專利名稱：自適應(yīng)電力線載波通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
自適應(yīng)電力線載波通信裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及智能電網(wǎng)通訊領(lǐng)域，尤其涉及一種自適應(yīng)電力線路載波通信裝置。
背景技術(shù)：
[0002]電力線載波通信信道特性相當(dāng)復(fù)雜，負(fù)載多樣化，噪聲干擾強(qiáng)，信道衰減大，通信環(huán)境相當(dāng)惡劣。目前采用過零點檢測擴(kuò)頻通信和過零點檢測OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交頻分復(fù)用)兩種技術(shù)來克服電力線信道中的各種干擾問題。 但是擴(kuò)頻通信占用大量的帶寬，通信系統(tǒng)復(fù)雜；OFDM雖然可以抑制干擾，但線路上復(fù)雜多變，無法解決頻率選擇性干擾的問題，單頻率正交通信無法繞過頻率選擇性干擾而自適應(yīng)的改變。實用新型內(nèi)容[0003]有鑒于此，本實用新型提供一種基于OFDM的自適應(yīng)電力線路載波通信裝置，克服頻率選擇性干擾的問題。[0004]為此，本實用新型實施例采用如下技術(shù)方案[0005]一種自適應(yīng)電力線載波通信裝置，電力網(wǎng)絡(luò)中包括一個測試發(fā)送端和一個測試接收端以及其它載波通信裝置，所述裝置作為測試接收端接收測試發(fā)送端定時向全網(wǎng)發(fā)送的測試當(dāng)前電力線載波信號質(zhì)量的測試幀，所述裝置包括耦合單元、電可調(diào)前端收發(fā)模擬電路、調(diào)制解調(diào)器和MCU，還包括頻率選擇器和相關(guān)比較器，所述頻率選擇器在MCU控制下，向調(diào)制解調(diào)器提供參考頻率，所述相關(guān)比較器用于將所述調(diào)制解調(diào)器所產(chǎn)生的正交子載波分別與疊加有正交子載波的接收信號進(jìn)行卷積運算并比較，比較小的值作為比較結(jié)果輸出， 成為當(dāng)前信號質(zhì)量的參考值，當(dāng)所述參考值源于當(dāng)前工作頻率時，若信號質(zhì)量參考值小于設(shè)定的門限值，所述測試接收端MCU向測試發(fā)送端MCU發(fā)起改變?nèi)W(wǎng)載波通信頻率的請求; 當(dāng)參考值源于電力線載波的不同工作測試頻率時，選取信號質(zhì)量參考值的最大值所對應(yīng)的頻率作為最優(yōu)化頻率。[0006]在整個電網(wǎng)中，只有測試接 收端才響應(yīng)測試幀，其它載波通信裝置只響應(yīng)測試發(fā)送端所發(fā)出的切換電網(wǎng)正交子載波通信頻率的命令。[0007]測試發(fā)送端定時向全網(wǎng)發(fā)送測試當(dāng)前電力線載波信號質(zhì)量的測試幀，該測試幀頻率為工前正常工作狀態(tài)下的工作頻率，其調(diào)制信號為恒‘I’的序列。[0008]如果測試幀頻率為當(dāng)前工作頻率，那么所述信號質(zhì)量參考值將與預(yù)設(shè)門限作比較，如果小于預(yù)設(shè)門限，測試接收端向發(fā)送端發(fā)起改變?nèi)W(wǎng)載波通信頻率的請求。[0009]所述測試發(fā)送端如果收到測試接收端響應(yīng)的改變?nèi)W(wǎng)載波通信頻率的請求，則測試發(fā)送端按事先約好的規(guī)則，依次發(fā)送測試同步前導(dǎo)碼，測試頻率序列。[0010]所述測試接收端準(zhǔn)備接收同步前導(dǎo)碼，與測試發(fā)送端保持同步，然后依次接收到不同正交子載波的測試頻率，通過相關(guān)比較器輸出不同測試頻率點的信號質(zhì)量參考值，并存儲于緩沖區(qū)中，依據(jù)緩沖區(qū)中的信號質(zhì)量參考值中的最大值確定其所對應(yīng)的最優(yōu)化頻率點，并發(fā)送將全網(wǎng)電力線載波通信頻率切換到所述最優(yōu)化頻率點的命令。[0011]如果測試接收端沒有向測試發(fā)送端發(fā)出改變?nèi)W(wǎng)載波通信頻率的請求，則表示當(dāng)前的載波頻率可用，保持當(dāng)前的工作頻率。[0012]對于上述技術(shù)方案的技術(shù)效果分析如下[0013]可見，本實用新型提供的通信方案中，正常情況下，載波模塊以信道中選頻干擾最小的頻率作為載波，由于不同時段，有不同的用電情況，導(dǎo)致負(fù)載變化，電力環(huán)境變化，選頻干擾也變化，于是系統(tǒng)每隔一段時間都檢測一下當(dāng)前最優(yōu)化頻率，試圖切換到最優(yōu)化頻率上工作。