阅读说明：本技术 一种宽带电力线载波通信实现方法及装置 (Broadband power line carrier communication implementation method and device ) 是由 孔涛 曹青松 莫锦攀 王书果 钟浩 刘玥 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种宽带电力线载波通信实现方法,包括如下步骤：对电力线接入信号进行耦合,获取通信信号；对通信信号进行自适应滤波,去除高频信号和噪音信号；对滤波后的信号进行抗干扰处理,进一步去除干扰信号；对抗干扰处理后的信号进行加窗插值处理,获取信号的频域信息；对处理后的信号进行解码,获取相关数据,并按照其它通信协议进行封装并对外传输。本发明还公开了基于上述方法的实现装置,包括信号耦合模块、信号抗干扰及滤波模块、信号调解码模块、数据的转换和发送模块。本发明能够有效去除和抑制噪声对信号的干扰,提高电力线通信的信号解析水平,提升电力线通信传输的整体质量,为宽带电力线通信技术的应用提供了保障。(The invention discloses a broadband power line carrier communication implementation method, which comprises the following steps: coupling the power line access signal to obtain a communication signal; carrying out self-adaptive filtering on the communication signal to remove a high-frequency signal and a noise signal; carrying out anti-interference processing on the filtered signals, and further removing interference signals; carrying out windowing interpolation processing on the signal subjected to the interference rejection processing to obtain frequency domain information of the signal; and decoding the processed signals to obtain related data, packaging according to other communication protocols and transmitting to the outside. The invention also discloses a device based on the method, which comprises a signal coupling module, a signal anti-interference and filtering module, a signal modulation and decoding module and a data conversion and transmission module. The invention can effectively remove and inhibit the interference of noise on signals, improve the signal analysis level of power line communication, improve the overall quality of power line communication transmission and provide guarantee for the application of broadband power line communication technology.)

一种宽带电力线载波通信实现方法及装置

技术领域

本发明属于电力自动化领域，具体涉及一种宽带电力线载波通信实现方法及装置。

背景技术

电力线是最普及、覆盖范围最为广阔的一种物理媒体，采用电力线路作为通信介质，不需要进行通信线路建设和通信线路维护，是智能配电网以及智能用电领域及其理想的信息传输载体。

早期主要采用窄带在同通信，窄带电力线通信，其频带限定在3kHz-500kHz之间，通信速率小于1Mbit/s，一般采用FSK、S-FS、OFDM等信号调制方式。

随着智能电网的发展建设，窄带电力线通信已经无法满足当前工程应用的需求，因此发展出新的宽带电力线通信(HPLC)。宽带电力线通信相对于窄带载波具有高速、互联的技术优势，因此在智能电网、能源管理等领域得到了广泛应用。宽带电力线通信技术的总体特点与窄带载波类似，但其通信频率范围为2-30MHz，传输速率可达25Mbit/s，使用电网中现有的网络作为架构，无需另外铺设通信信道，节约成本，可实现数据的稳定可靠传输。

但在采用电力线进行数据传输时发现线路中电磁干扰比较严重，且线路中掺杂有大量的高频信号和噪声信号，对电力线通信信号的影响和干扰较为严重，影响了电力线通信的使用效果。因此目前急需一种能够克服上述缺陷的宽带电力线载波通信方法及装置的出现。

发明内容

针对宽带电力线通信中电磁干扰和噪音信号影响线路通信质量和信息交互的问题，本发明的目的在于提供一种宽带电力线载波通信方法，能够可有效去除和抑制噪声对信号的干扰，提高电力线通信的整体质量，为宽带电力线通信技术的应用提供了保障。

本发明的目的还在于提供一种基于上述实现方法的宽带电力线载波通信实现装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种宽带电力线载波通信实现方法，包括如下：

1)对电力线接入信号进行耦合，获取通信信号；

2)对通信信号进行自适应滤波，去除高频信号和噪音信号；

3)对滤波后的信号进行抗干扰处理，进一步去除干扰信号；

4)对抗干扰处理后的信号进行加窗插值处理，获取信号的频域信息；

5)对处理后的信号进行解码，获取相关数据，并按照其它通信协议进行封装并对外传输。

进一步的，所述自适应滤波：根据所接入地区信号的频段，采用多级滤波器组合设置的方法，将带阻滤波器和低通滤波器进行自主切换，去除信号中的噪音信号。

进一步的，所述抗干扰处理：按照时域和频率相结合的方法减少噪声的干扰，在时域部分，通过调整脉冲信号的占空比进行噪声的抑制；在频域部分，根据噪声在不同频点的功率谱密度分布设置带阻滤波器，实现噪声的抑制。

进一步的，所述加窗插值处理：采用三阶切比雪夫窗函数对信号进行加窗处理，然后再采用快速傅里叶算法对加窗后的数据进行处理，进而获取信号的详细的频域信息。

一种宽带电力线载波通信实现装置，所述装置包括：

信号耦合模块，从电力线中获得通信信号；

信号抗干扰及滤波模块，采用多级滤波器组合设置的方法，将带阻滤波器和低通滤波器进行自主切换，去除信号的中噪音信号；再按照时域和频率相结合的方法进一步抑制和去除噪声，进而有效抑制噪声；

