一种多模宽带载波电力线通信系统的制作方法

1.本技术各实施例属于通信技术领域，特别是涉及一种多模宽带载波电力线通信系统。


背景技术：

2.目前，我国智能电网的电力通信接入网在实施、建设和相关研究中，主要采用的是单一的传输通信介质，如光纤、hplc、宽带无线和微功率无线，缺乏对多种介质融合及其通信芯片技术的系统研究。目前国内主流的电力接入通信方式为hplc，因该技术利用宽带ofdm技术，不需要另外铺设专用的通信线路，可以利用已有的配电线路进行传输，这样不仅方便于统一管理，而且投资建设成本低；hplc不足之处在于通容易受到加性和乘性千扰、非线性失真和信道交叉调制的影响，不容易通过变电站等阻断点，最严重的是一旦线路损坏，信道通信就会立即中断。针对以上hplc存在的问题，国内一般做法是采用微功率无线来做补偿，通信，即在hplc网络无法通信时候，使用微功率无线自组网方式补充通信，该方式虽然可以解决hplc通信不足问题，但是由于微功率速率低，无法满足宽带接入要求。


技术实现要素：

3.本技术实施例的目的在于提供一种多模宽带载波电力线通信系统，集成了宽带电力载波、微功率无线、蓝牙通信功能，可以实现“四表合一”集抄功能，支持电力物联网传感网络节点接入实现多信道多模式的数据传输。此外，芯片可支持多种调制解调方式，支持各种组网方式，满足绝大部分的物联网应用场景，从而解决背景技术中的问题。
4.为了解决上述技术问题，本技术实施例提供的多模宽带载波电力线通信系统的技术方案具体如下：
5.本技术实施例公开了一种多模宽带载波电力线通信系统，所述通信系统包括：
6.载波电路；
7.多模电力通信终端，与所述载波电路电连接，并用于提供无线局域网；
8.功耗调整模块，与所述载波电路电连接，用于调整所述载波电路的功耗；
9.集成电路模块，用于通过所述载波电路与多模电力通信终端和功耗调整模块连接；
10.处理器，用于与所述集成电路模块电连接。
11.在上述任一方案中优选的实施例，所述多模电力通信终端，还包括：
12.在ofdm技术和射频技术两通道上分时发送信标帧，多模电力通信终端选择电力线载波信道或无线信道进行组网，其中，所述多模电力通信终端记录所有入网节点的模块类型和接入通道方式。
13.在上述任一方案中优选的实施例，所述多模电力通信终端用于为数据监测终端设备提供无线局域网的接入，所述多模电力通信终端，还用于为数据监测终端提供wifi通信资源，与数据监测终端建立连接；并通过3g/4g通信资源通道，与管控中心建立连接，实现局
域网与广域网之间的ip业务数据的收发。
14.在上述任一方案中优选的实施例，所述调整所述载波电路的功耗，具体包括以下内容：
15.载波电路的低功耗工作模式，在载波电路的低功耗工作模式接收下，载波电路定时唤醒；
16.载波电路与射频技术电路的分时工作模式，在载波电路与射频技术电路的分时工作模式下，以及硬件于算法的配合的时候，使载波电路和射频技术在不同的时隙工作；
17.改进组网方式，在子网内部自动侦测当前通信环境，采用单模方式，在子网间采用双模方式；
18.在上述任一方案中优选的实施例，所述集成电路模块，包括：
19.fpga软件设计、mcu软件设计以及用户操作界面设计；
20.所述用户操作界面设计，为用户提供上位机以及触摸屏界面，用于接收用户对新型数字微镜芯片的测试操作指令，并将测试操作指令传输至辅助控制器；
21.mcu软件设计用于指令解析、模块通信与系统控制，指令解析模块接收来自用户的操作指令，将解析后的信息传输至其他三个模块进行不同的测试操作。
22.与现有技术相比，本技术实施例的多模宽带载波电力线通信系统，集成了宽带电力载波、微功率无线、蓝牙通信功能，可以实现“四表合一”集抄功能，支持电力物联网传感网络节点接入实现多信道多模式的数据传输。此外，芯片可支持多种调制解调方式，支持各种组网方式，满足绝大部分的物联网应用场景。
附图说明
23.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一组件分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的组件件或组件分，本领域技术人员应该理解的是，这些附图未必是按比例绘制的，在附图中：