如果檢測信道質(zhì)量時間到，并且接收端相關(guān)比較器輸出的統(tǒng)計結(jié)果顯示信號失真了，就請求尋找下一個最優(yōu)的頻率。否則還是以原始載波頻率工作。通過前導(dǎo)碼同步機(jī)制， 收發(fā)端開始收發(fā)頻率從60KHZ到150KHZ的子載波，最后MCU依統(tǒng)計結(jié)果判定出當(dāng)前最優(yōu)化的頻率點，并切換到最優(yōu)化頻率點工作，返回到正常的工作。[0014]本實用新型通過在現(xiàn)有OFDM通信裝置中增加頻率選擇器和相關(guān)比較器，對當(dāng)前信號的質(zhì)量進(jìn)行相關(guān)分析，如果確定信號失真，則實時請求改變頻率，實現(xiàn)了載波自適應(yīng)。 特別地，啟動前導(dǎo)碼同步機(jī)制，接收端根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果確定最優(yōu)化頻率，作為當(dāng)前工作頻率。[0015] 本實用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的子載波頻率固定而沒有自適應(yīng)電力線環(huán)境 (用電負(fù)荷、用電電器的變異等)從而導(dǎo)致的選頻干擾嚴(yán)化、通信系統(tǒng)性能降低、浪費帶寬的問題。[0016]本實用新型提供的裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，提高了 OFDM通信系統(tǒng)的魯棒性，健壯性；達(dá)到了對抗頻率選擇性干擾的優(yōu)勢，降低了通信系統(tǒng)的誤碼率。


[0017]圖1為本實用新型自適應(yīng)電力線載波通信裝置結(jié)構(gòu)示意圖；[0018]圖2為本實用新型自適應(yīng)信道選頻干擾的邏輯原理圖；[0019]圖3為本實用新型自適應(yīng)電力線載波通信方法流程圖。
具體實施方式
[0020]本實用新型在現(xiàn)有基于OFDM技術(shù)的通信裝置中，通過相關(guān)性分析確定最優(yōu)化頻率點，從而實現(xiàn)電力線載波的自適應(yīng)。[0021 ] 在整個電網(wǎng)中，包括數(shù)個載波通信裝置，其中唯一一個裝置兼有測試信道質(zhì)量的功能，該裝置作為測試發(fā)送端，定時地向全網(wǎng)發(fā)送測試當(dāng)前電力線載波信號質(zhì)量的測試幀， 例如測試幀為全‘I’的一幀數(shù)據(jù)。同樣地，在整個電網(wǎng)所述的載波通信裝置中，其中唯一一個裝置兼有測試信道質(zhì)量的功能，該裝置作為測試接收端，只有測試接收端才響應(yīng)測試幀， 其它載波通信裝置只響應(yīng)測試發(fā)送端所發(fā)出的切換電網(wǎng)正交子載波通信頻率的命令。[0022]下面對測試接收端通信裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能詳細(xì)介紹如下。[0023]參見圖1，為本實用新型自適應(yīng)電力線載波通信裝置結(jié)構(gòu)示意圖。[0024]該裝置包括耦合單元10、電可調(diào)前端收發(fā)模擬電路20、調(diào)制解調(diào)器30、MCU 40，以及還包括頻率選擇器50和相關(guān)比較器60。其中，頻率選擇器50和相關(guān)比較器60是特別新增用以實現(xiàn)載波自適應(yīng)功能的模塊。[0025]下面對各個模塊功能以及模塊之間的連接關(guān)系介紹如下[0026]耦合單元10，用以耦合電力線上的載波信號，即把子載波耦合到電力線，或從電力線耦合載波信號到載波模塊。[0027]電可調(diào)前端收發(fā)模擬電路20，與耦合單元10、調(diào)制解調(diào)器30、MCU 40連接，用以放大調(diào)制后的電力線載波信號或?qū)庹{(diào)前耦合進(jìn)來的電力線載波信號進(jìn)行濾波，其中電可調(diào)前端收發(fā)模擬電路20的濾波參數(shù)由MCU控制。[0028]調(diào)制解調(diào)器30，與前端收發(fā)模擬電路20，MCU 40相連，用于對MCU串并轉(zhuǎn)換后的并行數(shù)字信號調(diào)制到正交子載波中，并傳向收發(fā)模擬電路，最終通過耦合單元進(jìn)入電網(wǎng)；或者從收發(fā)摸擬電路中獲得從電網(wǎng)中傳來的疊加了正交子載波的信號，解調(diào)后，并串轉(zhuǎn)換，再給 MCU。[0029]MCU 40，與調(diào)制解調(diào)器30，頻率選擇器50，電可調(diào)前端收發(fā)摸擬電路20相連，作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)營運處理交換中心，切換測試頻率，調(diào)整電可調(diào)端收發(fā)摸擬電路參數(shù)。