CN116782304B - 一种多通道通信设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力通信技术领域，提供一种多通道通信设备及方法，主控模块用于进行模式切换，并与业务终端交互；通信模块包括多个基于窄带单频点的EPDT数传通信模块；所述通信模块具有多通道聚合模式：使用第一组频点将数据拆分为不同频点数据，进行多通道聚合；基于和基站协商的数据拆分处理流程，上行时，主控模块拆分数据，通过不同频点传输到基站，用于基站接收不同频点数据后重新封装恢复为原来数据；多通道聚合传输时，将数据拆分为若干数据分组，每个数据分组按不同通道使用不同频点传输；合路单元用于将产生的多路单频点信号整合到一路。本发明可满足智慧能源单元的专网承载要求，实现负荷的刚性控制要求。

Description

一种多通道通信设备及方法

技术领域

本发明属于电力通信技术领域，具体涉及一种多通道通信设备及方法。

背景技术

电力监控系统具体包括电力数据采集与监控系统、能量管理系统、变电站自动化系统、换流站计算机监控系统、发电厂计算机监控系统、配电自动化系统、微机继电保护和安全自动装置、广域相量测量系统、负荷控制系统、 水调自动化系统和水电梯级调度自动化系统、电能量计量系统、实时电力市场的辅助控制系统、电力调度数据网络等。

电力监控系统安全防护的总体原则为“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”。安全防护主要针对电力监控系统，即用于监视和控制电力生产及供应过程的、基于计算机及网络技术的业务系统及智能设备，以及作为基础支撑的通信及数据网络等。重点强化边界防护，同时加强内部的物理、网络、主机、应用和数据安全，加强安全管理制度、机构、人员、系统建设、系统运维的管理，提高系统整体安全防护能力，保证电力监控系统及重要数据的安全。

电力调度数据网是为生产控制大区服务的专用数据网络，承载电力实时控制、在线生产交易等业务。安全区的外部边界网络之间的安全防护隔离强度应该和所连接的安全区之间的安全防护隔离强度相匹配。

调度数据网未覆盖到的电力监控系统（如配网自动化、负荷管理、分布式能源接入等）的数据通信优先采用电力专用通信网络，不具备条件的也以可采用公用通信网络（不包括因特网）、无线公网（GPRS、CDMA、230MHz、WIFI 等）等通信方式，使用上述通信方式时应当设立安全接入区，并采用安全隔离、访问控制、单向认证、加密等安全措施。

当前光纤专网建设难度大，成本高；230M数传电台速率低，产业链不完善且没有形成完备的标准体系；230M LTE-G/230M IoT-G建设成本较高，产业链不完善，近几年没有新增的电力应用，大部分厂家已经放弃该技术产品线；1800M LTE专网在电力应用的频点受管控，不具备应用条件；无线虚拟专网承载涉控业务安全性还在论证，已有的技术路线存在频点管理政策、产业链完备性等不同风险，因此亟需可靠稳定的无线专网技术支撑新型电力负荷管理系统的建设。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种多通道通信设备及方法。本发明可满足智慧能源单元的专网承载要求，为涉控业务提供了高可靠性的通信保障，实现负荷的刚性控制要求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面本发明提供一种多通道通信设备，包括：

主控模块，用于进行模式切换，并与业务终端交互；

通信模块，包括多个基于窄带单频点的EPDT数传通信模块，用于与所述主控模块连接，产生单频点信号；所述通信模块具有多通道聚合模式：

使用第一组频点将数据拆分为不同频点数据，进行多通道聚合；基于和基站协商的数据拆分处理流程，上行时，主控模块拆分数据，通过不同频点传输到基站，用于基站接收不同频点数据后重新封装恢复为原来数据；多通道聚合传输时，将数据拆分为若干数据分组，每个数据分组按不同通道使用不同频点传输；

合路单元，用于将产生的多路单频点信号整合到一路；

天线，用于发送整合到一路的多路单频点信号。

作为本发明进一步改进，所述多通道通信设备采用母子板结构，所述主控模块和合路单元集成在母板上，每个EPDT数传通信模块作为子板按需与母板进行配置。

作为本发明进一步改进，所述通信模块的调制方式为高斯最小频移键控调制方式。

作为本发明进一步改进，所述通信模块的调制方式为四电平频移键控调制方式。

作为本发明进一步改进，所述四电平频移键控调制方式由一个平方根升余弦滤波器和一个频率调制器级联组成。

作为本发明进一步改进，所述平方根升余弦滤波器采用奈奎斯特升余弦滤波器。

作为本发明进一步改进，所述通信模块的数据传输速率为每秒发送T个符号，每个符号由2个比特信息组成，最大频偏D定义为：

式中，h为调制频偏指数；T为每个符号的周期。

作为本发明进一步改进，所述通信模块的单频点信号满足：

把频点分为m组，每组n个单频点；每个频点用Fij表示，i≤m，j≤n，现场终端启动后扫频，并选取频点质量满足要求的频点为第一组，依次配置后面组频点，所有的频点Fij形成频点规划表。

