一种基于细频率颗粒度的跨频带电力线载波频率认知方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力通信领域，具体涉及一种基于细频率颗粒度的跨频带电力线载波 频率认知方法。
【背景技术】
[0002] 电力线载波通信（PowerLineCommunication，PLC)技术是一种利用电力线路作 为通信媒介来传输数据信息的通信方式，常规的电力线通信技术是在已有的电力线路上， 加载经过调制的高频载波信号进行通信，因此，电力线通信通常称之为电力线载波通信。按 照载波通信线路的电压等级，PLC技术一般包括：将35kV及以上电压等级的高压输电线路 作为通信媒介的高压电力线载波通信，将10kV电压等级的中压输电线路作为通信媒介的 中压电力线载波通信，以及将380/220V电压等级的低压输电线路作为通信媒介的低压电 力线载波通信。
[0003] 目前，常规面向智能电网应用的PLC技术均工作在预先规定的频率范围内，典型 的包括窄带PLC的30-500kHz、宽带PLC的2-30MHZ。传统窄带PLC易于实现，但传输速率 低、抗干扰能力弱；宽带PLC传输速率高、可承载业务多，但往往单跳通信距离受限。事实 上，噪声、衰减等电力线信道特性具有显著的频率选择性特征，且受电网拓扑结构、线路特 性和负载特点等因素影响，呈现出与地域相关的差异性和不可预测性。实际应用表明，PLC 采用单一工作频率，难以实现在不同信道条件、应用场景下的全覆盖，易造成通信盲点，其 链路稳定性无法满足智能电网业务的通信需求。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提供一种基于细频率颗粒度的跨频带电力线载波频 率认知方法，通过对PLC通信频率资源跨频带的拓展，对低频、中频、高频等不同频带分别 进行细频率颗粒度的认知，从而使得PLC能够在极端恶劣的信道条件下充分搜索可通信频 率并建立稳定的通信链路，提高了PLC灵活应对差异化电力线信道环境的能力，适应了PLC 技术未来的发展方向。
[0005] 本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
[0006] 一种基于细频率颗粒度的跨频带电力线载波频率认知方法，其改进之处在于，包 括：
[0007] (1)构建由主站、从站、上行链路和下行链路组成的电力线载波通信系统模型；
[0008] (2)将工作频率分为低频、中频和高频；
[0009] (3)根据低频、中频和高频的细频率颗粒度特征，分别对低频、中频和高频的带宽 以重叠或不重叠的方式进行划分；
[0010] (4)获取低频细频率颗粒度子频带、中频细频率颗粒度子频带和高频细频率颗粒 度子频带；
[0011] (5)分别测量当前时刻和工作频率下所述主站和所述从站的电力线信道噪声；
[0012] (6)分别计算当前时刻和工作频率下所述上行链路的电力线信道衰减和所述下行 链路的电力线信道衰减；
[0013] (7)分别计算当前时刻和工作频率下所述上行链路和所述下行链路的链路质量指 示LQI;
[0014] (8)设置链路质量指示门限值，获取当前时刻和细频率颗粒度子频带全部频点对 应的所述上行链路和所述下行链路的链路质量指示LQI均小于所述链路质量指示门限值 的可用细频率颗粒度子频带，并对所述可用细频率颗粒度子频带进行频谱聚合。
[0015] 优选的，所述步骤（1)中，主站为PLC系统中的一台PLC设备，从站为与主站相邻 的一台PLC设备，上行链路为所述从站至所述主站方向的链路，下行链路为所述主站至所 述从站方向的链路。
[0016] 优选的，所述步骤（2)中，所述低频频率为30kHz至500kHz，所述中频频率为 500kHz至1. 6MHz，所述高频频率为1. 6MHz至30MHz。
[0017] 优选的，所述步骤（3)中，所述低频、中频和高频的细频率颗粒度特征包括：低频 细频率颗粒度特征为低频细频率颗粒度子频带宽度为1kHz至10kHz，中频细频率颗粒度特 征为中频细频率颗粒度子频带宽度为10kHz至100kHz，高频细频率颗粒度特征为高频细频 率颗粒度子频带宽度为100kHz至1MHz。
