CN113794749B - 用于配电网状态监测的通信设备及系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种用于配电网状态监测的通信设备及系统，设备包括：射频模块，用于接收或发送射频信号，以及实现基带信号与所述射频信号之间的转换；基带信号处理模块，与所述射频模块连接，用于实现所述基带信号与交互信号之间的转换；人机交互模块，与所述基带信号处理模块连接，用于基于用户操作生成所述交互信号或将所述交互信号进行显示。根据本公开，能够实现消息接发过程稳定可靠，数据传输不受地点限制，传输距离远，覆盖范围广；以LPWAN作为通信网络，能够实现配电设备动态远程监控，有效保障配网供电能力。

Description

用于配电网状态监测的通信设备及系统

技术领域

本公开涉及通信技术领域，尤其涉及一种用于配电网状态监测的通信设备及系统。

背景技术

配电网是电网的重要组成，配电设备数量较多、分布广、运行环境复杂，设备运行管理难度大。目前，配电自动化主站覆盖率达90％，终端接入率达50％；用电信息采集覆盖率超98％。配电网状态监测除了常规各种智能终端电气量采集，还包括多种类别大量的环境温湿度、噪音、气体、水位、微气象、门开关等状态量，智能传感器分布广、种类繁多、数量庞大。配电物联网建设需解决配电网线路、备运行状态全面感知、设备广泛互联、终端的即插即用，需要适用的通信技术解决多业务终端及海量传感器的接入的需求。然而，现有的终端通信接入网难以全覆盖，也没充分考虑“小数据”的“大连接”需求，不能满足点多面广、地下室环境复杂等的中低压配电设备状态监测需求。

发明内容

有鉴于此，本公开的目的在于提出一种用于配电网状态监测的通信设备及系统。

基于上述目的，本公开提供了一种用于配电网状态监测的通信设备，包括：

射频模块，用于接收或发送射频信号，以及实现基带信号与所述射频信号之间的转换；

基带信号处理模块，与所述射频模块连接，用于实现所述基带信号与交互信号之间的转换；

人机交互模块，与所述基带信号处理模块连接，用于基于用户操作生成所述交互信号或将所述交互信号进行显示。

可选地，所述射频模块的接收端电路包括：

低噪声放大器，与天线连接，用于将所述天线接收到的射频信号中加入低噪声信号，得到低噪声射频信号；

射频收发器，与所述低噪声放大器连接，用于将所述低噪声射频信号转换为所述基带信号，并将所述系带信号发送至基带信号处理模块；

所述射频模块的发送端电路可以包括所述射频收发器。

可选地，所述基带信号处理单元包括：

FPGA信号处理模块，与所述射频收发器连接，用于接收来自所述射频收发器的所述基带信号，并对所述基带信号进行相应的信号处理；或对所述基带信号进行相应的信号处理后，将经处理的所述基带信号发送至所述射频收发器。

可选地，所述人机交互模块包括：ARM控制处理器，与所述FPGA信号处理模块连接，用于基于用户操作生成所述交互信号或将所述交互信号进行显示。

可选地，所述基带信号处理模块包括依次连接的数据读取模块、Turbo编码模块、超窄带调制模块、超窄带滤波模块和载波聚合模块；

其中，用户通过人机界面进行操作，并通过所述人机交互模块生成相应的指令信号，所述数据读取模块接收到所述指令信号后，经由所述Turbo编码模块进行编码得到编码信号，再经由所述超窄带调制模块进行调制后得到调制后的基带信号，所述基带信号再经由所述超窄带调制滤波模块进行滤波得到滤波信号，所述滤波信号根据频谱感知经由所述载波聚合模块件载波聚合得到聚合信号；所述聚合信号经过所述射频收发器变成射频信号后，经由天线发送。

可选地，所述基带信号处理模块包括多路依次连接的载波解耦模块、突发捕获模块、和定时恢复模块，以及超窄带解调模块、Turbo解码模块；

其中，所述设备经由多根天线接收多路射频信号，所述多路射频信号再经由所述低噪声放大器放大后，再由所述射频收发器进行下变频后转换为多路基带信号，所述多路基带信号分别经由对应的所述载波解耦模块基于频谱感知进行载波解耦得到多路解耦信号，所述多路解耦信号经过所述突发捕获模块和所述定时恢复模块后合成一路信号，经由所述超窄带解调模块进行解调得到解调信号，所述解调信号经由所述Turbo解码模块得到所述交互信号，所述交互信号经由所述人机交互模块在人机界面中进行显示。

