CN110535490B - 一种电力线通信中的阻抗匹配系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种电力线通信中的阻抗匹配系统及方法，其包括：阻抗匹配单元组，阻抗选择模块，通路选择模块，信号检测模块，所述阻抗匹配单元组是由多个阻抗匹配单元构成，每个阻抗匹配单元由电容，电感和变容二极管组成，每个阻抗匹配单元可以进行阻抗微调；所述阻抗选择模块用于完成阻抗匹配单元的选择，还用于完成对阻抗匹配单元中的阻抗微调控制；通路选择模块，用于完成阻抗选择模块控制下，实现电力线和信号检测模块之间的阻抗匹配单元组合选择；信号检测模块，完成监视在每次阻抗匹配选择之后，接收信号大小的评估，并且确定阻抗匹配选择是否是最佳的选择方案。

Description

一种电力线通信中的阻抗匹配系统及方法

技术领域

本发明属于物联网通信技术领域，尤其涉及一种电力线自适应阻抗匹配方法。

背景技术

随着通信技术的发展，各种各样的通信技术在物联网中得到广泛应用。电力部门为了实时监控用户用电信息，电力抄表业务孕育而生，目前在电力抄表业务中最为成熟的通信方式是电力线通信。在电力线的设计使用中，虽然电力线的铺设本身不是为了通信，但是可以作为通信信道来使用，只不过在很多特性方面都不能很好地满足通信要求。

在通信系统中，信号从收发设备到信道的时候，需要进行严格的阻抗匹配，例如移动终端设计中，为了使发送端的射频信号能够最大效率地发送出去，接收端能够最大限度地接收到天线端的耦合信号，基带射频电路和天线之间需要做阻抗匹配，但是对于电力线通信系统，实现电力线和通信模块之间的固定阻抗匹配是极其困难的。在实际应用中，由于电力线上挂接各种各样的电器设备，同时电力线上也存在许多不同的电路分支，每条支路的变化都会影响到电线上的阻抗，所以电力线通信系统无法实现固定的阻抗匹配。如图1所示为常规的电力线耦合电路，电力线通过变压器耦合到通信模块的收发端，电力线到电力线信号输入之间，以及电力线到电力线信号输出之间，通信设备模块对外接口的阻抗是固定的，但是电力线上的阻抗是随时间和场景而变化的。电力线上的任何变动都会影响到电力线上的阻抗，亦影响到电力线和通信模块之间的阻抗匹配。

正因如此，已经有很多公司和研发机构对电力线阻抗进行研究，从本质来分析，提出的解决方案主要有以下两种方式。

方式一：通信模块在发送信号时，由于通信模块和电力线之间阻抗不匹配，所以会存在强烈的信号反射，反射信号和发送信号会在通信模块发送端进行混叠成驻波信号，形成严重干扰。这种方法在通信模块中使用已知的发送信号和接收到的反射信号进行幅频特性评估，用以指导通信模块在发送信号时进行幅频特性调整，从而降低这种混叠对通信质量的影响，该方案困难在于需要从接收到的复杂信号中甄别出反射信号，算法复杂度较高，不适用于低成本、大规模的物联网中。

方式二：阻抗不匹配会影响通信模块发送和接收信号质量，如果解决通信模块和电力线之间阻抗不匹配问题，也就避免通信信号的反射，所以该方法主要通过实时对电力线进行阻抗测量，然后计算出阻抗匹配参数，最后使用计算出的阻抗匹配参数对通信模块的阻抗进行调整。在实际应用中，该方案困难在于电力线阻抗的实时测量、匹配阻抗的计算以及阻抗调整，需要增加额外的测量电路，同时也会增加通信模块的信号处理能力，因此也不适合低成本的电力线载波通信系统。

本发明针对目前电力线载波通信系统中存在的问题，提出的一种解决方案，该方法在实际应用中，既兼顾了性能和低成本的要求，又解决了电力线通信中阻抗自适应匹配的问题。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种既兼顾了性能和低成本的要求，又解决了电力线通信中阻抗自适应匹配的问题的电力线通信中的阻抗匹配系统及方法。本发明的技术方案如下：