[0018] 优选的，所述步骤（5)中，分别测量当前时刻和工作频率下所述主站和所述从站 的电力线信道噪声，包括：
[0019] 测量分辨率带宽为1kHz至30kHz，当前时刻和工作频率下所述主站和所述从站的 电力线信道噪声公式为：
[0020]
[0021] 式（1-1)中，N〇iseave(t)为t时刻N次测量得到的噪声测量结果的平均值， NG(1，10)，N〇iSeave (t-1)为t-1时刻N-1次测量得到的噪声测量结果的平均值， N〇isemeas(t)为t时刻测量得到的噪声功率。
[0022] 优选的，所述步骤（6)中，计算当前时刻和工作频率下所述下行链路的电力线信 道衰减，包括：将所述主站作为发送端，所述从站作为接收端，所述发送端将扫频信号发送 至接收端；所述下行链路的电力线信道衰减为发送端发送的所述扫频信号强度减去接收端 接收的信号强度。
[0023] 优选的，所述步骤（6)中，计算当前时刻和工作频率下所述上行链路的电力线信 道衰减，包括：将所述从站作为发送端，所述主站作为接收端，所述发送端将扫频信号发送 至接收端；所述上行链路的电力线信道衰减为发送端发送的所述扫频信号强度减去接收端 接收的信号强度。
[0024] 优选的，所述步骤（7)中，分别计算当前时刻和工作频率下所述上行链路和所述 下行链路的链路质量指示LQI，包括：
[0025] 上行链路的链路质量指示LQI=主站的电力线信道噪声+上行链路的电力线信道 衰减；
[0026] 下行链路的链路质量指示LQI=从站的电力线信道噪声+下行链路的电力线信道 衰减。
[0027] 优选的，所述步骤（8)中，所述链路质量指示门限值为：所述当前时刻和工作频率 下所述上行链路和所述下行链路的链路质量指示LQI的最小值加5_15dB。
[0028] 优选的，所述步骤（8)中，对所述可用细频率颗粒度子频带进行频谱聚合，包括：
[0029] 分别对所述低频细频率颗粒度子频带、中频细频率颗粒度子频带和高频细频率颗 粒度子频带中的所述可用细频率颗粒度子频带进行频带内频谱聚合；
[0030] 对所述低频细频率颗粒度子频带和所述中频细频率颗粒度子频带中的所述可用 细频率颗粒度子频带进行跨频带频谱聚合；
[0031] 对所述中频细频率颗粒度子频带和所述高频细频率颗粒度子频带中的所述可用 细频率颗粒度子频带进行跨频带频谱聚合。
[0032] 本发明的有益效果：
[0033] (1)本发明提出的一种基于细频率颗粒度的跨频带电力线载波频率认知方法，能 够将PLC工作频率的选择范围拓展至从几十千赫兹到几十兆赫兹的跨频带，涵盖了低频、 中频和高频频段，打破了传统PLC工作频率窄带和宽带的分割，提高了频率利用率及选择 的灵活性。
[0034] (2)将低频、中频和高频等不同频带各自分别划分成满足细频率颗粒度特征的子 频带，实现了更精细的频率认知，使得在极端恶劣的信道条件下，也可保证PLC通信接入。
[0035] (3)在PLC主站、从站对电力线信道噪声、衰减进行测量的基础上，引入了链路质 量指示LQI作为电力线载波频率认知的重要参数指标，能够客观反映不同频率处的信道质 量，原理简单、易于实现。
[0036] (4)通过将满足链路质量指示LQI门限的可用细频率颗粒度子频带聚合起来，实 现多频带并行传输，提高了PLC对智能电网业务的支撑能力。
[0037] (5)考虑了电力线信道的双向不对称性，支持对从站至主站上行链路、主站至从站 下行链路分别认知选择合适的工作频率。
[0038] (6)能够进一步扩展到多个PLC节点组网的场景，通过为每条链路认知选择合适 的工作频率，可实现多频组网，有效提高了PLC网络的覆盖性能。
【附图说明】
[0039] 图1是本发明一种基于细频率颗粒度的跨频带电力线载波频率认知方法流程图； [0040] 图2是电力线载波通信系统结构示意图；
[0041]图3是电力线载波通信系统模型示意图；
[0042] 图4是跨频带PLC工作频率选择范围示意图；
[0043] 图5是以相互不重叠的方式划分满足细频率颗粒度特征的细频率颗