信号调解码模块，用于加窗处理获取信号的具体频域信息；

数据的转换和发送模块，将信息按照各类通信接口的协议进行封装，实现信号的对外传输。

进一步的，所述信号抗干扰及滤波模块的按照时域和频率相结合的方法进一步抑制和去除噪声：在时域部分，通过调整脉冲信号的占空比进行噪声的抑制；在频域部分，根据噪声在不同频点的功率谱密度分布设置带阻滤波器进行滤波，实现噪声的抑制。现有技术中采用电力线进行数据传输时发现线路中电磁干扰比较严重，且线路中掺杂有大量的高频信号和噪声信号，对电力线通信信号的影响和干扰较为严重，影响了电力线通信的使用效果。本发明针对这一问题，提出了适合宽带电力线载波通信实现方法及装置，可有效去除和抑制噪声对信号的干扰，提高电力线通信的信号解析水平，提升电力线通信传输的整体质量，为宽带电力线通信技术的应用提供了保障。

附图说明

图1为本发明所涉及的宽带电力线载波通信实现方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本实施例的宽带电力线载波通信实现方法，包括如下：

1)获取通信信号。接入输电线路，通过信号耦合模块获取电网中的通信信号。我国电力线载波使用的频率范围是40-500kHz，因此需要涉及一个滤波器将220V工频交流电滤除，提取出叠加在工频交流电上的高频载波信号，因此，为确保信号完整的获取，通常采用RC串联电流形成无源高通滤波器滤除220V工频交流电，获取载波信号。

2)自适应滤波处理。根据所接入地区信号的频段，采用多级滤波器组合设置的方法，将带阻滤波器和低通滤波器进行自主切换，去除信号的中噪音信号。从我国电力线信道的研究来看，噪声在不同场景、不同时间，其分布式不一样的，但大部分场景噪声都集中在1MHz以下，甚至500kHz以下，有少数噪声可达到2.5MHz的频点。因此，当前大多数载波通信的频率特点，在2-12Mhz频道中选择预定义不同频段进行自适应，具体设置方式根据区域的特点进行灵活调整，在噪声干扰严重的条件选择低通滤波器，去除高频信号；在干扰较小的条件下自动切换到带阻滤波器，以减少信号衰减。针对具体频段的选择，可以通过设置频段间隔N的方式实现，即在信号频率f<＝10MHz时，将其划分为1-N、N-2N、2N-3N；当信号f超过10MHz时，统一设置为10MHz以上。例如将N设置为2，则将频段自动划分为1-2MHz以下，2-4Mhz、4-6MHz、6-8Mhz、8-10MHz、10MHz以上频段多个级别。同样的方法，如果N设置为3，则频段按照1-3MHz、3-6MHz、6-9Hz、9M-10MHz、10MHz以上进行划分。在完成不同频段自适应划分后，对外部信息进行初步频谱分析，选择幅值最大的噪声信号的频段作为主滤波频段。当最大的噪声频段分布在上述频段时，如刚好分布是6-8MHz之间，那么选择该频道范围的带阻滤波器进行噪声的过滤。如果信号大于10MHz或者小于N，则自动切换到低通滤波器进行过滤。

3)对滤波后的信号进行抗干扰处理。该环节是对前面自适应滤波的进一步完善。在自适应滤波后，对信号进一步处理。按照时域和频率相结合的方法减少噪声的干扰。在时域部分，通过调整脉冲信号的占空比进行噪声的抑制。

在频域部分，根据噪声在不同频点的功率谱密度分布设置相应的滤波方法，实现噪声的抑制。具体实施时根据功率谱密度分布曲线，选择峰值点两边90％峰值点所对应的频率点范围，设置带阻滤波器进一步滤除噪声信号。例如，当功率谱密度分布曲线的峰值A对应的频率为fa，由于功率谱密度曲线为抛物线，因此，峰值A周边，幅值90％A对应的频率点有两个，分别为f1、f2，其中f1<fa<f2，此时将f1-f2频率范围的信号通过带阻滤波器进行滤除，进一步减少噪声信号。4)对信号的频谱分析。采用三阶切比雪夫窗函数对信号进行加窗处理，然后再采用快速傅里叶算法对加窗后的数据进行处理，进而获取信号的详细的频域信息。

5)信号调制及传输。对处理后的信号进行解码，获取信息传输的报文。然后按照各类通信接口的协议进行封装，实现信号的对外传输。如RS485串口、RJ-45以太网口等，实现电力线传输信息接收后按照工业领域常用的通信方式进行交互。

当然，上述方式是从电力线上获取信号，通过滤波、抗干扰处理、加窗插值计算分析获取报文信息，然后将其按照常用通信接口和通信规约进行封装对外传输。同样的，外部通过RJ-45以太网口传输的报文也会经过调制、滤波和抗干扰处理后通过电力线对外传输。

使用上述实施例的宽带电力线载波通信实现方法的装置，包括信号耦合模块、信号抗干扰及滤波模块、信号调解码模块和数据的转换和发送模块。

各模块之间采用以下处理流程：

1)信号耦合模块从电力线中获信号；

2)信号抗干扰及滤波模块，采用多级滤波器组合设置的方法，将带阻滤波器和低通滤波器进行自主切换，去除信号的中噪音信号，然后按照时域和频率相结合的方法进一步抑制和去除噪声，在时域部分，通过调整脉冲信号的占空比进行噪声的抑制，在频域部分，根据噪声在不同频点的功率谱密度分布设置相应的滤波方法，进而有效抑制噪声。

3)信号调解码模块用于加窗处理，获取信号的具体频域信息；

4)数据转换和发送模块将上述具体信息按照各类通信接口的协议进行封装，实现信号的对外传输。

以上所述仅为本发明的优选例实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。