[0030]頻率選擇器50，用于在MCU控制下選擇參考頻率提供給調(diào)制解調(diào)器30，S卩，頻率選擇器50受MCU 40的控制，向調(diào)制解調(diào)器30提供用 于與當(dāng)前信號進(jìn)行調(diào)制或解調(diào)的參考頻率。[0031]相關(guān)比較器60，用于將頻率選擇器50通過其中一路載波90度相移所產(chǎn)生的正交子載波分別與疊加有正交子載波的接收信號進(jìn)行卷積運算并比較，比較小的比較結(jié)果作為當(dāng)前信號質(zhì)量的參考值提供給MCU 40。參考值源于當(dāng)前正常工作頻率時，并且所收到的幀為全‘I’的測試幀時，說明系統(tǒng)在咨詢當(dāng)前的工作頻率是否可靠階段，此時參考值與測試門限進(jìn)行比較，如果信號質(zhì)量不良，MCU 40請求改變?nèi)W(wǎng)載波模塊的當(dāng)前工作頻率。參考值源于不同的測試頻率時，說明系統(tǒng)進(jìn)入了選擇最優(yōu)化頻率階段，系統(tǒng)選取最大參考值所對應(yīng)的測試頻率為最優(yōu)化頻率，最終向全網(wǎng)載波模塊廣播。[0032]可見，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較，硬件上多了頻率選擇器50及相關(guān)比較器60， 分別用以對抗電力線載波的頻率選擇性干擾及鎖定當(dāng)前載波通信線路上，最優(yōu)化頻率段。 頻率選擇器50的取值范圍是從60K到150K之間，作為調(diào)制解調(diào)器30的載波輸入，調(diào)制解調(diào)器30的正交子載波卷積輸出作為相關(guān)比較器60的輸入，相關(guān)比較器60的輸出是正交子載波卷積輸出比較小的值作為信號質(zhì)量參考值，而相關(guān)比較器60的輸出則作為MCU統(tǒng)計通信系統(tǒng)信號質(zhì)量的樣品。[0033]本實用新型自適應(yīng)信道選頻干擾的邏輯原理如圖2所示，除了頻率選擇器與相關(guān)比較器之外，與傳統(tǒng)的基于OFDM的調(diào)制解調(diào)方式一致。當(dāng)檢測信道通信質(zhì)量的時間到，頻率選擇器輸出載波頻率依次從60KHZ到150KHZ作為相乘器的一路輸入，頻率間隔為10KHZ， 每個頻率在電力線信道上產(chǎn)生32個完整的周期波形用于調(diào)制解調(diào)器的卷積。每個頻率的 32個正交子載波信號卷積結(jié)果會輸入到相關(guān)比較器，相關(guān)比較器對正交子載波中信號相關(guān)系數(shù)比較小的作為輸出成為MCU統(tǒng)計該頻率信號質(zhì)量的樣品。[0034]參考圖3，本實用新型提供的自適應(yīng)電力線載波通信方法包括以下步驟[0035]100 :整個電網(wǎng)上的所有載波模塊工作于當(dāng)前的最優(yōu)化工作頻率上。[0036]200:檢測信號質(zhì)量是否超時，也就是系統(tǒng)檢測通信信道的時間到了沒有，若時間到，則執(zhí)行300，否則返回100。[0037]300 :收發(fā)基于當(dāng)前工作頻率的測試幀其中調(diào)制信號為恒‘I’的序列，產(chǎn)生32個完整的正交子載波周期測試信號質(zhì)量的幀。[0038]400 :測試接收端相關(guān)比較器的輸出是否低于預(yù)設(shè)門限，若是，執(zhí)行500，否則返回 100。[0039]500 :測試接收端請求改變電網(wǎng)中電力線正交子載波通信的工作頻率。[0040]600 :測試發(fā)送端是否響應(yīng)請求？若是，執(zhí)行700，否則返回500。[0041]700 :測試接收端同步并監(jiān)測整個子載波頻道通信質(zhì)量。[0042]該步驟700的具體操作過程是[0043]測試發(fā)送端按默認(rèn)的次序，依次發(fā)送同步前導(dǎo)頻率用于測試頻率；各個頻率點調(diào)制成正交子載波，疊加后耦合到電網(wǎng)；[0044]測試接收端按默認(rèn)的次序，依次按同步前導(dǎo)頻率，以測試頻率產(chǎn)生對應(yīng)的正交子載波，分別與接收到的混疊有該正交子載波的信號作卷積運算；[0045]測試接收端將所有頻率點的相關(guān)比較器輸出的信號質(zhì)量參考值保存于緩沖區(qū)；[0046]測試接收端根據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)容確定最優(yōu)化頻率點。