[发明专利]低压配电网扩频通信网络系统及其通信方法

说明书

技术领域

一种低压配电网扩频通信网络系统及其通信方法属于低压电力线通信技术领域。

背景技术

以电力线作为信号传输媒介实现通信是各国电力、通信、网络等研究与产业部门一直致力研究开发的技术。电力线通信通常以电力网络的电压等级划分，可以分为高压电力线通信(100KV以上)、中压电力线通信(1KV~100KV)和低压电力线通信(1kV以下，380V/220V)。就电力线通信信道特性而言，高压电力线通信环境最好，其次是中压电力线环境，最差的是低压电力线通信环境。低压电力线通信又称作低压配电网通信。从所应用的通信技术角度划分，电力线通信技术分为窄带调制技术与宽带(扩频)调制技术。

在低压配电网通信技术的研究开发方面，英国、德国、美国、日本、比利时、以色列等国的研究机构先后从不同角度对该项技术进行过研究。

国际上现有的低压配电网电力线通信技术主要有两类：欧洲标准类与非欧洲标准类。

欧洲标准类：泛指采用欧洲CENELEC标准EN50065-1(工作频带范围在3～148.5kHz，最大功率25W)的配电网通信技术。由于该频带范围较窄(最大带宽145.5kHz)，所以适于采用窄带调制技术(如ASK，FSK，PSK)进行数据传输。传输速率除了与带宽有关外，还与该频率范围配电网的噪声有关。根据国际上公开发表的研究成果和清华大学电机系在中国实际配电网的工业试验结果，在该频带内配电网的噪声水平在-40~-80dBmW/Hz，呈较高水平。所以只能实现较低的传输速率(一般为2.4kbit/s或更低)。如果在该频段采用扩频技术，因为带宽较小，扩频所能够获得的处理增益值为18左右，扩频优越性的效果并不明显。

非欧洲标准类：泛指采用非欧洲CENELEC标准EN50065-1的配电网通信技术。典型的非欧洲标准有美国的FCC标准(100~450kHz，最大功率25W)。清华大学电机系在中国实际配电网的工业试验结果表明在该频率范围内的配电网的噪声为白噪声，噪声水平在-90dBmW/Hz，远低于欧洲标准频段的噪声水平，同时由于FCC频段的带宽为CENELEC带宽的两倍多，所以可以在FCC频段达到较高的传输速率(一般为9.6kbit/s以上)和更大的扩频处理增益(接近44)。

基于欧洲标准或FCC标准，一些公司生产有满足标准的调制解调器芯片(或称MODEM)。如满足欧洲标准的MODEM芯片ST7536，ST7537；如满足FCC标准的MODEM芯片LM1893，AN192，SSCP200等；

这些商业化调制解调器芯片具有对标准的输出数字信号调制为连续时间信号功能，或将接收到的已调制信号解调为数字信号功能。

在低压配电网上实现通信所面临的主要问题是(1)信道的变化衰减—不同接入点、不同时间变化范围大，并且与网络上的负载投切关联性较大，经常有传输零点；(2)随机干扰与噪声—来自各种用户的谐波污染、背景噪声等使线路上的干扰与噪声的峰—峰值可达20V上下。

最近几年的研究表明采用宽带电力线扩频通信技术可以在一定程度上克服低压电力线通信的恶劣通信环境，与窄带通信方式或窄带扩频方式相比具有明显的优越性。

采用扩频通信方式在低压配电网上进行组网通信时，由于低压配电网信道的复杂性，网络上任意两点直接通信的距离一般小于500米，特殊情况下即便是距离较近，由于配电网的分岔等原因，也无法保证通信的可靠性；这样就需要对配电网进行规划，在关键节点放置路由器。这些路由器在集中器的控制管理之下，与用户通信终端一起构成完整的配电网扩频通信网。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通信稳定可靠，范围大且调试，维护，使用三者都方便灵活的低压配电网扩频通信网络系统及其通信方法。

本发明所提出的低压配电网扩频通信网络系统其特征在于：它是一种自顶向下依次由计算机，集中器，路由器和用户终端构成的“金字塔”式主从通信系统，其中：

计算机是系统的顶点，它既是通信信息发出的地点又是用户终端反馈信息的终点；

集中器是把计算机的数据包变成载波通信包后传递到电力线的设备，也是处理并接收来自用户终端的载波数据包并反馈给计算机的设备，它与计算机用通信线通信；