建立电力线载波通信系统双向链路的方法
【专利摘要】本发明提供一种建立电力线载波通信系统双向链路的方法，该方法包括以下步骤：I、确定PLC设备的传输信息；II、时间同步建立；III、候选频率估计；IV、双向链路建立。该方法基于频率认知技术建立双向链路，将PLC系统的工作频率选择范围扩展到从三十千赫兹到三十兆赫兹，使参与通信的双方能够根据各自的信道状况，自适应地选择最佳的通信频率，从而增强用于智能电网的PLC技术的可靠性。
【专利说明】建立电力线载波通信系统双向链路的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力通信领域的方法，具体涉及一种建立电力线载波通信系统双向链路的方法。
【背景技术】
[0002]电力线通信技术是一种利用电力线缆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(Power Line Communications,PLC)。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IOkV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PLC技术在点到点之间建立双向链路均采用固定频点通信方式，其工作频率通常在载波模块出厂前就予以确定，无法根据实际电力线载波信道状况及其变化进行自适应调整，从而在一定程度上造成了频率适应性较差，可靠性无法满足业务的通信需求。
[0004]因此，需要提供一种可靠性高、灵活性高的电力线载波通信系统双向链路的建立方法。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供一种基于频率认知技术建立电力线载波通信系统双向链路的方法，该方法基于频率认知技术建立双向链路，可以将PLC系统的工作频率选择范围扩展到从三十千赫兹到三十兆赫兹，使参与通信的双方能够根据各自的信道状况，自适应地选择最佳的通信频率，从而增强用于智能电网的PLC技术的可靠性。
[0006]为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案:
[0007]—种基于频率认知技术建立电力线载波通信系统双向链路的方法，其改进之处在于:所述方法包括以下步骤:
[0008]1、确定PLC设备的传输信息；11、时间同步建立；111、候选频率估计；IV、双向链路建立。
[0009]进一步的，所述方法是用于三十千赫兹到三十兆赫兹频率范围的电力线载波通信系统双向链路建立方法；
[0010]在点到点半双工通信模式下，PLC设备在对应候选频率处发送、接收信号的带宽、调制方式保持一致，根据电力线信道状况自适应选择最佳的工作频率。
[0011]进一步的，所述步骤I包括:确定PLC设备的信号传输方向、候选频率集合和PLC设备发送、接收信号的基本时隙长度T。
[0012]进一步的，所述候选频率集合包括N个频率，I < N < 5。[0013]进一步的，所述步骤II包括:所述电力线载波通信设备的PLC设备A按照时隙T，在候选频率上循环执行发送、接收信号；
[0014]所述电力线载波通信设备的PLC设备B按照时间间隔(2N+1)T在候选频率上循环接收信号，I < NS 5。
[0015]进一步的,所述步骤III包括:
[0016]PLC设备A与PLC设备B建立时间同步关系后，所述PLC设备A继续循环执行发送、接收信号；
[0017]PLC设备B按照与所述PLC设备A相反时隙T循环执行发送、接收信号。
[0018]进一步的，所述步骤IV包括以下步骤:
[0019]S401、经过候选频率估计阶段，PLC设备B将携带正向链路通信频率的信号发送至PLC设备A ；
[0020]S402、下一个时隙T，所述PLC设备A切换频率，以正向链路通信频率将携带反向链路通信频率的信号发送至PLC设备B ；
[0021]S403、所述PLC设备B获得反向链路通信频率；
[0022]S405、在下一个时隙T，所述PLC设备B以反向链路通信频率发送确认信号至所述PLC设备A，所述PLC设备A以反向链路通信频率接收确认信号；
[0023]S406、PLC系统双向链路建立。
