专利名称：电力载波通信系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种通信系统及方法，尤其采用电力线通信的系统及方法。
背景技术：
在采用电力线通信实现的水表、电表和/或气表等抄表系统中，由于存在不规范 的电气设备的使用，载波通信的信道上会存在噪声干扰，这些噪声对电力线载波通信的通 信效果有很大的影响。电力线载波通信设备通常可以支持多个调制频率，但同一时刻只能选择一个频率 进行通信，通信的双方必须采用相同的调制频率才可能成功通信。现有的抄表系统，通常是在系统设计时就人为地选定了一个调制频率，设备安装 到现场之后，不能更改通信频率。其中，电力载波集中器通常采用定时的轮询方式与各个电 力载波终端进行通讯，一旦安装现场有一个固定的噪声源干扰到该选定调制频率，则整个 系统的通信可能完全瘫痪。可见，现有的系统很难适应复杂多变的现场环境。
发明内容
本发明的一个目的在于，提供一种电力线载波通信系统，该系统能够周期性地统 计分析通讯质量，并据此策略性地进行载波调制频率的动态选择，以有效规避某些调制频 率上的噪声干扰，显著提高通信成功率。为了实现上述的目的，本发明提供一种电力线载波通信系统，包括通过电力线连 接在一起并进行载波通信的集中器和至少一终端，集中器和终端上均包括微控制器、时钟、 存储器和载波通信模块，该载波通信模块包括至少两种的、可切换的调制频率，集中器与终 端上的存储器中均保存有时段调制频率配置表，集中器与终端上的微控制器通过读取时段 调制频率配置表的信息，对载波通信模块的调制频率进行选择。进一步地，为了实现上述的目的，本发明提出一种电力线载波通信方法，通过电力 线使集中器和至少一终端连接在一起并进行载波通信，在集中器和终端上均设置有微控制 器、时钟、存储器和载波通信模块，使该载波通信模块具有至少两种的、可切换的调制频率， 在集中器与终端上的存储器中均保存有时段调制频率配置表，使集中器与终端上的微控制 器通过读取时段调制频率配置表的信息，来对载波通信模块的调制频率进行选择。其中，时段调制频率配置表包括多个记录，每个记录包括时段的起止时间与该时 段所采用的调制频率。载波通信模块的所有调制频率至少在时段调制频率配置表中出现一次。集中器周期性地统计各个时段的系统总体通信成功率，在存在至少一个时段的总 体通信成功率低于设定的阀值时，更新时段调制频率配置表，并将更新后的时段调制频率 发送给与其通讯的所有终端。集中器和终端上的微控制器通过读取更新后的时段调制频率配置表的信息，对载波通信模块的调制频率进行选择。集中器在一个时段的总体通信成功率低于设定的阀值时，对该时段选用的调制频 率依策略进行调整。集中器进行调整的策略是，如果时段存在先前未使用过的调制频率，选择一先前 未使用过的调制频率来改写该时段对应记录中的调制频率内容，否则，用历史上该时段总 体通信成功率最高的调制频率来改写集中器和所有终端中未来时段调制频率配置表中该 时段对应记录中的调制频率内容，并设置它们在未来指定的时刻启用新的时段调制频率配置表。集中器周期性地对与其通讯的所有终端上的时钟进行同步。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果该通信系统通常要求在一个特定的通信周期内，所有终端能至少成功通信一次， 未成功通信的终端，将在后续时间内进行补通信。如果能在一个通信周期内变换不同的调 制频率进行通信，则能够有效规避某些调制频率上的噪声干扰，显著提高通信成功率。
图1是本发明的电力载波通信系统的结构框图。图2是本发明的电力载波通信系统中的时段调制频率配置表示例。图3是本发明的电力载波通信系统中根据时段调制频率配置表进行调制频率选 择的流程图。图4是本发明的电力载波通信系统中对时段调制频率配置表进行定期优化的流 程图。