一种电力线通信中的阻抗匹配系统，其包括：阻抗匹配单元组，阻抗选择模块，通路选择模块，信号检测模块，所述阻抗匹配单元组是由多个阻抗匹配单元构成，每个阻抗匹配单元由电容，电感和变容二极管组成，每个阻抗匹配单元可以进行阻抗微调；所述阻抗选择模块用于完成阻抗匹配单元的选择，即选择阻抗匹配单元1，阻抗匹配单元2，...，阻抗匹配单元N中的阻抗匹配组合，其中N为大于等于1的整数，还用于完成对阻抗匹配单元中的阻抗微调控制；

通路选择模块，用于完成在阻抗选择模块控制下，实现电力线和信号检测模块之间的阻抗匹配单元组合选择；信号检测模块用于监视以及评估接收信号的大小，并且确定阻抗匹配选择是否是最佳的选择方案。

进一步的，所述阻抗匹配单元由变容二极管D1、变容二极管D2、电感器件L1、电容器件C1、D/A变化器和单刀双掷开关组成，其中变容二极管D1的一端和电感器件L1的一端相连，电容器件C1和变容二极管D2并联，电容器件C1和变容二极管D2并联后与变容二极管D1的另一端一起和阻抗匹配端点相连，电容器件C1和变容二极管D2并联后与电感器件L1的另一端一起和单刀双掷开关K1相连，单刀双掷开关K1用于完成两个支路的选择，D/A变换器和单刀双掷开关K1相连接，D/A变换器和电压控制端点相连接，D/A变换器在电压控制端点输入二进制控制数字之后，输出对应的模拟电压信号，改变变容二极管的电容大小，电容器件C2为耦合器件，完成信号耦合功能。

进一步的，所述通路选择模块由两个多路选择器和2(N-1)个开关构成，多路选择器和每个阻抗匹配单元的阻抗匹配端点相连，其中一个多路选择器的一个端点连接到电力线耦合变压器的输出端，另外一个多路选择器连接到信号检测模，。阻抗匹配单元1到阻抗匹配单元N之间采用开关相连接，多路选择器和开关的控制端都连接到阻抗选择模块。

进一步的，所述自适应阻抗匹配分成两个步骤完成，即阻抗匹配粗调过程和阻抗匹配细调过程，首先完成阻抗匹配粗调过程，确定阻抗匹配单元的通路选择，然后完成阻抗匹配细调过程，确定阻抗匹配单元中电压控制端点的输入二进制控制数值。

进一步的，所述阻抗匹配粗调过程具体包括以下步骤：

步骤1：使用多路选择器和开关组合，完成由多个阻抗匹配单元组成的一条阻抗匹配通路，假设阻抗匹配通路编号M，最大阻抗匹配通路数为Nmax；

步骤2：使用信号检测模块，实时检查接收到电力线上的信号强度，信号强度是接收的信号强度指示或是信号相关峰值，并且记录阻抗匹配单元通路编号以及信号强度值；信号相关峰值即接收信号和电力线传输已知信号进行相关之后的相关功率，已知信号是同步信号或是固定特性的信号；

步骤3：选择下一条阻抗匹配单元通路，完成步骤2的过程，记录选定阻抗匹配单元支路条件下，信号检测模块接收到的信号强度，重复步骤3过程，直到每种阻抗匹配单元通路都选择过一次；

步骤4：从信号检测模块记录的信号强度值列表中，选择最大信号强度对应的阻抗匹配单元通路，作为通信模块收发使用的阻抗匹配单元。

进一步的，所述自适应阻抗匹配的阻抗匹配细调过程，确定阻抗匹配单元中电压控制端点的输入二进制控制数值，具体包括：

步骤1：使用在粗调阻抗匹配过程中确定的阻抗匹配单元通路，假设选定的阻抗匹配通路编号为M，并且包含由Jmax个阻抗匹配单元；

步骤2：选择一个阻抗匹配单元通路中阻抗选择端点控制的开关值，以及阻抗匹配单元的D/A变化器的输入值，即电压控制端点的二进制数值。假设阻抗匹配单元通路中的阻抗匹配单元编号为J(J取值从1到Jmax)；

