块的调制频段参数，将全频段的M个子载波分成N组，分别禁用某一组子载波，得到N组不同的调制频段，其中M、N为正整数；其中，每次分组禁用子载波之后的调制频段中子载波数目大于等于6，N的取值范围为2～12，本实施例中，使用FCC频段，FCC频段中包括72个子载波，M＝72，N＝8；
步骤(8)、通过选取步骤(5)中信噪比平均值最低的弱链路，将步骤(7)中得到的调制频段在该链路中使用，读取该链路的接收信号强度和信噪比平均值；
步骤(9)、判断步骤(8)中接收信号强度是否小于第三预设值和信噪比平均值是否大于第四预设值，如是，则将该弱链路使用的调制频段作为信道优化之后的电力线载波信道，结束；反之，则进入步骤(10)；其中，第三预设值的取值范围为80dBuV～90dBuV第四预设值的取值范围为80dB～90dB；第三预设值为90dBuV，第四预设值的取值范围为80dB；
步骤(10)、转至步骤(7)，选择禁用全频段中的不同的子载波，作为新的调制频段。
其中，依次将N组不同的调制频段作为新的调制频段，当N组调制频段结束后，则将N/2的数值取整作为步骤(7)中新的N值，扩大全频段中禁用子载波数量，当N/2的数值取整后为0时，则不对全频段分组，通过人为设置禁用子载波数量。
在本实施例中，在选择禁用子载波数量时，将FCC频段的72个子载波分成8组，其中每一组包括9个子载波，假设第一次禁用其中一组子载波，则将剩余组共63个子载波作为第一次的调制频段，将该调制频段在信噪比平均值最低的弱链路中使用，判断该链路中接收信号强度是否小于第三预设值和信噪比平均值是否大于第四预设值，如是，则将该第一次的调制频段作为信道优化之后的电力线载波信道使用的频段，反之，则禁用另一组子载波作为新的调制频段，重复以上步骤，当分别禁用8组中的任意一组子载波后，该链路中接收信号强度均不小于第三预设值和信噪比平均值不大于第四预设值，则将FCC频段的72个子载波分成4组，通过扩大全频段中禁用子载波数量，每一组包括18个子载波，分别禁用其中一组子载波，作为新的调制频段，如果还未选出调制频段，则需要进一步将FCC频段的72个子载波分成2组，当N＝1时，还未选出调制频段，则随机选择禁用连续子载波数大于36的频段，例如选择禁用40个连续子载波。
在本方案中，通过结合G3-PLC通信模块的链路层的帧错误率以及物理层变量中的接收信号强度和信噪比平均值的综合分析来判断电力线载波通信信道是否在该频段内受强信号干扰，且影响链路和组网，并根据以上变量决定调制频段的分布，禁用该受干扰频段，达到优化信道的目的。
在使用时，用上位机读取链路层邻居节点间的帧错误率，有帧错误率的链路代表该链路的物理层可能有缺陷，无法胜任发送帧的工作，因此需要进一步检查有帧错误率的链路的物理层变量，其中，物理层变量中包括接收信号强度和信噪比平均值，当有帧错误率的链路的接收信号强度大于第一预设值时，但是信噪比平均值却小于第二预设值时，即接收信号强度高，但是信噪比却较小，此时说明该电力线载波信道中存在较大的干扰信号，当这样的弱链路达到一定数目时，可以排除电力线载波信道中其他层的原因，整个物理信道受到强信号干扰，会影响上层的通信成功率。
因此需要对接收到较大干扰信号的链路判断干扰频段，本实施例中，通过修改集中器端和电能表端模块调制频段参数，禁用某些子载波之后，得到调制频段，将该调制频段在弱链路中使用，得到该弱链路的接收信号强度和信噪比平均值，如果原本的弱链路上的接收信号强度小于第三预设值和信噪比平均值大于第四预设值，及信噪比平均值增加，接收信号强度较小，则说明强的干扰源信号被屏蔽，信道已经被优化，在屏蔽大信号干扰的情况下，信噪比得到优化，频段自适应效果会更好，电力线载波通信自身之间的串扰会减少，反之，如果原本的弱链路上的接收信号强度不小于第三预设值和信噪比平均值不大于第四预设值时，则说明受干扰较大的干扰频段还未确定，需要进一步禁用新的子载波，得到新的调制频段，将该调制频段在链路中使用，直至选出合适的调制频段。
