專利名稱：電力線載波信息動態傳送的方法及其處理模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電力線載波信息傳送的處理技術。
背景技術：
電力線載波技術抄表是科技人員20多年的夢想，近年市面上出現的各種載波方 案均不能達到隨意(即實時)抄表的要求且速度慢不適合大范圍定時抄表，其主要原因是 電網時變干擾源破壞了信息的完整性，出現了抄收不到的現象，國內的供電部門目前使用 的是需要幾天才能抄回數據的產品。如果實時抄表得以實現，那國內外集中抄表的覆蓋面 將會大幅提高，伴隨而來的是需求側管理水平的大幅提高。國家電網的信息化管理末端可以 從臺變區這一點向用戶側這點移動，這將對用電進行實時化的管理，可以有效地杜絕電能的 流失，改善用電環境，起到廣義節能的效果。同時也可以帶動電能信息化管理的軟件產業。載波技術發展到今天主要是依賴于擴頻(Spread Spectrum)或稱為窄帶擴頻 (Narrowband Spread Spectrum)禾口調步頁 FSK(Frequency Shift Keying transceiver)技 術。窄帶擴頻和窄帶調頻技術是電力行業從事載波通信的技術人員多少年來的經驗總結的 發展。從理論上講窄帶擴頻是調相的技術，通過相位的變化來表示有無0和1之間的變 化，在信噪比一定的情況下帶寬越寬信道容量越大，之所以采用窄帶是受電力線時變干擾 的影響。窄帶調頻是用不同的頻率來表示0和1的數，同樣，電力線上低信噪比也影響了它 的傳輸效率，特別是在白噪聲下更是無法傳輸了。隨著電磁爐這樣的電器逐漸普及，國內電 網的電器沒有準入制度(任何人在電源上插什么電器都行)，電網的干擾源越來越多、頻譜 越來越復雜，本來就不是良好信道的電源線要實現載波集中抄表難度是越來越大，特別是， 由于使用電器的不確定性，今天有效的產品在明天就不一定能用。從時域上看50Hz的交流電源在峰值上的干擾最強，即每IOms為一個干擾周期 (60Hz電源大約為8. 3ms)，所以，要讓信息避開干擾通過電力線、只有把所傳信息的長度壓 宿到遠小于IOms內，也即傳輸速度必須提高(高速)；從頻域上看電力線上噪聲頻率是不 確定的，為了避免同頻干擾，信息的傳輸頻率如果能作適當的變化，就能有效地避開同頻干 擾；電力線中信息的傳輸受容性、感性負荷的影響很大，且信號頻率越高(70KHz以上)其負 載對信號的衰減越大，往往呈指數變化。比較特殊的是當信號頻率在60KHz以下時，在電力 線上傳輸卻呈線性(阻性)變化，即傳輸衰減只與負荷阻性阻抗有關，這樣同樣條件傳輸的 距離可以加長。電力線上的以上特點是一對很大的矛盾要穿過干擾的瓶頸必須把數據包 變小，而要取得好的傳輸效果必須降低信號頻率，頻率下降的結果是信息包變長，以目前的 擴頻和調頻技術，很難解決這個矛盾。
發明內容
本發明所要解決的第一技術問題是提供一種電力線載波信息動態傳送方法，該
4方法能夠在低壓電力線上實現信息的高速實時傳送，且成功率高，通信能力強。本發明所要解決的第二技術問題是提供一種電力線載波信息動態傳送的處理模 塊，該處理模塊能夠在低壓電力線上實現信息的高速實時傳送，且成功率高，通信能力強。為了解決上述第一個技術問題，本發明提出一種電力線載波信息動態傳送方法， 包括將需要傳送的信息數據幀壓縮和分組成一串數據包，電力線上傳送每個數據包的周期 小于電力線上交流電的干擾周期；數據包的傳送方式要求符合下面的公式設S”是數據幀在電力線上傳送的數據包總和量，S是所要求傳送的一幀信息數 據，則S” =Hsi，j = 1，j = 2，……；i = 1,2,......；i是將數據幀拆分成的有限的信息序列，j是每個數據包在不同參數下，重復發送的次數，Si’是經過打包的數據包，Si’是最小的傳送信息單元，它包含包頭、特征字、數據、 校驗字、包尾，Σ Si’表示j種傳輸參數條件下，將Si’重復傳送j次；且S”與S之間滿足S = # (S”)，其中函數#是糾錯、解包和組合過程，把每個數據包解開后按序組合 就得到信息S, S符合下面的公式S= Σ Si ； i = 1，2，……；把S分解成有限的信息序列Si，S2，……；