步骤3：信号检测模块实时检查接收电力线上的信号强度，信号强度是接收的信号强度指示或是信号相关峰值，并且记录阻抗匹配单元J中的电压控制端点的二进制数值和阻抗选择端点值以及信号强度值；

步骤4：遍历阻抗匹配单元J电压控制端点的二进制数值，即改变D/A变化器的输出电压值，同理步骤3过程，记录阻抗匹配J中的电压控制端点的二进制数值和阻抗选择端点值以及信号强度值；

步骤5：改变一个阻抗匹配单元通路中阻抗选择端点值，重复步骤2-4

步骤6从信号检测模块记录的信号强度值列表中，选择最大信号强度对应的电压控制端点的二进制数值，作为阻抗匹配单元J的电压控制端点的二进制数值，阻抗选择端点控制值作为阻抗匹配单元J中阻抗选择端点控制值。确定通信模块收发使用的阻抗微调控制值；

步骤7重复步骤2-6，遍历下一个阻抗匹配单元(记为：J++)，直到所有阻抗匹配单元通路编号M中阻抗匹配单元都遍历完成。

一种基于所述系统的电力线通信中的阻抗匹配方法，其包括以下步骤：

首先根据电力线通信系统中电力线的阻抗特点，对实际电力线进行阻抗测试；其次，根据电力线阻抗变化情况，阻抗选择模块使用阻抗匹配单元实现多种阻抗匹配组合，即实现自适应阻抗匹配的粗调过程，每个阻抗匹配单元可以进行阻抗微调；然后在每种阻抗匹配单元中，进行阻容数值的调整，即实现自适应阻抗匹配的微调过程，从而实现电力线通信模块上的阻抗匹配。

进一步的，所述自适应阻抗匹配中的粗调过程具体包括以下步骤：

步骤1：使用多路选择器和开关组合，完成由多个阻抗匹配单元组成的一条阻抗匹配通路，假设阻抗匹配通路编号M，最大阻抗匹配通路数为Nmax；

步骤2：使用信号检测模块，实时检查接收到电力线上的信号强度，信号强度是接收的信号强度指示或是信号相关峰值，并且记录阻抗匹配单元通路编号以及信号强度值；信号相关峰值即接收信号和电力线传输已知信号进行相关之后的相关功率，已知信号是同步信号或是固定特性的信号；

步骤3：选择下一条阻抗匹配单元通路，完成步骤2的过程，记录选定阻抗匹配单元支路条件下，信号检测模块接收到的信号强度，重复步骤3过程，直到每种阻抗匹配单元通路都选择过一次；

步骤4：从信号检测模块记录的信号强度值列表中，选择最大信号强度对应的阻抗匹配单元通路，作为通信模块收发使用的阻抗匹配单元。

进一步的，所述自适应阻抗匹配的阻抗匹配细调过程具体包括以下步骤：

步骤1：使用在粗调阻抗匹配过程中确定的阻抗匹配单元通路，假设选定的阻抗匹配通路编号为M，并且包含由Jmax个阻抗匹配单元；

步骤2：选择一个阻抗匹配单元通路中阻抗选择端点控制的开关值，以及阻抗匹配单元的D/A变化器的输入值，即电压控制端点的二进制数值。假设阻抗匹配单元通路中的阻抗匹配单元编号为J(J取值从1到Jmax)；

步骤3：信号检测模块实时检查接收电力线上的信号强度，信号强度是接收的信号强度指示或是信号相关峰值，并且记录阻抗匹配单元J中的电压控制端点的二进制数值和阻抗选择端点值以及信号强度值；

步骤4：遍历阻抗匹配单元J电压控制端点的二进制数值，即改变D/A变化器的输出电压值，同理步骤3过程，记录阻抗匹配J中的电压控制端点的二进制数值和阻抗选择端点值以及信号强度值；