[0024]进一步的，运用所述方法的两台PLC设备在对应候选频率处发送、接收信号的带宽在三十千赫兹到三百千赫兹范围内选择；
[0025]运用所述方法的两台PLC设备在对应候选频率处发送、接收信号的基本时隙长度在一毫秒到九十毫秒范围内选择。
[0026]进一步的，所述方法中，选用的调制方式包括窄带调制、扩频或OFDM中的一种或多种。
[0027]进一步的，对所述候选频率的评估采用多次接收，并依据每次接收的信噪比计算平均接收信噪比的统计分析方法，将平均接收信噪比最大的频点确定为链路的最佳通信频率，且平均次数不超过5次。
[0028]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0029]1、本发明的方法基于频率认知技术建立电力线载波通信系统的双向链路，突破了传统电力线载波通信系统依赖于固定频点的通信模式，将PLC工作频率的选择范围扩展到从三十千赫兹到三十兆赫兹，使得PLC系统能够自适应电力线载波信道环境的变化，提高了载波通信频率选择的灵活性和系统的可靠性。
[0030]2、本发明的方法通过在点到点的通信对端之间事先约定一个具有一定规模的候选频率集合，可以人为地避开无线电广播、航空无线电等敏感频段，避免PLC系统可能对无线电业务造成的干扰。
[0031]3、本发明的方法在点到点的通信对端之间事先约定的候选频率集合可以根据PLC技术应用的具体场景(如线路电压等级、通信距离、业务需求等)有针对性地选择频点，充分发挥窄带、宽带频段在PLC通信中各自的优势。
[0032]4、本发明的方法的候选频率估计阶段可以依据在每个频点上的平均接收信噪比，从统计意义上系统、全面地获得点到点双向链路的信道状况信息，为PLC系统自适应选择良好的工作频段，提高通信的可靠性打下了基础。
[0033]5、本发明的方法可以扩展到PLC组网环境下，使得每段链路均能够自适应选择最佳工作频率，满足智能电网业务对通信可靠性的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为点到点的电力线载波通信系统示意图；
[0035]图2为频率认知实施流程中的时间同步建立阶段示意图；
[0036]图3为频率认知实施流程中的候选频率估计阶段示意图；
[0037]图4为频率认知实施流程中的双向链路建立阶段示意图；
[0038]图5为基于频率认知技术的PLC系统双向链路建立流程图。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0040]如图1所示，图1为点到点的电力线载波通信系统示意图；电力线载波通信系统由电力线载波通信设备(载波收发信机)和电力线信道两部分组成。电力线载波通信设备负责高频载波信号在电力线上的耦合和提取，电力线信道是由包含多条电力线路及各种电力设施、用电设备组成的电力网络。尽管实际PLC网络结构较为复杂，但相邻的两台载波通信设备均可以看成是点到点的拓扑结构，其中一台载波通信设备为PLC设备A，另外一台载波通信设备为PLC设备B。两台PLC载波通信设备通过电力线信道进行连接。
[0041]本发明提供的一种建立电力线载波通信系统双向链路的方法，包括以下步骤:
[0042]步骤一、确定PLC设备的传输信息。
[0043]该方法采用点到点半双工通信模式；其中的PLC设备在对应候选频率处发送、接收信号的带宽、调制方式保持一致，实现了 PLC设备根据电力线信道状况自适应选择最佳的工作频率。该方法适用于三十千赫兹到三十兆赫兹频率范围的电力线载波通信系统双向链路建立方法。确定PLC设备的信号传输方向、候选频率集合和PLC设备发送、接收信号的基本时隙长度T。
[0044]候选频率集合包括N个频率，I < N < 5。
[0045]步骤二、进入时间同步建立阶段。
[0046]电力线载波通信设备包括PLC设备A和PLC设备B。PLC设备A按照时隙T，在候选频率上循环执行发送、接收信号；PLC设备B按照时间间隔(2N+1)T在候选频率上循环接收信号，I < NS 5。
[0047]步骤三、进入候选频率估计阶段。
[0048]PLC设备A与PLC设备B建立时间同步关系后，PLC设备A继续循环执行发送、接收信号；
[0049]PLC设备B按照与PLC设备A相反时隙T循环执行发送、接收信号；
[0050]PLC设备A和PLC设备B依据各自在每个频点上的平均接收信噪比确定双向链路的最佳通信频率。