24.图1为本技术实施例多模宽带载波电力线通信系统的流程示意图。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一组件分的实施例，而不是全组件的实施例。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范围。
26.实施例
27.如图1所示，本技术实施例提供了一种多模宽带载波电力线通信系统，所述通信系统，包括：
28.载波电路；
29.多模电力通信终端，与所述载波电路电连接，并用于提供无线局域网；所述多模电
力通信终端，还包括：在ofdm技术和射频技术两通道上分时发送信标帧，多模电力通信终端选择电力线载波信道或无线信道进行组网，其中，所述多模电力通信终端记录所有入网节点的模块类型和接入通道方式；所述多模电力通信终端用于为数据监测终端设备提供无线局域网的接入，所述多模电力通信终端，还用于为数据监测终端提供wifi通信资源，与数据监测终端建立连接；并通过3g/4g通信资源通道，与管控中心建立连接，实现局域网与广域网之间的ip业务数据的收发；
30.功耗调整模块，与所述载波电路电连接，用于调整所述载波电路的功耗；
31.集成电路模块，用于通过所述载波电路与多模电力通信终端和功耗调整模块连接；所述集成电路模块，包括：fpga软件设计、mcu软件设计以及用户操作界面设计；所述用户操作界面设计，为用户提供上位机以及触摸屏界面，用于接收用户对新型数字微镜芯片的测试操作指令，并将测试操作指令传输至辅助控制器；
32.mcu软件设计用于指令解析、模块通信与系统控制，指令解析模块接收来自用户的操作指令，将解析后的信息传输至其他三个模块进行不同的测试操作
33.处理器，用于与所述集成电路模块电连接，所述调整所述载波电路的功耗，具体包括以下内容：
34.载波电路的低功耗工作模式，在载波电路的低功耗工作模式接收下，载波电路定时唤醒；
35.载波电路与射频技术电路的分时工作模式，在载波电路与射频技术电路的分时工作模式下，以及硬件于算法的配合的时候，使载波电路和射频技术在不同的时隙工作；
36.改进组网方式，在子网内部自动侦测当前通信环境，采用单模方式，在子网间采用双模方式。
37.在本发明实施例所述的多模宽带载波电力线通信系统中，用于电力线抄表的通信模块对功耗有严格的要求，在国网电科院的要求文档中，对于单相模块，静态功耗不得大于250mw，动态功耗不得大于1.5w。一般的载波模式下，尤其在ofdm方式下，目前已有芯片的静态功耗普遍比较大。如果再增加rf电路，静态功耗要求很难满足。在动态功耗方面，由于要尽可能大的将载波信号发送到电力线，对于电能表能提供的电源容量，基本已经充分利用，如果再增加射频部分，电源供电也将捉襟见肘。实践中，一般采用如下手段降低双模模块的功耗：
38.(1)载波电路的低功耗工作模式
39.在载波电路的低功耗工作模式接收下，载波电路定时唤醒，这样可以有效降低模块的静态功耗。
40.(2)载波与rf电路的分时工作模式
41.在载波与rf电路的分时工作模式下，以及硬件于算法的配合的时候，使载波和rf在不同的时隙工作，从而降低模块的动态功耗。
42.(3)改进组网方式
43.在子网内部自动侦测当前通信环境，采用适合的单模方式，而在子网间采用灵活的双模方式，降低动态功耗的同时提高组网效率。
44.在本发明实施例所述的多模宽带载波电力线通信系统中，目前，主流fpga测试方法有两类，一种是基于bist的功能测试，另一种是基于ate的功能测试，两者相比ate具有适
合大批量、流水化测试的优点。芯片测试行业中的主流自动测试设备是泰瑞达公司生产的j750系列和ultraflex测试机台,两种测试机台均集成高精度电源、计量仪器、信号发生器、模式(pattern)生成器等功能。实习单位目前使用的两种fpga测试设备j750ex和ultraflex在测试通道(channel)数量、模式生成器向量存储深度等方面均满足fpga芯片测试要求，但j750ex测试机台所支持的最大数据速率仅为400bps，即数据时钟频率最大为200mhz。为满足xc4vsx55型fpga芯片最大400mhz时钟频率的要求采用数据速率达到800mbps的ultraflex测试机台搭建测试平台。