[0047]800:測試接收端向全網(wǎng)公布當(dāng)前最優(yōu)化頻率點，并發(fā)送將全網(wǎng)電力線載波通信頻率切換到所述最優(yōu)化頻率點的命令。[0048]900:所有電力線載波模塊，收到切換電力線載波通信頻率命令后，全部切換到所述最優(yōu)頻率點。[0049]可見，本實用新型提供的通信方案中，正常情況下，載波模塊以信道中選頻干擾最小的頻率作為載波，由于不同時段，有不同的用電情況，導(dǎo)致負(fù)載變化，電力環(huán)境變化，選頻干擾也變化，于是系統(tǒng)每隔一段時間都檢測一下當(dāng)前最優(yōu)化頻率，試圖切換到最優(yōu)化頻率上工作。如果檢測信道質(zhì)量時間到，并且接收端相關(guān)比較器輸出的統(tǒng)計結(jié)果顯示信號失真了，就請求尋找下一個最優(yōu)的頻率。否則還是以原始載波頻率工作。通過前導(dǎo)碼同步機(jī)制， 收發(fā)端開始收發(fā)頻率從60KHZ到150KHZ的子載波，最后MCU依統(tǒng)計結(jié)果判定出當(dāng)前最優(yōu)化的頻率點，并切換到最優(yōu)化頻率點工作，返回到正常的工作。[0050]本實用新型通過在現(xiàn)有OFDM通信裝置中增加頻率選擇器和相關(guān)比較器，對當(dāng)前信號的質(zhì)量進(jìn)行相關(guān)分析，如果確定信號失真，則實時請求改變頻率，實現(xiàn)了載波自適應(yīng)。 特別地，啟動前導(dǎo)碼同步機(jī)制，接收端根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果確定最優(yōu)化頻率，作為當(dāng)前工作頻 率。[0051]本實用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的子載波頻率固定而沒有自適應(yīng)電力線環(huán)境 (用電負(fù)荷、用電電器的變異等)從而導(dǎo)致的選頻干擾嚴(yán)化、通信系統(tǒng)性能降低、浪費帶寬的問題。[0052]本實用新型提供的裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，提高了 OFDM通信系統(tǒng)的魯棒性，健壯性；達(dá)到了對抗頻率選擇性干擾的優(yōu)勢，降低了通信系統(tǒng)的誤碼率。[0053]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種自適應(yīng)電カ線載波通信裝置，電カ網(wǎng)絡(luò)中包括一個測試發(fā)送端和ー個測試接收端以及其它載波通信裝置，所述裝置作為測試接收端接收測試發(fā)送端定時向全網(wǎng)發(fā)送的測試當(dāng)前電カ線載波信號質(zhì)量的測試幀，所述裝置包括耦合單元、電可調(diào)前端收發(fā)模擬電路、調(diào)制解調(diào)器和MCU，其特征在干，還包括頻率選擇器和相關(guān)比較器，所述頻率選擇器在MCU控制下，向調(diào)制解調(diào)器提供參考頻率，所述相關(guān)比較器用于將所述調(diào)制解調(diào)器所產(chǎn)生的正交子載波分別與疊加有正交子載波的接收信號進(jìn)行卷積運算并比較，比較小的值作為比較結(jié)果輸出，成為當(dāng)前信號質(zhì)量的參考值。
專利摘要本實用新型公開了一種自適應(yīng)電力線路載波通信裝置，包括耦合單元、電可調(diào)前端收發(fā)模擬電路、調(diào)制解調(diào)器、MCU、頻率選擇器和相關(guān)比較器，頻率選擇器在MCU控制下，向調(diào)制解調(diào)器提供參考頻率，所述相關(guān)比較器用于將所述調(diào)制解調(diào)器所產(chǎn)生的正交子載波分別與疊加有正交子載波的接收信號進(jìn)行卷積運算并比較，比較小的值作為比較結(jié)果輸出，成為當(dāng)前信號質(zhì)量的參考值，當(dāng)所述參考值源于當(dāng)前工作頻率時，若信號質(zhì)量參考值小于設(shè)定的門限值，所述測試接收端MCU向測試發(fā)送端MCU發(fā)起改變?nèi)W(wǎng)載波通信頻率的請求。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提高了OFDM通信系統(tǒng)的魯棒性，健壯性；達(dá)到了對抗頻率選擇性干擾的優(yōu)勢，降低了通信系統(tǒng)的誤碼率。
文檔編號H04B3/54GK202872827SQ20122029636
公開日2013年4月10日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者黎金華, 朱奎, 殷翔 申請人:深圳市金正方科技有限公司