一种PLC系统中自动频段选择的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种PLC系统中自动频段选择的方法，属于物联网通信领域。该方法包括PLC系统中节点频谱感知流程和PLC系统中自动频段选择流程；现有PLC系统没有提供一种自动频段感知功能，每次进行频段变更都需要采用仪表进行单独测试，然后根据测试到干扰情况来选择新工作频段，这种对于系统运营成本高。本发明专利技术是不需要采用专用检测仪表进行干扰分析，而是系统自动完成。采用目前常规的频段干扰测试，检测干扰时段有限制，只能做出一个固定时间段的分析，并且采用常规方法，选择测试点有限，不可能支持所有站点位置的干扰测试。而使用本发明专利技术则可以进行实时干扰分析以及具体站点位置测试，支持实时频段变更过程。支持实时频段变更过程。支持实时频段变更过程。

【技术实现步骤摘要】
一种PLC系统中自动频段选择的方法


[0001]本专利技术属于物联网通信领域，涉及一种PLC系统中自动频段选择的方法。

技术介绍

[0002]随着通信行业的发展，人们对频谱需求也越来越大，目前的独立的频谱分配方式已不能满足通信行业需求。特别在物联网行业，无法支付价格昂贵的频谱使用费用，导致很多系统设计都将转移到共享频谱部分。
[0003]目前低压电力线宽带载波通信系统，以低压电力线为通信媒介，实现低压电力用户用电信息汇聚、传输、交互的通信网络，其主要采用正交频分复用技术，频段使用2MHz～12MHz，总计支持4个频段，具体如表1所示。
[0004]表1低压电力线宽带载波通信通信频段
[0005][0006]低压电力线宽带载波通信的物理层架构如图1所示。
[0007]在发射端，物理层接收来自数据链路层的输入，采用两个分开的链路分别处理帧控制数据和载荷数据。帧控制数据通过Turbo编码后，进行信道交织和帧控制分集拷贝；载荷数据经过加扰、Turbo编码以及信道交织和载荷分集拷贝后，和帧控制数据一起进行星座点映射，映射后的数据经过IFFT处理后添加循环前缀形成OFDM符号，加入前导符号进行加窗处理后，形成PPDU信号送入模拟前端最终发送到电力线信道中。
[0008]在接收端，从模拟前端接收到数据协同采用自动增益控制(简称：AGC)和时间同步分别对帧控制和载荷数据进行调整，并对帧控制和载荷数据进行FFT变换后，进入解调、译码模块，最终恢复出帧控制信息的原始数据与载荷的原始数据。
[0009]并且根据技术规范，定义了OFDM符号的技术参数，物理层OFDM符号，时域上是基于25MHz的时钟采样率。数据经过1024点反傅里叶变化(IFFT)后取实数部分，加入循环前缀，形成OFDM符号，循环前缀由滚降间隔和保护间隔组成，如表2所示。
[0010]表2 OFDM符号特性
[0011]符号参数时域点数时间(us)前导IFFT长度102440.96帧控制/载荷数据IFFT长度102440.96
[0012]由于系统采用25MHz时钟，并且傅里叶变换(FFT)采用1024点数，所以该系统中的子载波间隔是24.414KHz。
[0013]在低压电力线宽带载波通信系统中，采用的组网方式如图2所示。对于用电信息采集系统，宽带载波通信网络一般会形成以CCO为中心、以PCO(智能电表/I型采集器通信单元、宽带载波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、宽带载波II型采集器)多级关联的树形网络，如图2所示为典型的宽带载波通信网络的拓扑。
[0014]其中，PLC系统由三类节点组成，即中央协调器，站点和代理协调器。
[0015]中央协调器(central coordinator，简称：CCO)通信网络中的主节点角色，负责完成组网控制、网络维护管理等功能，其对应的设备实体为集中器本地通信单元。
[0016]站点(station，简称STA)通信网络中的从节点角色，其对应的设备实体为通信单元，包括电能表通信单元、I型采集器通信单元或II型采集器。
[0017]代理协调器(proxy coordinator，简称：PCO)中央协调器与站点或者站点与站点之间进行数据中继转发的站点，简称代理。
[0018]PLC系统中，数据传输采用帧突发方式进行传输，如图3所示。
[0019]物理层发送的PPDU信号帧结构如3所示。PPDU由前导、帧控制和载荷数据组成。前导为一个周期性序列，每个符号的帧控制和载荷数据的子载波个数为512个。其中，符号的保护间隔的类型包括帧控制的保护间隔、载荷数据第1个和第2个符号的保护间隔，载荷数据第3个符号及以后的保护间隔。
[0020]目前，低压电力线宽带载波通信系统不支持频谱感知功能，也不支持频带自动配置功能，采用固定工作频段配置方式，导致在实际应用中还是存在各种各样的问题。具体如下：
[0021]第一：低压电力线宽带载波通信系统部署之前，需要检查0
‑
12MHz的无线频段的使用情况，这些无线频段将耦合到电力线上，干扰电力线的正常通信。在实际工程中，由于干扰的变化，始终不能实时选择一个最佳工作频段。
[0022]第二：低压电力线宽带载波通信系统在使用频段上不灵活，亦在部署过程中，需要预先设置好工作频段，在使用过程中不支持自动配置,只能采用手动方式。导致了低压电力线宽带载波通信系统工作不稳定，并且维护成本高。
[0023]由于上述这两个原因，导致低压电力线宽带载波通信系统在使用过程中，时常出现通信不成功。通信表现性能不稳定的情况，并且需要专业人员进行实地测试，维护成本高。