45.fpga整体架构
46.本系统的软件设计主要分为三个部分，分别是fpga软件设计、mcu软件设计以及用户操作界面设计。
47.其中，用户操作界面为用户提供了上位机以及触摸屏界面，用于接收用户对新型数字微镜芯片的测试操作指令，并将测试操作指令传输至辅助控制器。mcu软件负责指令解析、模块通信与系统控制。指令解析模块接收来自用户的操作指令，将解析后的信息传输至其他三个模块进行不同的测试操作；视频处理器控制模块实现对sii9616的控制；芯片内部温度测试模块直接对新型数字微镜芯片进行温度测试；数据互连模块(mcu)则将用户操作界面传递的测试信息传输至核心处理器。
48.在本发明实施例所述的多模宽带载波电力线通信系统中，fpga软件负责对新型数字微镜芯片进行功能测试，实现测试数据的传递。数据互连模块(fpga)判断来自mcu的测试指令种类，将测试信息按需传输至相应的芯片功能测试模块，并控制新型数字微镜驱动模块实现芯片的功能测试。核心处理器将测试得到的数据回传至mcu，mcu接收到回传数据后传输至操作界面进行数据显示，完成新型数字微镜芯片的自动化功能测试。
49.在本发明实施例所述的多模宽带载波电力线通信系统中，fft处理器硬件的实现结构主要是迭代结构和流水线结构。流水线结构适用于高速实时处理的使用场景。在大点数下，存储资源和计算资源的需求相比迭代结构要高得多。对于宽带载波通信系统，fft大小为1024点，采样率仅为25mhz，可知单ofdm符号的接收时间不小于40.96us，数据速率并不高。而专用芯片的系统时钟可设计达到4倍或更高于采样速率。这样，选用面积相对较小的迭代结构就可以满足系统的处理时延要求，实现实时处理。一种有效的2蝶并行迭代架构，低延时共享存储器结构可同时实现外部数据输入和计算单元的读写或同时支持结果输出和计算单元的读写。两个蝶形计算单元并行计算。块浮点单元负责在有限字长下改善fft处理的动态范围。控制单元协调fft迭代计算过程、存储器调度以及控制旋转因子生成。
50.在本发明实施例所述的多模宽带载波电力线通信系统中，应用数据时分分集收发：ofdm无线+hplc宽带载波电力线；cco会在hplc+rf两通道上分时发送信标帧，cco、sta节点综合场强、信号强度、信噪比等参数指标及其算法选择电力线载波信道或无线信道。组网未完成时，为了帮助未入网的节点接入网络，cco和sta节点均在hplc+rf双通道上都发送和转发信标帧。cco记录所有入网节点的模块类型和接入通道方式，方便后续发送其他报文时选择正确的通道，而pco仅记录本节点各子节点的模块类型和接入通道。组网完成后，cco和sta的信标发送通道是由本节点与直连子节点的链路类型决定的，而非由cco统一安排的。以cco为中心，以pco(智能电表/i型采集器通信单元、高速载波ii型采集器)为中继代理，连接所有sta(智能电表/i型采集器通信单元、高速载波ii型采集器)。
51.在本发明实施例所述的多模宽带载波电力线通信系统中，分集通信改善了掉包率：由于宽带无线上优异的传输性能和hplc强大的物理层协议，保证了极低的无线通信掉包率；分集通信组网提高了邻居节点数：增大的邻居节点使得路由途径缩短，降低系统网络开销，提高了系统效率和通信网络稳定性；盲点节点概率大大降低。多模系统可以大大提高通信网络性能和效率，满足用电信息采集系统的新业务新业务不断发展对通信网络的要求。
52.在本发明实施例所述的多模宽带载波电力线通信系统中，在非发送状态下，多模afe周期性地进行干扰信号检测处理。多模afe将接收到的信号经过fft变换到频域，基于门限判决的方式检测在当前无线通信使用的有线频段内是否存在较大的窄带干扰信号。检测结果写入寄存器后，向hplc发送中断。hplc可以基于中断来读取干扰检测结果，也可以以轮询(polling)的方式周期性地检查干扰检测结果状态寄存器。hplc根据多模afe上报的干扰检测结果来决定是否要进行载波避让处理。
53.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中组件分或者全组件技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。