根据本公开实施例，还提供了一种用于配电网状态监测的通信系统，包括：至少一个无线终端以及如前所述的用于配电网状态监测的通信设备，所述至少一个无线终端与所述通信设备形成星型结构，且基于LPWAN进行通信。。

可选地，所述通信设备对无线终端的运行状态进行实时监测。

可选地，所述通信设备将所述无线终端的运行状态数据发送至远端服务器中进行存储或存储至本地。

可选地，所述通信设备在所述无线终端的运行数据超过设定阈值或所述无线终端出现故障时进行报警。

从上面所述可以看出，本公开提供的用于配电网状态监测的通信设备及系统，消息接发过程稳定可靠，数据传输不受地点限制，传输距离远，覆盖范围广；传输时延低；可适应配电网设备的增减与维修，便于数据采集系统的扩展；支持远程管理，可通过电脑PC端、手机等对系统进行监控管理。以LPWAN作为通信网络，能够实现配电设备动态远程监控，有效保障配网供电能力。

附图说明

为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本公开实施例的用于配电网状态监测的通信系统的示意图；

图2为根据本公开实施例的通信设备的示意性框图；

图3为根据本公开实施例的接收端电路的示意性框图；

图4为根据本公开实施例的基带信号处理单元和人机交互模块的示意性框图；

图5-图6为根据本公开实施例的通信设备的信号处理的示意性原理图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

配电网经历了近十年的智能化建设，实现了多种终端设备的接入。然而，现有的终端通信接入网难以全覆盖，也没充分考虑“小数据”的“大连接”需求，不能满足点多面广、地下室环境复杂等的中低压配电设备状态监测需求。

基于上述考虑，本公开实施例提供了一种用于配电网状态监测的通信设备及系统，采用低功耗广域物联网通信技术，具有运维成本低、终端功耗低、通信距离远等特点，在解决超低功耗的同时，实现广域互联，真正实现了大区域、长距离物联网低成本全覆盖。

参见图1，图1示出了根据本公开实施例的用于配电网状态监测的通信系统的示意图。如图1所示，用于配电网状态监测的通信系统100可以包括：用于配电网状态监测的通信设备110和至少一个无线终端120。通信设备110与每个无线终端120构成星型拓扑结构，且采用无线通信方式，例如LPWAN(Low-Power Wide-Area Network，低功率广域网络)进行通信。

在一些实施例中，通信设备110可以包括无线基站网关。其中，无线基站网关可以作为系统100的网络控制中心，用于组建和管理系统100的网络。

在一些实施例中，无线终端120可以包括：FTU(Feeder terminal unit，馈电终端单元)、DTU(Data Transfer unit，数据转换单元)、TTU(distribution Transformersupervisory Terminal Unit，配电变压器监测终端)、集中器或智能电表。

具体来说，无线终端120可以在上电后探测通信设备110下行广播信道和同步信标，主动向通信设备110发送入网请求信号，并在通信设备110上进行注册，通信设备110根据无线终端120的业务类型和优先级分配无线终端节点地址。系统100通过信道访问控制协议实现通信设备110和多个无线终端120之间双向通信。通信设备110可以通过电力传输网接入电力物联网平台，实现现场各类业务终端、传感器数据到业务应用系统的连接和服务。

在一些实施例中，通过通信设备110可以对无线终端120的运行状态进行实时监测，例如，无线终端120可以将自身的实时运行数据发送至通信设备110后，在人机界面中进行显示。这样，便于用户查询和监控各个终端的运行情况。进一步地，在一些实施例中，通过通信设备110可以在无线终端120的运行数据超过设定阈值或出现故障时进行报警。

在一些实施例中，通过通信设备110可以将无线终端120的运行状态数据发送至远端服务器中进行存储。例如，通信设备110在从无线终端120获取实时运行状态数据后，可以经由光纤网络发送至远端服务器，以实现后续的数据处理分析和访问。

在一些实施例中，通过通信设备110可以将无线终端120的运行状态数据存储至本地。

根据本公开实施例，以LPWAN作为配电网设备状态监测的通信网络，能够实现配电设备动态远程监控，有效保障配网供电能力。

在一些实施例中，参见图2，图2中示出了根据本公开实施例的通信设备的示意性框图。如图2所示，通信设备110可以包括：

射频模块111，用于接收或发送射频信号，以及实现基带信号与所述射频信号之间的转换；

基带信号处理模块112，与所述射频模块111连接，用于实现所述基带信号与交互信号之间的转换；

人机交互模块113，与所述基带信号处理模块112连接，用于基于用户操作生成所述交互信号或将所述交互信号进行显示。

其中，通信设备110通过人机交互模块113响应于用户的操作生成第一交互信号，并将该第一交互信号发送至基带信号处理模块112；基带信号处理模块112接收到该第一交互信号后对该交互信号进行信道编码、基带调制、成型滤波、成帧等信号处理，得到第一基带信号，并将该第一基带信号发送至射频模块111；射频模块111接收到该第一基带信号后将该第一基带信号变频为第一射频信号，并经由天线发射。无线终端120可以经由无线终端120自身的天线接收该第一射频信号，从而实现通信设备110向无线终端120的数据传输。