[0051 ] 步骤四、进入双向链路建立阶段。
[0052]经过候选频率估计阶段，PLC设备B将携带正向链路通信频率的信号发送至PLC设备A ;下一个时隙T，PLC设备A切换频率，以正向链路通信频率将携带反向链路通信频率的信号发送至PLC设备B ；PLC设备B获得反向链路通信频率；在下一个时隙T，PLC设备B以反向链路通信频率发送确认信号至PLC设备A，PLC设备A以反向链路通信频率接收确认信号；PLC系统双向链路建立。
[0053] 运用本发明的上述方法，两台PLC设备在对应候选频率处发送、接收信号的带宽在几十千赫兹到几百千赫兹范围内选择，具体可以为三十千赫兹到三百千赫兹；两台PLC设备在对应候选频率处发送、接收信号的基本时隙长度在几毫秒到几十毫秒范围内选择，具体可以为一毫秒到九十毫秒。
[0054]结合具体实施例及附图进行说明，本发明的方法包括以下步骤:
[0055]步骤一、确定PLC设备的传输信息。
[0056]本实施例中，设定PLC设备A至PLC设备B的信号传输方向为正向，反之为反向；两台载波通信设备均使用半双工方式进行通信；两台载波通信设备的候选频率集合包含3个频率，分别为f\，f2和f3 ;两台载波通信设备在对应候选频率处发送、接收信号的带宽，及调制方式等须保持一致；两台载波通信设备发送、接收信号的基本时隙长度为T。
[0057]步骤二、进入时间同步建立阶段。
[0058]PLC设备A在挂网初期，首先按照时隙T，按顺序逐个在f1; f2和f3频率上执行发送、接收信号的操作，即经过6T的时间完成一次遍历。该过程将循环进行，称为“6T”工作模式。
[0059]PLC设备B在挂网初期，首先按照时间间隔7T，按顺序逐个在f1; f2和f3频率上执行接收信号的操作，即经过21T的时间完成一次遍历。该过程将循环进行，称为“21T”工作模式。
[0060]如图2所示，图2为频率认知实施流程中的时间同步建立阶段示意图；由于两台载波通信设备的循环周期不一致，且PLC设备B在I个频率上的接收时间7T要大于PLC设备A在3个频率上的发送、接收循环周期6T，因此保证了经过一定的时间，PLC设备B能够接收到PLC设备A发送的信号。一旦接收到信号，两台载波通信设备即建立起时间同步关系。在本实施例中假设PLC设备B首先是在频率上接收到PLC设备A发送的信号。
[0061]步骤三、进入候选频率估计阶段。
[0062]两台载波通信设备建立起时间同步关系后，PLC设备A仍然保持其“6T”工作模式不变，PLC设备B则从“21T”工作模式切换到“6T”工作模式。所不同的是，PLC设备B的发送、接收信号时隙顺序与PLC设备A的正好相反。
[0063]为保证候选频率估计阶段能够对可选择的候选频率进行系统、全面的评估，在本实施例中规定正向和反向链路频率的选择均采用3次确认机制，即两台载波通信设备在3个候选频率上均尝试3次接收，再经过“ 17T”的时间，PLC设备A和PLC设备B则依据各自在每个频点上的平均接收信噪比(Signal to Noise Ratio，SNR)确定双向链路的最佳通信频率。如图3所示，图3为频率认知实施流程中的候选频率估计阶段示意图。
[0064]步骤四、双向链路建立阶段。
[0065]如图4所示，图4为频率认知实施流程中的双向链路建立阶段示意图；经过候选频率估计阶段，进入双向链路建立阶段。当PLC设备B确定正向链路通信频率〖$后，将该频率信息反馈给PLC设备A ;当PLC设备A确定反向链路通信频率后，将该频率信息反馈给PLC设备B。
[0066]双向链路建立阶段，由PLC设备B将G反馈给PLC设备A，PLC设备A在频率上接收信号，由于此时PLC设备B仍不知道反向链路通信频率，其仍沿用频率轮询方式，即从下一时隙T起，从频率开始尝试发送携带正向链路频率信息f $的信号给PLC设备A，其间穿插着以时隙T在频率上接收信号。
[0067]在本实施例中假设f &=f2，则当PLC设备B执行到以频率f2发送携带正向链路频率信息f I的信号给PLC设备A时，后者能够获得正向链路频率信息。在下一个时隙T，PLC设备A切换到以频率发送携带反向链路频率信息f &的信号给PLC设备B，后者则正好是在频率上进行接收，从而获得反向链路通信频率。