技术实现思路

[0024]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种PLC系统中自动频段选择的方法。其基本原理是PLC系统中的节点，在实时进行接收过程中，如果没有发现发送端发出有效帧突发数据，则接收端对接收数据进行频谱分析，对频段底噪平均功率统计，并且采用PLC系统节点周期上报心跳报文，将频段底噪平均功率周期性上报到中央协调器。中央协调器收集PLC系统中所有节点的频段底噪平均功率，计算出PLC系统中干扰最小频段作为最佳工作频段,并且确定是否启用最佳工作频段。最后由中央协调器采用信标中频段变更项，将选择到的最佳工作频段配置到PLC系统中的各个节点。
[0025]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0026]一种PLC系统中自动频段选择的方法，包括PLC系统中节点频谱感知流程和PLC系
统中自动频段选择流程；
[0027]所述PLC系统中节点频谱感知流程为；
[0028]步骤11：PLC系统中节点，实时监视PLC线路上是否存在有效的帧突发数据，接收端节点首先接收1024点时域数据，记为a_rx_time_data，然后检测该时域数据是否是帧突发数据，如果是帧突发数据，则启动节点正常的帧突发接收过程；如果不是帧突发数据，则启动频谱感知测量；
[0029]步骤12：接收端节点对收到a_rx_time_data时域数据进行1024点的傅里叶变化FFT；得到1024个子载波频域数据，记录为a_rx_frequency_data；
[0030]步骤13：从a_rx_frequency_data中取出前512子载波的频域信息，并且计算出每个子载波底噪功率值，记录为a_rx_subCarrier_power；
[0031]a_rx_subCarrier_power(i)＝abs(a_rx_frequency_data(i))
[0032]其中，abs()表示进行取模计算；i表示子载波编号，取值范围为1～512；
[0033]步骤14：将a_rx_subCarrier_power和本地记录的a_rx_subCarrier_average_power对应子载波底噪功率进行累加平均，计算出子载波底噪平均功率；
[0034]a_本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PLC系统中自动频段选择的方法，其特征在于：包括PLC系统中节点频谱感知流程和PLC系统中自动频段选择流程；所述PLC系统中节点频谱感知流程为；步骤11：PLC系统中节点，实时监视PLC线路上是否存在有效的帧突发数据，接收端节点首先接收1024点时域数据，记为a_rx_time_data，然后检测该时域数据是否是帧突发数据，如果是帧突发数据，则启动节点正常的帧突发接收过程；如果不是帧突发数据，则启动频谱感知测量；步骤12：接收端节点对收到a_rx_time_data时域数据进行1024点的傅里叶变化FFT；得到1024个子载波频域数据，记录为a_rx_frequency_data；步骤13：从a_rx_frequency_data中取出前512子载波的频域信息，并且计算出每个子载波底噪功率值，记录为a_rx_subCarrier_power；a_rx_subCarrier_power(i)＝abs(a_rx_frequency_data(i))其中，abs()表示进行取模计算；i表示子载波编号，取值范围为1～512；步骤14：将a_rx_subCarrier_power和本地记录的a_rx_subCarrier_average_power对应子载波底噪功率进行累加平均，计算出子载波底噪平均功率；a_rx_subCarrier_average_power(i)＝(a_rx_subCarrier_average_power(i)+a_rx_subCarrier_power(i))/2；其中，i表示子载波编号，取值范围1到512；步骤15：计算出每个频段的子载波底噪平均功率，记为a_rx_subCarrier_ban...

【专利技术属性】
技术研发人员：段红光，刘怡豪，文淳，郑建宏，罗一静，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：