相应的，无线终端120可以经由无线终端120自身的天线发送第二射频信号；通信设备110的射频模块111经由通信设备110的天线接收该第二射频信号，并将该第二射频信号转换为第二基带信号，并发送至基带信号处理模块112；基带信号处理模块112接收到该第二基带信号后，对该第二基带信号进行滤波、同步、分集接收、解扩解码等处理后，得到第二交互信号，并发送至人机交互模块113；人机交互模块113接收到该第二交互信号后经由显示界面显示。

在一些实施例中，通信设备110还可以包括：电源时钟模块114，与所述基带信号处理模块112和所述射频模块111连接，用于向所述基带信号处理模块112和所述射频模块111提供电源和时钟信号。进一步地，电源时钟模块114可以包括电源管理模块1141和时钟管理模块1142。

在一些实施例中，射频模块111可以包括：无线收发器。其中，无线收发器支持TDD(Test-Driven Development，测试驱动开发)和FDD(Frequency Division Duplexing，频分双工)两种模式，提供了自我校准和自动增益控制系统。在一些实施例中，射频模块111可以包括接收端电路和发送端电路。

参见图3，图3中示出了根据本公开实施例的接收端电路的示意性框图。

如图3所示，射频模块111的接收端电路可以包括：

低噪声放大器LNA，与天线连接，用于将所述天线接收到的射频信号中加入低噪声信号，得到低噪声射频信号；

射频收发器，与所述低噪声放大器LNA连接，用于将所述低噪声射频信号转换为所述基带信号，并将所述系带信号发送至基带信号处理模块112。

在一些实施例中，射频收发器可以包括型号为AD9361的芯片。

其中，接收端电路将从天线接收到的射频信号经由低噪声放大器LNA加入低噪声信号以解决射频功率不足问题。然后再经过射频收发器AD9361，将射频信号变成基带信号，并将该基带信号发送至基带信号处理单元112做进一步处理。

在一些实施例中，射频模块111的发送端电路可以包括所述射频收发器。也就是说，射频模块111可以基于射频收发器实现射频信号的发送或接收。

在一些实施例中，参见图4，图4中示出了根据本公开实施例的基带信号处理单元和人机交互模块的示意性框图。如图4所示，基带信号处理单元112可以包括：

FPGA信号处理模块，与所述射频收发器连接，用于接收来自所述射频收发器的所述基带信号，并对所述基带信号进行相应的信号处理；或对所述基带信号进行相应的信号处理后，将经处理的所述基带信号发送至所述射频收发器。

在一些实施例中，FPGA信号处理模块对所述基带信号进行相应的信号处理可以包括如下至少一种：滤波、同步、分集接收、解扩解码、纠错处理、调制解调、扩频解扩、时延调整。

在一些实施例中，如图4所示，人机交互模块113可以包括：ARM控制处理器，与所述FPGA信号处理模块连接，用于基于用户操作生成所述交互信号或将所述交互信号进行显示。

在一些实施例中，参见图5-图6，图5-图6示出了根据本公开实施例的通信设备的信号处理的示意性原理图。如图5所示，通信设备110的基带信号处理模块112可以包括依次连接的数据读取模块、Turbo编码模块、超窄带调制模块、超窄带滤波模块和载波聚合模块。用户通过人机界面进行操作，并通过人机交互模块(未示出)生成相应的指令信号，基带信号处理模块112中的数据读取模块接收到该指令信号后，经由Turbo编码模块进行编码得到编码信号，再经由超窄带调制模块进行调制后得到调制后的基带信号，基带信号再经由超窄带调制滤波模块进行滤波得到滤波信号，该滤波信号根据频谱感知经由载波聚合模块件载波聚合得到聚合信号。该聚合信号又经过射频模块111中的射频收发器AD9361变成射频信号后，经由天线发送。