i每一個Si是經過拆分的數據，每個Si經過打包后變成Si’。優選地所述電力線上傳送每個數據包的周期大于0ms，而小于10ms。當電力線交 流電為50Hz的時候，干擾周期為IOms (半個交流電周期)。優選地所述電力線上傳送每個數據包的周期大于0ms，而小于8. 3ms。當電力線 交流電為60Hz的時候，干擾周期約為8. 3ms。優選地，所述方法包括所述數據包Si’的編碼的方法，所述數據包Si’的編碼的方 法包括設η為大于1的奇數，以η個波的長度表示一個二進制位，η個波中，如果有(η+1)/2個以及以上移相的波，則判斷該二進制位為1 ；若否，則判斷該二 進制位為0 ；或者如果有(η+1)/2個以及以上移相的波，則判斷該二進制位為0 ；若否，則判斷該二 進制位為1。優選地，所述方法包括所述數據包Si，的編碼的初始位校對方法，該初始位校對方 法包括在所述數據包Si’的編碼前面始終附加一個移相位，通過該移相位判斷數據包的 初始位是否判錯；或者鑒出8位以及以上的數據串，該數據串與數據包Si’的包頭同步。
為了解決本發明的第二技術問題，本發明提出一種電力線載波信息動態傳送的處 理模塊，該處理模塊包括處理載波信息的中央處理單元和與中央處理單元連接的存儲單 元、放大單元、濾波單元和相位鑒別單元；其中，中央處理單元將數據轉換為載波信號，從放 大單元輸出；線路上傳來的無關頻譜經由濾波單元濾掉后傳給中央處理單元；中央處理單 元將需要編碼和解碼的信息傳送給相位鑒別單元，相位鑒別單元將收到的信息解碼后或者 將需要發出的信息進行冗余編碼后傳給中央處理單元。優選地所述處理模塊還包括與所述中央處理單元連接的線路衰減測試單元，線 路衰減測試單元用于獲得載波器距發射端的線路距離以及信號的衰減程度信息。優選地所述濾波單元為一路或多路數字濾波器。優選地所述存儲單元包括RAM和，EEPROM或FLASH兩種中任一種存儲介質。優選地所述處理模塊還包括給所述中央處理單元提供信號和噪音容限的載波信 息緩沖單元。本發明的有益效果如下相比現有技術，本發明通過獨特的編碼方法與調相動態調制原理在電力線上實現 了實時通信，其抗干擾能力強，傳得遠，且傳送的成功率高，通信能力強。本發明的電力線載 波信息動態傳送的處理模塊在低壓電力線上實現信息高速實時傳輸，可以實現實時抄表、 預付費、監控、自動組網、自動頻率變換等功能用途。由本發明做成的模塊電路主要用于低 壓電力線通信，如三表集抄、路燈監控、環境(安全)監控等。說明書附1是本發明電力線載波信息動態傳送的處理模塊的結構關系圖。圖2是本發明的一個實施例，圖示為該實施例的移相波形圖。
具體實施例方式本發明提供一種電力線載波信息動態傳送方法。本技術是要實現傳得遠(低頻特征)、多頻點(防同頻干擾)、數據高度壓縮打碎 信息(簡化結構，對于50Hz交流電，使數據包發送周期長度遠小于IOms)，這就是DCP技術 的核心技術思想。以50Hz低壓交流電情況為例，本發明方法通過以下舉例詳述如下設S是所要求傳送的一幀信息，S=Zsi i = 1，2，……，i< 30把S分解成有