作为本发明进一步改进，所述通信模块中，所有的频点Fij形成频点规划表，包括：

1）基站扫描所有可使用频点，得到每频点底噪信号值；

2）对所有频点底噪信号值排序；

3）按从低到高的顺序，将频点依次写入F11，F12，直到F1n；

4）将第一组频点同时配置完成后，剩余频点按从低到高写入第二组；

5）继续按顺序配置频点，直到所有频点配置完毕。

作为本发明进一步改进，所述通信模块具有三种模式：等待模式、可靠通信模式及所述多通道聚合模式；

所述等待模式是启动的默认状态，定期启动扫描，自动优化频点规划表，保持第一组频点为信号最优频点；

所述可靠通信模式为多通道同传的方式，使用第一组频点，n条通道用不同频点同时传输；上行时基站在传输的任意频点均能得到信息；下行时主控模块在传输的任意通道均能得到信息；当第一组频点传输中遇到异常，切换到第二组频点传输；若还是遇到异常，依次切换下一组，直到最后一组；

所述多通道聚合模式用于采集高频业务；数据分组通过块序号区分重组。

作为本发明进一步改进，所述数据拆分方式包括：

所述数据基于IP数据报被拆分成若干个数据块，然后每个数据块再拆分为由多个数据帧组成的数据分组，每个分组设置有用于标识的数据头帧。

作为本发明进一步改进，所述数据头帧中有用于块重组的块序号，块序号的最高比特用来指示是否为最终块。

作为本发明进一步改进，每个数据块长度相同或不同，长度不超过规定的最大字节数；每个数据块依次拆分为若干个数据帧；一个数据块包括数据头帧在内的帧的最大数量基于多通道通信设备的处理能力；通信模块以及基站至少需要帧的最大数量个字节的存储能力。

第二方面本发明提供一种多通道通信设备的通讯方法，包括：

上行时，通信终端上电启动后，扫频自动配置频点规划表，进入等待模式；主控模块接收到业务终端数据后，通过配置模式选择参数，进行模式切换：

若为一般业务，选择正常模式，单频点单通道传输；

若为控制业务，选择可靠通信模式；

若为高频采集业务，选择多通道聚合模式；多通道聚合模式包括：

使用第一组频点将数据拆分为不同频点数据，进行多通道聚合；基于和基站协商的数据拆分处理流程，上行时，主控模块拆分数据，通过不同频点传输到基站，用于基站接收不同频点数据后重新封装恢复为原来数据；多通道聚合传输时，将数据拆分为若干数据分组，每个数据分组按不同通道使用不同频点传输；

下行时，通信终端上电启动后，扫频自动配置频点规划表，进入等待模式；天线接收到数据后，通过配置模式选择参数，启用可靠通信模式。

作为本发明进一步改进，所述数据拆分方式包括：

所述数据基于IP数据报被拆分成若干个数据块，然后每个数据块再拆分为由多个数据帧组成的数据分组，每个分组设置有用于标识的数据头帧。

作为本发明进一步改进，所述等待模式是通信终端启动的默认状态，定期启动扫描，自动优化频点规划表，保持第一组频点为信号最优频点。

作为本发明进一步改进，所述可靠通信模式为多通道同传的方式，使用第一组频点，n条通道用不同频点同时传输；上行时基站在传输的任意频点均能得到信息；下行时主控模块在传输的任意通道均能得到信息；当第一组频点传输中遇到异常，切换到第二组频点传输；若还是遇到异常，依次切换下一组，直到最后一组。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出的通信终端的通信模块，包括多个基于多个窄带单频点EPDT数传通信模块，用于与所述主控模块连接，产生单频点信号；可满足智慧能源单元的专网承载要求，为涉控业务提供了高可靠性的通信保障，实现负荷的刚性控制要求。同时专网通过多通道聚合也能满足负荷监测的要求，不用再通过公网采集负荷监测采集数据，通过专网快速上传负荷数据采集监测数据，实现分钟级、甚至秒级采集需求。通信模块借鉴PDT技术，基于多个窄带单频点EPDT数传通信通道聚合的通信方法。同时满足涉控业务安全性要求、配电网高频采集的需求。承载涉控业务采用多路同传的冗余备份方式，实现高可靠的涉控业务传输；承载采集业务使用拆分数据方式，实现多通道聚合的高频采集传输；通过230MHz授权频率自适应规划的方法，自动配置频率规划表，使用最优频点，有效避免干扰。发明符合电力授权频点政策要求；采用EPDT技术，具有标准化完善、国产化率高、产业链完备、成本可控等优点。