如图6所示，通信设备110可以设置多根(例如2根或更多)天线接收射频信号，通信设备110的基带信号处理模块112可以包括多路(例如，可以与天线的数量相同)依次连接的载波解耦模块、突发捕获模块、和定时恢复模块，以及超窄带解调模块、Turbo解码模块。通信设备110经由多根天线接收多路射频信号，多路射频信号再经由射频模块的低噪声放大器(未示出)放大后，再由射频收发器AD9361进行下变频后转换为多路基带信号，多路基带信号分别经由对应的载波解耦模块基于频谱感知(与图5中所示发射端中的频谱感知同步且一致)进行载波解耦得到多路解耦信号，该多路解耦信号经过突发捕获模块和定时恢复模块后合成一路信号，经由超窄带解调模块进行解调得到解调信号，该解调信号经由Turbo解码模块得到交互信号，该交互信号可经由人机交互模块在人机界面中进行显示。

可见，根据本公开实施例的用于配电网状态监测的通信设备及系统，消息接发过程稳定可靠，数据传输不受地点限制，传输距离远，覆盖范围广；传输时延低；可适应配电网设备的增减与维修，便于数据采集系统的扩展；支持远程管理，可通过电脑PC端、手机等对系统进行监控管理。且通信参数可在线灵活配置，实现配电设备动态远程监控和状态监测，有效保障配网供电能力。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本公开实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本公开实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本公开实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本公开实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于配电网状态监测的通信设备，包括：

射频模块，用于接收或发送射频信号，以及实现基带信号与所述射频信号之间的转换；所述射频模块的接收端电路包括：低噪声放大器，与天线连接，用于将所述天线接收到的射频信号中加入低噪声信号，得到低噪声射频信号；射频收发器，与所述低噪声放大器连接，用于将所述低噪声射频信号转换为所述基带信号，并将所述基带信号发送至基带信号处理模块；

基带信号处理模块，与所述射频模块连接，用于实现所述基带信号与交互信号之间的转换；所述基带信号处理模块包括依次连接的数据读取模块、Turbo编码模块、超窄带调制模块、超窄带滤波模块和载波聚合模块；所述基带信号处理模块还包括：FPGA信号处理模块，与所述射频收发器连接，用于接收来自所述射频收发器的所述基带信号，并对所述基带信号进行相应的信号处理；或对所述基带信号进行相应的信号处理后，将经处理的所述基带信号发送至所述射频收发器；

人机交互模块，与所述基带信号处理模块连接，用于基于用户操作生成所述交互信号或将所述交互信号进行显示；所述人机交互模块包括：ARM控制处理器，与所述FPGA信号处理模块连接，用于基于用户操作生成所述交互信号或将所述交互信号进行显示；

电源时钟模块，与所述基带信号处理模块和所述射频模块连接，用于向所述基带信号处理模块和所述射频模块提供电源和时钟信号；

其中，用户通过人机界面进行操作，并通过所述人机交互模块生成相应的指令信号，所述数据读取模块接收到所述指令信号后，经由所述Turbo编码模块进行编码得到编码信号，再经由所述超窄带调制模块进行调制后得到调制后的基带信号，所述基带信号再经由所述超窄带调制滤波模块进行滤波得到滤波信号，所述滤波信号根据频谱感知经由所述载波聚合模块件载波聚合得到聚合信号；所述聚合信号经过所述射频收发器变成射频信号后，经由天线发送；

所述基带信号处理模块还包括多路依次连接的载波解耦模块、突发捕获模块、和定时恢复模块，以及超窄带解调模块、Turbo解码模块；

其中，所述设备经由多根天线接收多路射频信号，所述多路射频信号再经由所述低噪声放大器放大后，再由所述射频收发器进行下变频后转换为多路基带信号，所述多路基带信号分别经由对应的所述载波解耦模块基于频谱感知进行载波解耦得到多路解耦信号，所述多路解耦信号经过所述突发捕获模块和所述定时恢复模块后合成一路信号，经由所述超窄带解调模块进行解调得到解调信号，所述解调信号经由所述Turbo解码模块得到所述交互信号，所述交互信号经由所述人机交互模块在人机界面中进行显示。

2.一种用于配电网状态监测的通信系统，包括：至少一个无线终端以及如权利要求1所述的用于配电网状态监测的通信设备，所述至少一个无线终端与所述通信设备形成星型结构，且基于LPWAN进行通信。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述通信设备对无线终端的运行状态进行实时监测。

4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述通信设备将所述无线终端的运行状态数据发送至远端服务器中进行存储或存储至本地。

5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述通信设备在所述无线终端的运行数据超过设定阈值或所述无线终端出现故障时进行报警。