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限的信息序列S1，S2，……，每一個Si經過打包變成Si’是本案例中最小的信息單元簡稱 為‘包’，它是經過高度壓縮的信息，它包含包頭、特征字、數據、校驗字、包尾。包頭是本序列 的統一標識，特征字表征包的序號i、頻率、輸出信號強度等，數據是信息Si，其在S中位子 由序號i來表示，校驗字是這個包的校驗碼，當包中某個字節傳送中出錯可以用校驗碼進 行糾正。把每個包解開后按序組合就得到信息S。這樣拆分傳輸的好處是把一幀大的數變 成了若干微小獨立單元，正如瘦小的能穿過鐵柵欄(鐵柵欄相當于IOms的干擾周期)，胖的 穿不過一樣，在強干擾的時域中只有小包才能穿過。由于這個包是獨立單元，所以可以采用 不同的頻率，這樣也有利于在頻域的縫隙中穿過。因此，對一幀信息的傳輸就演變為S'= Σ Si' i = 1，2，……，i < 32S = φ (S’)函數#是糾錯、解包和組合過程。
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可這個結構，當某個包丟失，就破壞了完整性，還是不能還原數據幀，解決的辦法 是增加冗余度，這樣，一幀數據就演變成S"= Σ Σ Si’ j = 1，……‘j < 16 I 與上面的相同。
i J上面公式表明的意思是把不同序列的包重復j次，j中只要有1個能通過就能實 現接收端S的重組。以上i、j根據線路的傳輸特點，可以隨時變化，即包的數據量可以變 化，包的重復數可以變化，且j不是簡單的重復，從內部的數據來說是重復，但其參數，如傳 輸頻率，信號強度等都是可變的，其目的是使信息的完整序列能通過時域和頻域的縫隙。數據包Si，的編碼的方法包括設η為大于1的奇數，以η個波的長度表示一個二進制位，η個波中，如果有(η+1)/2個以及以上移相的波，則判斷該二進制位為1 ；若否，則判斷該二 進制位為0 ；或者如果有(η+1)/2個以及以上移相的波，則判斷該二進制位為0 ；若否，則判 斷該二進制位為1。如圖2的波形圖，來表現高速編碼和解碼。這是一個實例，如圖2，η = 3，如果取 兩個波有移相則判斷二進制位為1，如果取出的兩個波沒有移相則該位為0。如圖2，以單極性調制，本例以正極性調制，每個數據位逢1、則第一個正半周移相 180度。以3個周期的載波與第一組被調4位二進制數據(1110)和已調載波對應關系具體 說明如下第一位數據位是1，如果被調載波處在上半周，即移相180度，這一位結束時為正 半周；第二個數據位也是1，載波開始處在負半周，必須等待到下一個上半周再移相180度， 這一位結束時為負半周；第三個數據位是1，開始處在正半周，所以直接移相180度，最后是 正半周結束；第四個數據位是0，相位不變，這一位結束時為正半周。同上理，可以判斷余下的3行，從圖上可以直觀地看到有波形展寬的(移了相)是 ‘1’，沒展寬的是‘0’。以上是正極性的調制。也可以負極性調制即負半周調時制，另外也可 以相位相同是‘1’，相位不同是‘0’。由于是單極性移相，移相的時間不一定發生在第一個被調載波的上半周或下半 周，所以移相發生時間與前一個載波相位有關，是動態變化的。數據包Si’的編碼的初始位校對方法，該初始位校對方法包括在數據包Si’的編 碼前面始終附加一個移相位，通過該移相位判斷數據包的初始位是否判錯；或者鑒出8位 以及以上的數據串，該數據串與數據包Si’的包頭同步。根據以上原理，數據的解調是一個與調制相反的過程。本發明技術可以由如下結構的模塊來實施，如