具体实施例方式为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详 细说明。本发明的电力载波通信系统的结构，如图1所示，包括电力载波集中器1，通过电 力线与其连接在一起并进行载波通信的多个电力载波终端2，以及与集中器2通信连接的 管理中心3。集中器1的内部结构包括微控制器、时钟、存储器和载波通信模块等，该载波通信 模块包括多个可切换的调制频率，而存储器中保存有时段调制频率配置表，该时段调制频 率配置表，如图2所示，包括多个记录，每个记录包括时段的起止时间与该时段所采用的调 制频率，其中，该载波通信模块支持Fl、F2、F3三种调制频率，一天分成七个时段。类似地，终端2的内部结构也包括微控制器、时钟、存储器和载波通信模块等，该 载波通信模块包括多个可切换的调制频率，而存储器中保存有如图2所示的时段调制频率 配置表。本发明的时段调制频率的分配原则为每个时段分配该时段干扰最小的调制频 率。每天的时段数大于或等于载波通信模块所支持的最多调制频率数。每个调制频率至少 分配一个时段，干扰相对小的调制频率分配相对较长的时段。所述通信成功率是指在一个通信周期内，至少成功通信一次的终端2数占总终端2数的百分比。如此，将一个通信周期划分为不同的时间段，并在不同的时间段内采用不同的通 信调制频率，同一时段内通信双方采用相同的调制频率，以提高系统在一个周期内的总体 通信成功率的方法。所述通信周期是指一个固定长度的时间段，比如一天。所述通信系统的集中器1和所有终端2能管理自己的时钟日历，且集中器1能自 动同步所有终端2的时钟。集中器1和所有终端2按约定好的时段调制频率配置表的分配规则自动调整自己 通信采用的载波调制频率。系统中所有集中器1和所有终端2必须遵守相同约定，保证同 一时刻采用相同的调制频率。本发明的电力载波通信系统中时段调制频率配置有两种方案方案一1)集中器1和所有终端2出厂时设置好统一的时段调制频率配置表；2)集中器1每日同步所有终端2的时钟一次；3)现场运行时，系统中的集中器1和所有终端2统一遵循如图3所示的算法，以确 定当前时刻采用的载波通信调制频率。其中，N表示一天的时段总数；i 时段序号，取值范围0彡i <N;T⑴表示时段i的结束时间；F(i)表示时段i采用的载波通信调制频率；Fdef表示系统默认的载波通信调制频率；T表示系统当前时间；F表示系统通信当前采用的调制频率。这种方式，软件算法简单，能满足多数现场应用的要求。方案二1)集中器1和所有终端2出厂时设置好统一的时段调制频率配置表；2)集中器1每日同步所有终端2的时钟一次；3)现场运行时，系统中的集中器1和所有终端2统一遵循上述实施例一中的算法， 确定当前时刻采用的载波通信调制频率；4)同时，定期优化系统的时段调制频率配置表。该时段调制频率优化算法，如图4所示，包括1、集中器1统计并记录每个时段当前调制频率的通信成功率；2、集中器1和所有终端2检查自身时间，一旦达到有效的未来时段调制频率配置 表切换时间，则将未来时段调制频率配置表覆盖当前时段调制频率配置表，并立即启用新 的时段调制频率配置表。3、如果自上次切换时段调制频率配置表时间swt以来，过了三天，进入下一步；否 则，返回步骤1 ；4、对于通信成功率最低的时段，记为T(k)，如果其通信成功率低于设定的阀值 (例如70% )，则执行下一步；否则，返回步骤1 ；
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5、如果该时段还有未使用过的调制频率，为该时段选择一个未使用过的调制频 率，记为F(j)；否则，为该时段选择一个此时段内历史通信成功率最高的调制频率，记为 F(x)；6、集中器1更新自身的未来时段调制频率配置表和所有终端2的未来时段调制频 率配置表，只更新时段T (k)的调制频率为F (j)或F(x)(取决于步骤5的结果)；7、集中器1设置自身和所有终端2的未来时段调制频率配置表的切换时间为将来 的某一时刻，记为swt，返回步骤1。这种方式，所有载波设备(集中器1和所有终端2)支持当前时段调制频率配置表 和未来时段调制频率配置表，并可在指定时刻将未来时段调制频率配置表切换为当前时段 调制频率配置表。设备出厂时设置好统一的当前和未来时段调制频率配置表，出厂后未来 时段调制频率配置表允许更改，并可在指定时刻启用未来时段调制频率配置表。当系统的 通信成功率达不到要求时，集中器1自动学习调整时段调制频率分配方案，并通过上述方 法启用新的调制频率分配方案，以期逐渐提高系统通信成功率。以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围，故凡运用 本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。