以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，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 (10)

1.一种电能表的电力线载波通信信道优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)、将带G3-PLC通信模块的集中器与电能表之间通过电力线连接，建立网状电力线网络；
步骤(2)、集中器和电能表发送指令构建G3-PLC通信模块的参数，并初始化参数，电能表注册并组网；
步骤(3)、读取G3-PLC通信模块的链路层邻居节点间的帧错误率，选取出帧错误率不为零的链路；
步骤(4)、读取步骤(3)中选取出的链路的物理层变量；
步骤(5)、选取出步骤(4)中物理层变量中所对应的接收信号强度大于第一预设值和信噪比平均值小于第二预设值的链路，作为弱链路，并对选取出的弱链路进行计数；
步骤(6)、判断步骤(5)中的弱链路数是否大于K，如是，则确认电力线网络中存在强干扰信号，转入步骤(7)；反之，则无强干扰信号，使用全频段作为电力线载波信道使用的频段；其中，K为正整数；
步骤(7)、选择禁用全频段中的子载波，得到调制频段；
步骤(8)、通过选取步骤(5)中信噪比平均值最低的弱链路，将步骤(7)中得到的调制频段在该链路中使用，读取该链路的接收信号强度和信噪比平均值；
步骤(9)、判断步骤(8)中接收信号强度是否小于第三预设值和信噪比平均值是否大于第四预设值，如是，则将该弱链路使用的调制频段作为信道优化之后的电力线载波信道使用的频段，结束；反之，则进入步骤(10)；
步骤(10)、转至步骤(7)，选择禁用全频段中的不同的子载波，作为新的调制频段。
2.根据权利要求1所述的电力线载波通信信道优化方法，其特征在于：所述步骤(7)中的选择禁用全频段中的子载波，得到调制频段的具体步骤为：通过修改集中器端和电能表端构建G3-PLC通信模块调制频段参数，将全频段的M个子载波分成N组，分别禁用某一组子载波，得到N组不同的调制频段，其中M、N为正整数。
3.根据权利要求2所述的电力线载波通信信道优化方法，其特征在于：所述步骤(10)中依次将N组不同的调制频段作为新的调制频段，当N组调制频段结束后，则将N/2的数值取整作为步骤(7)中新的N值，扩大全频段中禁用子载波数量，当N/2的数值取整后为0时，则不对全频段分组，通过人为设置禁用子载波数量。
4.根据权利要求3所述的电力线载波通信信道优化方法，其特征在于：所述步骤(7)中的每次分组禁用子载波之后的调制频段中子载波数目大于等于6。
5.根据权利要求4所述的电力线载波通信信道优化方法，其特征在于：所述步骤(7)中N的取值范围为2～12。
6.根据权利要求5所述的电力线载波通信信道优化方法，其特征在于：所述步骤(7)中N＝8。
7.根据权利要求1所述的电力线载波通信信道优化方法，其特征在于：所述第一预设值的取值范围为100dBuV～110dBuV，所述第二预设值的取值范围为50dB～60dB。
8.根据权利要求7所述的电力线载波通信信道优化方法，其特征在于：所述第一预设值为100dBuV，所述第二预设值为52dB。
9.根据权利要求1所述的电力线载波通信信道优化方法，其特征在于：所述第三预设值的取值范围为80dBuV～90dBuV，所述第四预设值的取值范围为80dB～90dB。
10.根据权利要求9所述的电力线载波通信信道优化方法，其特征在于：所述第三预设值为90dBuV，所述第四预设值的取值范围为80dB。
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