圖1所示該處理模塊包括處理載波信息的中央處理單元和與中央處理單元連接的存儲單 元、放大單元、濾波單元、相位鑒別單元和線路衰減測試單元。CPU是中央處理器單元，它實現信息的編碼、解碼、糾錯及所有事件的處理。EEPROM 和RAM作為存儲單元，其中EEPROM用來保存數據，RAM用來保存臨時數據。相位鑒別單元 用來鑒別三相電的相位和數字波形的相位。線路衰減測試單元用來計量信號的實際增益從 而判斷模塊離主模塊的距離遠近或信號與噪聲的強弱，以決定網絡中中繼的級別。濾波單 元為數字多通道濾波器，它包含三路以上的數字濾波濾掉雜波還原有用信號，不同頻點的信號可以通過其中之一的信道被CPU取得。放大單元為放大器，它是把輸出信號的功率進 行放大以符合傳送的要求。本模塊與上一載體之間的串行通信接口在圖中省略。載波信號從數字多通道濾波器輸入，經過三頻點數字濾波，如果在某個通道上得 到一組有用的數據，CPU就可以解出來交給下級處理器，如果下級處理器有信息要上發，CPU 把數據轉換為載波信號，從放大器輸出；線路衰減測試電路和相位鑒別電路的另一作用是 給CPU提供信號和噪聲的容限，它們同時作為載波信息緩沖單元功能。集成本發明處理模塊的IC的其他特點是用極少的外圍器件可組成載波信道，配 以開關電源以獲得最大的動態輸出能力。低壓電力線載波通信是要求在各類電器干擾及為嚴重的電網環境下實現即時通 信。本發明采用創新的編碼與調相動態調制原理(DCP)實現在電力線上的數字通信。為了 在干擾頻譜上鑒出所發出的數字信息，集成有本發明模塊的IC增加了 3路數字濾波器，濾 掉無關頻譜；集成有相位鑒別單元(電路)使用本技術特有的編碼解出信號；IC在發送信 息時增加了很多信息的冗余度，便于復原信息；本IC還內置了線路衰減測試電路，便于獲 得載波器離發射端的線路距離及信號的衰減程度，為自動組網提供有關數據。通過實踐證 明集成本發明的IC的技術比現有同類產品技術性能要高出許多。集成本發明的IC的技術指標參考如下1、功耗靜態5V/ < 18mA ；靜態12V/ < 1mA，發射狀態50mA_ 1500mA (數據發射時 電流隨負載阻抗變化)；2、收發載波頻率范圍30-300KHZ，一般選3頻點；3、接收靈敏度大于45(1Βμν;4、載波輸出電平122dByV 134dByV ；通訊方式主-從結構的半雙工通信方式；5、數據通訊接口方式從模塊表內方式為TTL電平異步串行接口，表外方式(帶 多表)RS-485。主模塊為RS-232C或RS-485總線接口方式(集中器使用，方便與帶有RS-485 接口的其它設備如三相多功能電表、GPRS并接)；6、接口通訊波特率1200-19200bps，波特率自適應；7、通信協議內部自動組網、自動路由、自動中繼、透明數據傳輸，數據緩沖 < 200 ；8、通訊距離由中繼級數決定，模塊可設置最多13級中繼，由主模塊控制自動中 繼，所以無需用戶編制終端設備的中繼程序；9、數據傳輸可靠性達到DT/T 698-1999標準；10、模塊地址2個字節HEX數，高地址在前(在下面的實例中用AnlAnO表示，η = 1,2,......)；11、氣候環境條件溫度為-30°C +55°C，相對濕度彡95%。本發明的產品與國內外同類產品的比較如下表所示 以上表中數據的比較源自國內使用最廣的國外一家、國內的2家公司的產品說明 和用戶評價。
權利要求
一種電力線載波信息動態傳送方法，包括將需要傳送的信息數據幀壓縮和分組成一串數據包，電力線上傳送每個數據包的周期小于電力線上交流電的干擾周期；數據包的傳送方式要求符合下面的公式設S”是數據幀在電力線上傳送的數據包總和量，S是所要求傳送的一幀信息數據，則j＝1，j＝2，……；i＝1，2，……；i是將數據幀拆分成的有限的信息序列，j是每個數據包在不同參數下，重復發送的次數，Si’是經過打包的數據包，Si’是最小的傳送信息單元，它包含包頭、特征字、數據、校驗字、包尾，表示j種傳輸參數條件下，將Si’重復傳送j次；且S”與S之間滿足S＝∮(S”)，其中函數∮是糾錯、解包和組合過程，把每個數據包解開后按序組合就得到信息S，S符合下面的公式i＝1，2，……；把S分解成有限的信息序列S1，S2，……；每一個Si是經過拆分的數據，每個Si經過打包后變成Si’。F2009101078553C0000011.tif,F2009101078553C0000012.tif,F2009101078553C0000013.tif