进一步，本发明提供的频率规划自适应方法，自动配置频率规划表，使用最优频点，有效避免干扰；同时采用多路同传的冗余备份方式，更有效保障了通信的可靠性。

本发明提出的多通道通信设备的通讯方法，是通信模式状态转化关系和上下行工作流程处理方法，上行时根据业务类型模式切换，若为一般业务，正常模式，单频点单通道传输；若为控制业务，启用可靠通信模式；若为高频采集业务，启动多通道聚合模式，下行一般采用可靠通信模式。

附图说明

图1为智慧能源单元组成示意图；

图2为智慧能源单元结构图；

图3为本发明实施例提供的通信终端结构图；

图4为本发明实施例提供的通信终端母板示意图；

图5为本发明实施例提供的4FSK调制器示意图；

图6为本发明实施例提供的数据报拆分示意图；

图7为本发明实施例提供的状态转换图；

图8为本发明实施例提供的上行流程图；

图9为本发明实施例提供的下行流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

缩略语和关键术语定义

PDT 专业数字集群（Professional Digital Trunking）

EPDT 电力无线集群专网（Electrical PowerProfessional Digital Trunking）

CTU 智慧能源单元（Customer Terminal Unit）

已有230MHz电力无线专网是主导建设、专用于电力业务，采用4G LTE技术的专用通信系统。目前试点应用的电力无线专网包括基于电力、石油、交通等行业的公共1785MHz～1805MHz频段的LTE-G 1800MHz专网，基于电力行业专用223-226MHz和229-233MHz频段的LTE-G 230MHz和IoT-G 230MHz专网。目前已不再给电力行业分配1800MHz频段。

230MHz专网峰值速率（基站侧）上行可达14Mbps，下行可达7Mbps，网络时延小于50ms，单小区接入用户数大于4000个。试点应用表明可以承载配电自动化、精准负荷控制、用电信息采集等控制业务和小颗粒采集业务。

数传电台系统的通信网可分为基站至主站回传网和宏基站至用户终端的无线接入网两部分。利用上海电力MSTP/SDH网络，组建基站至主站的回传网；利用230MHz数传电台技术，组建基站至用户终端的无线接入网。

数传电台系统的工作方式称为“绝对主从模式”，即只有主站端才能主动发起一次通信，而终端绝对禁止主动发起通信，否则在空间可能会发生同频干扰，导致通信失败甚至系统瘫痪。230MHz数传电台系统向终端下发的命令分为广播命令和召测命令，采用广播命令实现用户终端控制功能，采用召测命令实现用户终端数据采集功能。

目前230M频段为电力与其他行业共用，使用单位包括工业、农业、天文、军队等多个行业，频率使用并没有统一的规划。230M频段规定的终端发射功率大，工作频点不连续分布、工作带宽窄，导致工作频点之间的系统内干扰较大。在230MHz频段，电力系统以外的通信多数属于资源勘探、工程实验、应急类型的，在时间分布上是非长期的、无规律变化，持续时间在几分钟或者数小时不等，导致电力无线专网部署后无线资源的网络规划和优化比较难做。

已有电力无线专网是基于3GPP LTE标准制定，需要基于载波聚合等技术实现，对研发有效高要求，开发维护成本较高。

230MHz频段电力无线专网技术标准规定了跳频机制来应对来自系统内外的干扰。跳频是成熟的用于对抗无线传播深衰落的通信技术，频率跳变越快、跳频图案越大，跳频增益越高，抗干扰的效果越好。但是，由于230无线专网通信系统定义的子载波宽度仅为2或3.75KHz，一个子带包含的子载波个数仅为11或6个，无论实现子载波之间的跳频或是子带间的跳频，所能够获得的跳频增益很低，无法解决230M频段的系统的内外干扰，特别是230M频段工作频点上间歇性出现的持续数分钟以上的来自于电力通信系统之外的强干扰。