权利要求
一种电力线载波通信系统，包括通过电力线连接在一起并进行载波通信的集中器和至少一终端，所述集中器和终端上均包括微控制器、时钟、存储器和载波通信模块，该载波通信模块包括至少两种的、可切换的调制频率，其特征在于，所述集中器与终端上的存储器中均保存有时段调制频率配置表，所述集中器与终端上的微控制器通过读取所述时段调制频率配置表的信息，对所述载波通信模块的调制频率进行选择。
2.如权利要求1所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述时段调制频率配置表 包括多个记录，每个记录包括时段的起止时间与该时段所采用的调制频率。
3.如权利要求2所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述载波通信模块的所有 调制频率至少在所述时段调制频率配置表中出现一次。
4.如权利要求3所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述集中器周期性地统计 各个时段的系统总体通信成功率，在存在至少一个时段的总体通信成功率低于设定的阀值 时，更新集中器和所有终端的未来时段调制频率配置表，并要求所有终端和集中器自身在 未来指定的时刻启用新的时段调制频率配置表。
5.如权利要求4所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述集中器和终端上的微 控制器在未来时段调制频率配置表切换时刻到来时，启用未来时段调制频率配置表为当前 时段调制频率配置表，并通过读取所述更新后的时段调制频率配置表的信息，对所述载波 通信模块的调制频率进行选择。
6.如权利要求4所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述集中器在一个时段的 总体通信成功率低于设定的阀值时，对该时段选用的调制频率依策略进行调整。
7.如权利要求6所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述集中器进行调整的策 略是，如果所述时段存在先前未使用过的调制频率，选择一先前未使用过的调制频率来改 写未来时段调制频率配置表所述时段对应记录中的调制频率内容，否则，用历史上所述时 段总体通信成功率最高的调制频率来改写时段调制频率配置表所述时段对应记录中的调 制频率内容。
8.如权利要求4所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述集中器周期性地对与 其通讯的所有终端上的时钟进行同步。
9.一种电力线载波通信方法，通过电力线使集中器和至少一终端连接在一起并进行载 波通信，在所述集中器和终端上均设置有微控制器、时钟、存储器和载波通信模块，使该载 波通信模块具有至少两种的、可切换的调制频率，其特征在于，在所述集中器与终端上的存 储器中均保存有时段调制频率配置表，使所述集中器与终端上的微控制器通过读取所述时 段调制频率配置表的信息，来对所述载波通信模块的调制频率进行选择。
10.如权利要求9所述的电力线载波通信方法，其特征在于，所述时段调制频率配置表 包括多个记录，每个记录包括时段的起止时间与该时段所采用的调制频率。
全文摘要
一种电力载波通信系统及方法，包括通过电力线连接在一起并进行载波通信的集中器和至少一终端，集中器和终端上均包括微控制器、时钟、存储器和载波通信模块，该载波通信模块包括至少两种的、可切换的调制频率，集中器与终端上的存储器中均保存有时段调制频率配置表，集中器与终端上的微控制器通过读取时段调制频率配置表的信息，对载波通信模块的调制频率进行选择。该通信系统通常要求在一个特定的通信周期内，所有终端能至少成功通信一次，未成功通信的终端，将在后续时间内进行补通信。如果能在一个通信周期内变换不同的调制频率进行通信，则能够有效规避某些调制频率上的噪声干扰，显著提高通信成功率。
文档编号H04B3/54GK101944937SQ200910151279
公开日2011年1月12日 申请日期2009年7月1日 优先权日2009年7月1日
发明者曾凡华, 王春国, 黄永学 申请人:深圳长城开发科技股份有限公司