2.根據權利要求1所述的電力線載波信息動態傳送方法，其特征在于所述電力線上 傳送每個數據包的周期大于0ms，而小于10ms。
3.根據權利要求1所述的電力線載波信息動態傳送方法，其特征在于所述電力線上 傳送每個數據包的周期大于0ms，而小于8. 3ms。
4.根據權利要求1所述的電力線載波信息動態傳送方法，其特征在于，所述方法包括 所述數據包Si’的編碼的方法，所述數據包Si’的編碼的方法包括設η為大于1的奇數，以η個波的長度表示一個二進制位，η個波中， 如果有(n+lV2個以及以上移相的波，則判斷該二進制位為1 ；若否，則判斷該二進制 位為0 ；或者如果有(n+lV2個以及以上移相的波，則判斷該二進制位為0 ；若否，則判斷該二進制 位為1。
5.根據權利要求1至4任一項所述的電力線載波信息動態傳送方法，其特征在于，所述 方法包括所述數據包Si’的編碼的初始位校對方法，該初始位校對方法包括在所述數據包Si’的編碼前面始終附加一個移相位，通過該移相位判斷數據包的初始 位是否判錯；或者鑒出8位以及以上的數據串，該數據串與數據包Si’的包頭同步。
6.一種電力線載波信息動態傳送的處理模塊，其特征在于包括處理載波信息的中央處 理單元和均與中央處理單元連接的存儲單元、放大單元、濾波單元和相位鑒別單元；其中， 中央處理單元將數據轉換為載波信號，從放大單元輸出；線路上傳來的無關頻譜經由濾波 單元濾掉后傳給中央處理單元；中央處理單元將需要編碼和解碼的信息傳送給相位鑒別單元，相位鑒別單元將收到的信息解碼后或者將需要發出的信息進行冗余編碼后傳給中央處 理單元。
7.根據權利要求4所述的電力線載波信息動態傳送的處理模塊，其特征在于所述處 理模塊還包括與所述中央處理單元連接的線路衰減測試單元，線路衰減測試單元用于獲得 載波器距發射端的線路相關距離以及信號的衰減程度信息。
8.根據權利要求4所述的電力線載波信息動態傳送的處理模塊，其特征在于所述濾 波單元一路或多路數字濾波器。
9.根據權利要求4所述的電力線載波信息動態傳送的處理模塊，其特征在于，所述存 儲單元包括RAM和，EEPROM或FLASH兩種中任一種存儲介質。
10.根據權利要求4所述的電力線載波信息動態傳送的處理模塊，其特征在于所述處 理模塊還包括給所述中央處理單元提供信號和噪音容限的載波信息緩沖單元。
全文摘要
本發明公開了一種電力線載波信息動態傳送方法及其處理模塊，用以在低壓電力線上實現信息的高速實時傳送，且成功率高，通信能力強。本發明的技術方案是將需要傳送的信息數據幀壓縮和拆成一串數據包，電力線上傳送每個數據包的周期小于電力線上交流電的干擾周期；數據包通過重復多次傳送方式進行編碼傳遞。在信息的接收端，對數據包進行糾錯、解包和組合等解碼處理來還原數據。本發明主要用于低壓電力線通信，如三表集抄、路燈監控、環境(安全)監控等。
文檔編號H04L12/56GK101924579SQ20091010785
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月9日 優先權日2009年6月9日
發明者虞立信, 陳仲錢 申請人:虞立信