通信速率低，230MHz数传电台系统目前采用的是窄带调制技术，通信速率低，虽已对原2400bit/s系统的速率进行了提速，使系统同时支持2400bit/s、9600bit/s、19200bit/s三种速率，但仍难以适应逐渐增加对数据采集实时性的要求。

标准体系与产业链不完备，230MHz数传电台没有形成完备的标准体系，且由于产业的变化，许多基于数传电台技术的供应商经营上发生了困难，存在主要的设备供应商及技术支持倒闭的事件，为230MHz数传电台系统的运维和发展造成了很大的困难。

数传电台受发射功率限制，传输距离最大只有数十公里，而且，超长距离的发送需要大功率发射，需要提供大功率电源。这一特性决定了数传电台的应用只能限定在一定的区域范围内。数传电台组成的数据传输网络独占一个频率资源，在同一频点上同时只能有一个设备发送数据。一般采用中心对远端多点的通信分配方式，采用轮询方式查询数据，轮询周期与电台数量有密切关系。假设访问一个站点需要0.5秒，轮询等待超时时间设定为3秒，系统有100个终端，那么在所有终端工作正常情况下轮询周期是0.5×100=50秒，如果有一台终端由于设备故障、频率干扰等原因导致传输失败，系统在此终端将等待3秒，轮询的最长周期可能是3×100=300秒。数传电台的轮询模式以及覆盖，决定了网络的容量有一定限度。

故有必要在负荷管理业务侧，结合现有的离散频谱的条件，探讨一种能频点自适应、实现高可靠、同时满足高频采集需求的传输的方法。

为满足新型负荷管理系统等涉控业务的专网承载需求，本发明提出了一种基于PDT专业数字集群（Professional Digital Trunking）的通信设备及方法。基于多个窄带单频点EPDT数传通信模块，实现高可靠的涉控业务传输，实现多通道聚合的高频采集传输。本发明设计了适配智慧能源单元的EPDT（电力无线集群专网）产品，其中EPDT是借鉴PDT技术，EPDT可扩展支持230MHz授权频段，大面积无缝覆盖。

随着分布式新能源海量接入等变化，配网中对电源和负荷的调度控制需求日益提升。针对分布式电源、配电网的涉控业务，都需电力无线专网承载。本发明技术同样适用于分布式接入等电力边缘端终端的通信承载中。

智慧能源单元CTU（Customer Terminal Unit）是一种支撑负荷管理系统实现负荷精细化管理、负荷精准调控及多元化互动服务的边缘计算装置，具备负荷分钟级监测、刚性控制、柔性调节、电力计量、友好互动功能。以最小化、分布式、模组化为设计理念，延伸至客户侧，安装于用户总（分）配电房、分支回路，可实现客户负荷分类监测管理，引导用户负荷资源调节，操作简单，经济安全，管理高效，互动性强。

分型设计：按照调控方式划分为监测控制型（A型）、监测调节型（B型）。

其中，监测控制型（A型）具备遥测、遥信、遥控功能，支持电力无线专网、电力光纤专网通信，适用于分路监测及刚性控制场景；监测调节型（B型）具备遥测、遥信、遥调功能，支持无线虚拟专网、无线专网通信，适用于分路监测、柔性调节和互动服务。通过模组更换可实现装置切换演进。

智慧能源单元结构如图1所示，主要由主控模块、遥信模块、遥控模块、远程通信模块、本地通信模块等组成。主控模块负责智慧能源单元的控制、协议处理等；遥信模块主要负责遥信业务交互；遥控模组接线端子与断路器脱扣端子对接，实现用户分路负荷刚性控制；远程通信模块负责负控云和智慧能源单元的通信；本地通信模块负责智慧能源单元和开关、量测装置的通信。

智慧能源单元采用模组化设计，每个模块独立，可插拔更换。如图2所示为智慧能源单元结构图。

本发明第一个目的是提供一种多通道通信设备，包括：

主控模块，用于进行模式切换，并与业务终端交互；

通信模块，包括多个基于多个窄带单频点EPDT数传通信模块，用于与所述主控模块连接，产生单频点信号；

合路单元，用于将产生的多路单频点信号整合到一路；

天线，用于发送整合到一路的多路单频点信号。

所述通信模块具有多通道聚合模式：使用第一组频点将数据拆分为不同频点数据，进行多通道聚合；基于和基站协商的数据拆分处理流程，上行时主控模块拆分数据，通过不同频点传输到基站，用于基站接收不同频点数据后重新封装恢复为原来数据；多通道聚合传输时，将数据拆分为若干数据分组，每个数据分组按不同通道使用不同频点传输；

