[发明专利]一种电力线载波通信方法

说明书

本发明提出一种电力线载波通信方法主体构成有三部分：上位机(PC)，载波通信模块和低压电力线缆。系统分为：硬件设计和软件实现。硬件部分主要是电力线载波通信模块的设计，采用DSP+AFE031的思路，并辅以各种搭载电路，大致分为发送、接收和耦合三种主控电路。软件部分的实现主要涉及到系统初始化配置、OFDM调制解调模块和资源优化分配算法。在整个通信系统中，DSP既作为系统的控制核心，负责数据的收发和控制，同时还作为系统的数据处理核心，完成数据的OFDM调制解调和资源优化分配算法。

技术领域

本发明提出一种电力线载波通信方法,应用于能源监控领域的电力线载波通信，涉及电力及通信技术应用领域。

背景技术

伴随着“统一坚强智能电网规划”政策的出台，智能电网俨然已成为大势所趋，引起了广大学者的关注。坚强智能电网将特高压电网作为骨干网架，涉及了电能的发、输、变、配、用和调度等多个环节，涵盖全部等级电压，真正完成了电网和信息网的无缝连接。其中，作为坚强智能电网最核心的环节——高级计量架构，其重要作用在远程实时监控、配电自动化以及DSM(需求侧管理)等中尤为突出。而AMI的构建过程中，关键问题在于如何在计量终端和信息集中器之间建立固定的双向通信网络系统。

从配电网电力线载波通信实际出发，针对PLC系统中诸多约束限制的多用户混合业务动态资源分配模型，提出一种基于资源因子和改进比例公平的动态资源优化分配方案，以保证用户服务质量并在兼顾容量公平性原则下提高系统吞吐量，并尽量降低算法的复杂度。

发明内容

本发明提出一种电力线载波通信方法主体构成有三部分：上位机(PC)，载波通信模块和低压电力线缆。系统分为：硬件设计和软件实现。硬件部分主要是电力线载波通信模块的设计，采用DSP+AFE031的思路，并辅以各种搭载电路，大致分为发送、接收和耦合三种主控电路。软件部分的实现主要涉及到系统初始化配置、OFDM调制解调模块和资源优化分配算法。在整个通信系统中，DSP既作为系统的控制核心，负责数据的收发和控制，同时还作为系统的数据处理核心，完成数据的OFDM调制解调和资源优化分配算法。

整个PLC系统以AFE031载波模块为中心单元，这里的硬件设计主要指该部分的设计。该模块主要是DSP主控器和模拟前端(AFE,AnalogFront-End)组成。如附图1所示，DSP作为控制核心，主要处理调制解调等信号，同时还需实现多用户资源分配算法。因此选择TI公司高性能的TMS320F28335芯片作为处理器，其支持浮点运算且具有很强的数据处理能力。

模拟前端AFE用于信号的A/D、D/A转换，滤波以及功率放大、耦合等，TI最新研制的高性能集成芯片AFE031，适用于各种有关模拟信号调理的应用，其特点是通过功率放大电路可以得到高达1.5A的电流，以此来驱动较低的电力线阻抗，同时，它还可以检测经电网衰减后的微弱信号(最低RMS20μV)。而且能够被核心MCU无缝的链接和驱动。DSP处理器与模拟前端AFE通过SPI接口进行通信，主要用于配置模拟前端AFE的工作模式和传送调制解调信号,设计模拟前端硬件电路，分为发送链路和接收链路。

发送链路电路图可表示为图2，AFE031内部PA输出的信号经过LC串联谐振电路传输到耦合变压器原端，其中，C3是低压电容，要求具有较低的阻抗可以通过所需频带内信号，其参考值为10μF。除此之外，发送链路中还包含保护元件，如附图中D1为齐纳管，D2和D3是肖特基管，D4为瞬态电压抑制器(TVS)。稳态时，C3会被充电至约为供电电压一半的电平；当电力线上出现浪涌时，TVS管会将此浪涌钳位至其击穿电压。变压器高压侧的6R为金属氧化物压敏电阻，起保护电路作用。4R和7R是为了阻抗匹配而设计的。

接收模块AFE031内置的接收链路由Rx_PGA1、Rx_PGA2和Rx_Filter组成。其中Rx_PGA1、和Rx_PGA2的增益值通过SPI接口配置寄存器来调节，除增益放大外还可滤除带外干扰。Rx_Filter是内部配置的四阶低通滤波器，其通频带可以选择CENELEC_A或者CENELEC_B\C\D。