[0068]PLC设备B获知反向链路通信频率后，在下一个时隙T以频率f&发送确认信号ACK给PLC设备A，后者则以频率€&接收确认信号。基于频率认知技术，PLC系统双向链路建立。
[0069]如图5所示，图5为基于频率认知技术的PLC系统双向链路建立流程图；按照时间同步建立阶段、候选频率估计阶段、双向链路建立阶段的顺序，PLC设备A和PLC设备B分别在候选频率范围内确定最佳的正向、反向链路通信频率，并建立可靠连接。同时，该频率认知过程会根据电力线载波信道特性的变化周期性启动，以及时更新双向链路的最佳通信频率，提高PLC技术的可靠性和对时变载波信道的适应性。
[0070]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范围当中。
【权利要求】
1.一种建立电力线载波通信系统双向链路的方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤:1.确定PLC设备的传输信息；11、时间同步建立；111、候选频率估计；IV、双向链路建立。
2.如权利要求1所述的一种建立电力线载波通信系统双向链路的方法，其特征在于:所述方法是用于三十千赫兹到三十兆赫兹频率范围的电力线载波通信系统双向链路建立方法；在点到点半双工通信模式下，PLC设备在对应候选频率处发送、接收信号的带宽、调制方式保持一致，根据电力线信道状况自适应选择最佳的工作频率。
3.如权利要求1所述的一种建立电力线载波通信系统双向链路的方法，其特征在于:所述步骤I包括:确定PLC设备的信号传输方向、候选频率集合和PLC设备发送、接收信号的基本时隙长度T。
4.如权利要求3所述的一种建立电力线载波通信系统双向链路的方法，其特征在于:所述候选频率集合包括N个频率，I < N < 5。
5.如权利要求1所述的一种建立电力线载波通信系统双向链路的方法，其特征在于:所述步骤II包括:所述电力线载波通信设备的PLC设备A按照时隙T，在候选频率上循环执行发送、接收信号；所述电力线载波通信设备的PLC设备B按照时间间隔(2N+1)T在候选频率上循环接收信号，I <N< 5。
6.如权利要求1所述的一种建立电力线载波通信系统双向链路的方法，其特征在于:所述步骤III包括:PLC设备A与PLC设备B建立时间同步关系后，所述PLC设备A继续循环执行发送、接收信号；PLC设备B按照与所述PLC设备A相反时隙T循环执行发送、接收信号。
7.如权利要求1所述的一种建立电力线载波通信系统双向链路的方法，其特征在于:所述步骤IV包括以下步骤:5401、经过候选频率估计阶段，PLC设备B将携带正向链路通信频率的信号发送至PLC设备A ；5402、下一个时隙T，所述PLC设备A切换频率，以正向链路通信频率将携带反向链路通信频率的信号发送至PLC设备B ；5403、所述PLC设备B获得反向链路通信频率；5404、在下一个时隙T，所述PLC设备B以反向链路通信频率发送确认信号至所述PLC设备A，所述PLC设备A以反向链路通信频率接收确认信号；5405、PLC系统双向链路建立。
8.如权利要求1所述的一种建立电力线载波通信系统双向链路的方法，其特征在于:运用所述方法的两台PLC设备在对应候选频率处发送、接收信号的带宽在三千赫兹到三百千赫兹范围内选择；运用所述方法的两台PLC设备在对应候选频率处发送、接收信号的基本时隙长度在一毫秒到九十毫秒范围内选择。
9.如权利要求1所述的一种建立电力线载波通信系统双向链路的方法，其特征在于:所述方法中，选用的调制方式包括窄带调制、扩频或OFDM中的一种或多种。
10.如权利要求4所述的一种建立电力线载波通信系统双向链路的方法，其特征在于:对所述候选频率的评估采用多次接收，并依据每次接收的信噪比计算平均接收信噪比的统计分析方法，将平均接收信噪比最大的频点确定为链路的最佳通信频率，且平均次数不超过5次。`
【文档编号】H04B3/54GK103607224SQ201310632592
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】陆阳, 刘伟麟, 杨冰, 高鸿坚, 李建岐, 陶峰, 赵涛, 褚广斌, 李晓龙, 魏明磊, 孙辰军 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 国网河北省电力公司