本发明设计的通信设备是无线远程通信模块/终端。通过在智慧能源单元等电力边端设备部署安装无线远程通信模块/终端，实现连接基站、有线承载网、核心网和交换设备，进而远程接入负荷控制等主站系统。本发明主要创新体现在通信模块/终端与基站之间的无线通信部分。

本申请借鉴PDT技术，提出了一种基于多个窄带单频点EPDT数传通信通道聚合的通信方法。同时满足涉控业务安全性要求、配电网高频采集的需求。承载涉控业务采用多路同传的冗余备份方式，实现高可靠的涉控业务传输；承载采集业务使用拆分数据方式，实现多通道聚合的高频采集传输；通过230MHz授权频率自适应规划的方法，自动配置频率规划表，使用最优频点，有效避免干扰。本发明符合电力授权频点政策要求；采用PDT技术，标准化完善、国产化率高、产业链完备、成本可控。

本发明基于多个窄带单频点EPDT数传通信模块，实现高可靠的涉控业务传输，实现多通道聚合的高频采集传输。而且PDT数传通信模块产业链成熟，国产化高，经过230MHz改造适配，可快速实现标准接口的EPDT数传通信模块产品，稳定性、可靠性高。

具体优势如下：

优势1:高可靠接入，可满足智慧能源单元的专网承载要求，为涉控业务提供了高可靠性的通信保障，实现负荷的刚性控制要求。

优势2:满足高频次采集需求，同时专网通过多通道聚合也能满足负荷监测的要求，不用再通过公网采集负荷监测采集数据，通过专网快速上传负荷数据采集监测数据，实现分钟级、甚至秒级采集需求。

优势3:抗频率干扰，本发明设计了一种频率规划自适应方法，有效避免干扰；同时采用多通道同传的冗余备份方式，更有效保障了通信的可靠性。

优势4:易于开发实现，PDT数传通信模块产业链成熟，国产化高，经过230MHz改造适配，可快速实现标准接口的EPDT数传通信模块产品，稳定性、可靠性高。

以下对本发明的内容进行详细说明。

如图3所示智慧能源单元通信终端是由基于多个窄带单频点EPDT数传通信模块组成。各部分的说明如下：

主控模块：通信终端的模式切换，并与业务终端交互等。

通信模块：230MHz单频点通信模块。

合路单元：将多路射频信号整合到一路。

业务终端：电力业务终端，如智慧能源单元、融合终端等。

天线：230MHz天线，用于发送、接收终端数据。

如图4所示，通信模块为统一的230MHz单频点通信模块，可相互替换。硬件结构采用母子板设计，将主控模块、合路单元等集成在母板上，每个通信模块作为子板可按需进行配置。