步骤5：改变一个阻抗匹配单元通路中阻抗选择端点值，重复步骤2-4；

步骤6：从信号检测模块记录的信号强度值列表中，选择最大信号强度对应的电压控制端点的二进制数值，作为阻抗匹配单元J的电压控制端点的二进制数值，阻抗选择端点控制值作为阻抗匹配单元J中阻抗选择端点控制值。确定通信模块收发使用的阻抗微调控制值；

步骤7：重复步骤2-6，遍历下一个阻抗匹配单元(记为：J++)，直到所有阻抗匹配单元通路编号M中阻抗匹配单元都遍历完成。

本发明的优点及有益效果如下：

第一：目前电力通信系统中，通信模块和电力线之间通常没有做阻抗匹配，所以电力线和通信模块之间的阻抗不匹配，形成很强的反射驻波，严重影响了通信模块信号的收发。针对目前问题，理论上提出了精确的阻抗匹配解决方案，例如首先自动测量电力线上的阻抗，然后根据阻抗生成匹配网络，这种实现方式难于推广，原因首先进行电力线阻抗测量非常复杂，并且成本高，其次生成匹配网络困难，所以也没有得到推广使用。本发明提供了一种鲁棒性的电力线阻抗匹配方法，不需要进行复杂的阻抗计算，也不需要进行复杂的反射信号提取和处理要求，大大降低了电力线通信模块的成本。

第二：电力线传输线路阻抗变化大，例如白天，早晨，晚上和深夜几乎没有可参考性，也就是电力线阻抗的变化在不同用电状况不是缓慢变化，而是剧烈变化，所以本发明在阻抗匹配单元生成过程中，充分考虑实际网络的阻抗特性，使得设计的阻抗匹配单元更加符合实际场景，简化了阻抗匹配单元的复杂性。

第三：根据电力线阻抗变化大的特点，白天，早晨，晚上和深夜的阻抗差距很大，但是固定时间段中阻抗变化比较缓慢，所以本发明阻抗自适应匹配分两个过程完成，即粗调和细调过程，粗调加快了阻抗自适应匹配过程，细调使得阻抗更加准确。

第四：本发明充分使用电力线通信模块中已有的测量功能，对电力线通信线路上信号质量进行测量，来判定通信模块和电力线的阻抗匹配情况，该过程不需要增加额外的信号处理电路。

附图说明

图1是常规电力线耦合电路；

图2是本发明一种电力线通信模块的阻抗匹配结构图；

图3是本发明阻抗匹配单元结构图；

图4是通路选择模块的开关结构示意图；

图5是阻抗自动匹配的粗调过程；

图6是阻抗自动匹配的细调过程；

图7是电力线通信模块结构示意图；

图8是一种电力线阻抗匹配结构网络示意图；

图9是对应表1配置场景下的阻抗匹配通路；

图10是对应表2配置场景下的阻抗匹配通路；

图11是对应表3配置场景下的阻抗匹配通路；

图12是对应表4配置场景下的阻抗匹配通路；

图13是对应表5配置场景下的阻抗匹配通路；

图14是对应表6配置场景下的阻抗匹配通路；

图15是对应表7配置场景下的阻抗匹配通路；

图16是对应表8配置场景下的阻抗匹配通路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

本发明提出了一种电力线通信系统中，电力线通信模块和电力线传输信道之间的自适应阻抗匹配方法。本发明的基本方法，首先根据电力线通信系统中电力线的阻抗特点，对实际电力线进行阻抗测试，根据电力线阻抗变化情况，使用阻抗匹配单元实现多种阻抗匹配组合，即实现自适应阻抗匹配的粗调过程，然后在每种阻抗匹配单元中，进行阻容数值的调整，即实现自适应阻抗匹配的微调过程，从而实现电力线通信模块上的阻抗匹配。