进一步，通信终端采用子母板设计，灵活配置，设计母板和研制标准化的窄带单频点EPDT数传通信模块都降低了研发难度，整体上节省了成本，有利于生产检测、现场部署。

可选的，本发明实施例的调制方式为高斯最小频移键控（GMSK），滚降系数（BT）为0.3。

可选的，本发明实施例的通信模块说明如下：

PDT通信模块使用四电平频移键控（4FSK）调制方式，4FSK调制器由一个平方根升余弦滤波器和一个频率调制器级联组成，见图5。

示例性的，4FSK使用平方根升余弦滤波器，奈奎斯特升余弦滤波器一部分用在发射杂波滤波器中，一部分用于接收方噪声抑制。

其中，PDT通信模块的数据传输速率为T符号/秒，每个符号由2个比特信息组成。

符号的最大频偏D定义如下：

式中，h为调制频偏指数；T为每个符号的宽度（或周期）。

其中，通信频点规划说明如下：

把230MHz频点分为m组，每组n个频点；每个频点用Fij表示，i小于等于m，j小于等于n。频点规划表参考表1。

表1频点规划表

通信终端里频点规划表，频点可手动配置，可自动优化；现场终端启动后扫频，选取频点质量好（Fij底噪信号低）的频点作为第一组，作为使用频点，依次配置后面组频点。

具体的配置方法包括如下步骤：

1）基站扫描所有230MHz可使用频点，得到每频点底噪信号值；

2）对所有频点底噪信号排序；

3）按从低到高，将频点依次写入F11，F12，...，F1n；

4）基站和终端将第一组频点同时配置完成后，剩余频点仍然按从低到高写入第二组；

5）继续按顺序配置频点，直到所有频点配置完毕。

通信终端工作模式包括如下几种：

a）等待模式：

通信终端启动，默认状态为等待模式，定期启动扫描，自动优化频点规划表，保持第一组频点为信号最优频点。

b）可靠通信模式：

因为无线通信易受到干扰，特别是单频点传输时，遇到干扰容易丢失关键信息，为了满足电力涉控业务的可靠性传输要求，采用多通道同传的方式，确保控制命令可靠传输。

该模式下，使用第一组频点，n条通道用不同频点同时传输。上行时基站在传输的任意频点都能得到信息；下行时主控模块在传输的任意通道都能得到信息。

当第一组频点传输中遇到异常，切换到第二组频点传输；若还是遇到异常，依次切换下一组，直到最后一组。

c）多通道聚合模式：

因为230频点离散的特点，单频点传输时，带宽有线，传输速率低。为了满足高频采集等业务要求，设计了一种多通道聚合传输的方式，确保足够通信效率满足高频采集业务。

该模式下，使用第一组频点，将数据拆分在不同频点数据，实现多通道聚合。通信终端和基站协商了一套数据拆分处理流程。上行时主控模块拆分数据，通过不同频点传输到基站，用于基站接收不同频点数据后重新封装恢复为原来数据。数据拆分方式如下所述。

示例性的，一个较大长度的IP数据报会被拆分成若干个数据块，然后每个数据块再拆分到由多个数据帧组成的数据分组，每个分组前面会增加一到两个数据头帧，后续的数据帧分别用从1～k来标识，每个数据帧都使用自己的FEC进行保护。IP数据报的拆分见图所示，图6中每个数据分组都使用一个数据头帧。

举例说明，所述数据头帧中有4比特用于块重组的块序号，在一个多块有确认的数据传输中，块序号的最高比特用来指示是否为最终块，最低3比特用于表示块序号。

可选的，对数据报进行拆分处理没有最大块数限制，每个数据块长度可以不同但不能超过规定的最大字节数。每个数据块依次拆分为若干个数据帧，而每个数据帧的承载能力要根据业务类型而定。一个分块包括数据头帧在内的帧的最大数量跟设备处理能力有关。通信模块以及基站至少需要帧的最大数量个字节的存储能力。

具体地，在头帧中有4比特用于块重组的块序号，在一个多块有确认的数据传输中，块序号的最高比特用来指示是否为最终块，最低3比特用于表示块序号，从000开始接着从001到111进行循环，000仅用于第一块数据。下表的例子表示一个拥有12个块的数据报块序号编码。

表2 块序号编码方案

正常通信模式（单频点）：使用F11单频点传输，图7为状态转换图。

如图7所示，本发明第二个目的是提供一种多通道通信设备的通讯方法，提出了一种通信模式状态转化关系和上下行工作流程处理方法。具体包括如下步骤：

上行：通信终端上电启动后，扫频自动配置频点规划表，进入等待模式；主控模块接收到业务终端数据后，通过配置模式选择参数，进行模式切换：

若为一般业务，选择正常模式，单频点单通道传输；

若为控制业务，选择可靠通信模式；

若为高频采集业务，选择多通道聚合模式；

下行：通信终端上电启动后，扫频自动配置频点规划表，进入等待模式；天线接收到数据后，通过配置模式选择参数，启用可靠通信模式。

上行时根据业务类型模式切换，若为一般业务，正常模式，单频点单通道传输；若为控制业务，启用可靠通信模式；若为高频采集业务，启动多通道聚合模式。下行一般采用可靠通信模式。通信终端上下行处理流程具体说明如下：

如图8所示，上行包括如下步骤：

通信终端上电启动后，扫频自动配置频点规划表，进入等待模式；主控模块接收到业务终端数据后，通过配置模式选择参数，进行模式切换，若为一般业务，正常模式，单频点单通道传输；若为控制业务，启用可靠通信模式；若为高频采集业务，启动多通道聚合模式。

如图9所示，下行包括如下步骤：

通信终端上电启动后，扫频自动配置频点规划表，进入等待模式；天线接收到数据后，通过配置模式选择参数，启用可靠通信模式。因为电力下行一般为控制命令、数采确认数据等信令类重要数据，数据量较少，因此采用可靠通信模式。

其中，作为具体方案，所述多通道聚合模式包括：

使用第一组频点将数据拆分为不同频点数据，进行多通道聚合；基于和基站协商的数据拆分处理流程，上行时主控模块拆分数据，通过不同频点传输到基站，用于基站接收不同频点数据后重新封装恢复为原来数据；多通道聚合传输时，将数据拆分为若干数据分组，每个数据分组按不同通道使用不同频点传输。

所述等待模式是通信终端启动的默认状态，定期启动扫描，自动优化频点规划表，保持第一组频点为信号最优频点。

所述可靠通信模式为多通道同传的方式，使用第一组频点，n条通道用不同频点同时传输；上行时基站在传输的任意频点均能得到信息；下行时主控模块在传输的任意通道均能得到信息；当第一组频点传输中遇到异常，切换到第二组频点传输；若还是遇到异常，依次切换下一组，直到最后一组。

本发明的频率规划自适应方法，有效避免干扰；同时采用多路同传的冗余备份方式，更有效保障了通信的可靠性。

通过本发明提出的通信终端，可满足智慧能源单元的专网承载要求，为涉控业务提供了高可靠性的通信保障，实现负荷的刚性控制要求。同时专网通过多通道聚合也能满足负荷监测的要求，不用再通过公网采集负荷监测采集数据，通过专网快速上传负荷数据采集监测数据，实现分钟级、甚至秒级采集需求。

针对新型负控系统的通信支撑方案，负控业务可分为控制类业务、采集内业务。控制类业务需要通过电力专网传输，采集类业务优先使用电力专网传输，也可以使用以公网为基础的虚拟专网传输。随着电力业务的不断发展，负控业务对高频采集的需求越来越大，分钟级、秒级采集逐步会使用。电力无线窄带专网资源有限，承载不了分钟级、秒级高频采集的需求。因此会出现公专融合的情况，提出的采控分离设备及方案就是解决多通道下业务传输的保障，控制业务在专网通信，强调安全性、可靠性；采集业务使用宽带公网传输，强调通信速率，使用资源丰富的通道传输。

基于上述说明，本发明的多通道通信设备运用前景如下：

1）可应用于新型负荷管理系统涉控业务承载。近期围绕新型负荷管理系统的建设，智慧能源单元需要无线专网承载控制业务，基于本发明的方法定制开发智慧能源单元专网模块产品，通过技术许可或者技术转让等形式，转化给电力终端厂商等单位。例如假定现有高压用户460万户，按目前营销部规划每年约有15万用户部署智慧能源单元，均需部署专网模块，应用前景可观。

2）可应用于分布式电源调控业务承载。在分布式电源接入方面，用户端侧逆变器、保护开关控制业务，需要无线专网承载。分布式光伏年均增长70%以上，2022年分布式光伏装机超过集中式光伏装机容量。上述边端涉控装置均需部署专网模块，应用前景可观。

3）可应用于配网自动化三遥业务承载。在配电自动化涉控业务中也可以进行无线专网产品的适配研究，拓展专网模块在配电网其他业务的专网承载。

4）同时本发明相关技术也可在技术咨询服务、检测服务等方面提供对外服务。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。

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。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (13)

1.一种多通道通信设备，其特征在于，包括：

主控模块，用于进行模式切换，并与业务终端交互；

通信模块，包括多个基于窄带单频点的EPDT数传通信模块，用于与所述主控模块连接，产生单频点信号；所述通信模块具有多通道聚合模式：

使用第一组频点将数据拆分为不同频点数据，进行多通道聚合；基于和基站协商的数据拆分处理流程，上行时，主控模块拆分数据，通过不同频点传输到基站，用于基站接收不同频点数据后重新封装恢复为原来数据；多通道聚合传输时，将数据拆分为若干数据分组，每个数据分组按不同通道使用不同频点传输；

合路单元，用于将产生的多路单频点信号整合到一路；

天线，用于发送整合到一路的多路单频点信号；

所述多通道通信设备采用母子板结构，所述主控模块和合路单元集成在母板上，每个EPDT数传通信模块作为子板按需与母板进行配置；

所述通信模块的单频点信号满足：

把频点分为m组，每组n个单频点；每个频点用Fij表示，i≤m，j≤n，现场终端启动后扫频，并选取频点质量满足要求的频点为第一组，依次配置后面组频点，所有的频点Fij形成频点规划表；

所述通信模块中，所有的频点Fij形成频点规划表，包括：

1）基站扫描所有可使用频点，得到每频点底噪信号值；

2）对所有频点底噪信号值排序；

3）按从低到高的顺序，将频点依次写入F11，F12，直到F1n；

4）将第一组频点同时配置完成后，剩余频点按从低到高写入第二组；

5）继续按顺序配置频点，直到所有频点配置完毕；

所述通信模块具有三种模式：等待模式、可靠通信模式及所述多通道聚合模式；

所述等待模式是启动的默认状态，定期启动扫描，自动优化频点规划表，保持第一组频点为信号最优频点；

所述可靠通信模式为多通道同传的方式，使用第一组频点，n条通道用不同频点同时传输；上行时基站在传输的任意频点均能得到信息；下行时主控模块在传输的任意通道均能得到信息；当第一组频点传输中遇到异常，切换到第二组频点传输；若还是遇到异常，依次切换下一组，直到最后一组；

所述多通道聚合模式用于采集高频业务；数据分组通过块序号区分重组。

2.根据权利要求1所述的一种多通道通信设备，其特征在于，

所述通信模块的调制方式为高斯最小频移键控调制方式。

3.根据权利要求1所述的一种多通道通信设备，其特征在于，

所述通信模块的调制方式为四电平频移键控调制方式。

4.根据权利要求3所述的一种多通道通信设备，其特征在于，

所述四电平频移键控调制方式由一个平方根升余弦滤波器和一个频率调制器级联组成。

5.根据权利要求4所述的一种多通道通信设备，其特征在于，

所述平方根升余弦滤波器采用奈奎斯特升余弦滤波器。

6.根据权利要求3所述的一种多通道通信设备，其特征在于，

所述通信模块的数据传输速率为每秒发送T个符号，每个符号由2个比特信息组成，最大频偏D定义为：

式中，h为调制频偏指数；T为每个符号的周期。

7.根据权利要求1所述的一种多通道通信设备，其特征在于，所述数据拆分的方式包括：

所述数据基于IP数据报被拆分成若干个数据块，然后每个数据块再拆分为由多个数据帧组成的数据分组，每个分组设置有用于标识的数据头帧。

8.根据权利要求7所述的一种多通道通信设备，其特征在于，所述数据头帧中有用于块重组的块序号，块序号的最高比特用来指示是否为最终块。

9.根据权利要求8所述的一种多通道通信设备，其特征在于，每个数据块长度相同或不同，长度不超过规定的最大字节数；每个数据块依次拆分为若干个数据帧；一个数据块包括数据头帧在内的帧的最大数量基于多通道通信设备的处理能力；通信模块以及基站至少需要帧的最大数量个字节的存储能力。

10.一种多通道通信设备的通讯方法，基于权利要求1至9任一项所述的多通道通信设备，其特征在于，包括：

上行时，通信终端上电启动后，扫频自动配置频点规划表，进入等待模式；主控模块接收到业务终端数据后，通过配置模式选择参数，进行模式切换：

若为一般业务，选择正常模式，单频点单通道传输；

若为控制业务，选择可靠通信模式；

若为高频采集业务，选择多通道聚合模式；多通道聚合模式包括：

使用第一组频点将数据拆分为不同频点数据，进行多通道聚合；基于和基站协商的数据拆分处理流程，上行时，主控模块拆分数据，通过不同频点传输到基站，用于基站接收不同频点数据后重新封装恢复为原来数据；多通道聚合传输时，将数据拆分为若干数据分组，每个数据分组按不同通道使用不同频点传输；

下行时，通信终端上电启动后，扫频自动配置频点规划表，进入等待模式；天线接收到数据后，通过配置模式选择参数，启用可靠通信模式。

11.根据权利要求10所述的通讯方法，其特征在于，

所述数据拆分方式包括：

所述数据基于IP数据报被拆分成若干个数据块，然后每个数据块再拆分为由多个数据帧组成的数据分组，每个分组设置有用于标识的数据头帧。

12.根据权利要求10所述的通讯方法，其特征在于，

所述等待模式是通信终端启动的默认状态，定期启动扫描，自动优化频点规划表，保持第一组频点为信号最优频点。

13.根据权利要求10所述的通讯方法，其特征在于，

所述可靠通信模式为多通道同传的方式，使用第一组频点，n条通道用不同频点同时传输；上行时基站在传输的任意频点均能得到信息；下行时主控模块在传输的任意通道均能得到信息；当第一组频点传输中遇到异常，切换到第二组频点传输；若还是遇到异常，依次切换下一组，直到最后一组。