本发明提供的电力线通信模块的阻抗匹配结构，如图2所示，由阻抗匹配单元组，阻抗选择模块，通路选择模块，信号检测模块组成。本发明中阻抗匹配单元组是由多个阻抗匹配单元构成，每个阻抗匹配单元由电容，电感和变容二极管组成，并且每个阻抗匹配单元可以进行阻抗微调。阻抗选择模块首先完成阻抗匹配单元的选择，即选择阻抗匹配单元1，阻抗匹配单元2，...，阻抗匹配单元N中的阻抗匹配组合，其中N为大于等于1的整数，其次完成对阻抗匹配单元中的阻抗微调控制。通路选择模块完成在阻抗选择模块控制下，实现电力线和信号检测模块之间的阻抗匹配单元组合选择。信号检测模块在完成每次阻抗匹配选择之后，监视以及评估接收信号的大小，并且确定阻抗匹配选择是否是最佳的选择方案。

在本发明中，阻抗匹配单元结构如图3所示，阻抗匹配单元由变容二极管，电感器件和电容器件，D/A变化器和单刀双掷开关组成。其中一个变容二极管D1和电感器件L1相连成电路，电容器件C1和变容二极管D2并联成电路，电路一端和阻抗配端点相连，另外一个端点和单刀双掷开关相连。单刀双掷开关完成两个支路的选择。D/A变换器完成在电压控制端点输入二进制控制数字之后，输出对应的模拟电压信号，改变变容二极管的电容大小。电容器件C2为耦合器件，完成信号耦合功能。

本发明中，通路选择模块开关结构如图4所示，通路选择模块由两个多路选择器和2(N-1)个开关构成，多路选择器和每个阻抗匹配单元的阻抗匹配端点相连，其中一个多路选择器的一个端点连接到电力线耦合变压器的输出端，另外一个连接到信号检测模块。阻抗匹配单元1到阻抗匹配单元N之间采用开关相连接。多路选择器和开关的控制端都连接到阻抗选择模块。

本发明提供的自适应阻抗匹配分成两个步骤完成，即阻抗匹配粗调过程和阻抗匹配细调过程。本发明首先完成阻抗匹配粗调过程，确定阻抗匹配单元的通路选择，然后完成阻抗匹配细调过程，确定阻抗匹配单元中电压控制端点的输入二进制控制数值。

下面具体介绍本发明自适应阻抗匹配中的粗调过程，流程如图5所示。

步骤1：使用多路选择器和开关组合，完成由多个阻抗匹配单元组成的一条阻抗匹配通路，假设阻抗匹配通路编号M，最大阻抗匹配通路数为Nmax。如图5中1步。

步骤2：使用信号检测模块，实时检查接收到电力线上的信号强度，信号强度可以是接收的信号强度指示(简称：RSSI)或是信号相关峰值，并且记录阻抗匹配单元通路编号以及信号强度值。如图5中2步。

进一步描述，信号相关峰值即接收信号和电力线传输已知信号进行相关之后的相关功率，已知信号可以是同步信号或是固定特性的信号。

步骤3：选择下一条阻抗匹配单元通路，完成步骤2的过程，记录选定阻抗匹配单元支路条件下，信号检测模块接收到的信号强度，重复步骤3过程，直到每种阻抗匹配单元通路都选择过一次。如图5中3，4，5步。

步骤4：从信号检测模块记录的信号强度值列表中，选择最大信号强度对应的阻抗匹配单元通路，作为通信模块收发使用的阻抗匹配单元。如图5中6步。

在上面步骤1到步骤4中，选择阻抗匹配单元通路的过程就是本发明的阻抗自适应匹配粗调过程。

下面具体介绍本发明自适应阻抗匹配中的细调过程，流程如图6所示。

步骤1：使用在粗调阻抗匹配过程中确定的阻抗匹配单元通路，假设选定的阻抗匹配通路编号为M，并且包含由Jmax个阻抗匹配单元。如图6中1步。

步骤2：选择一个阻抗匹配单元通路中阻抗选择端点控制的开关值，以及阻抗匹配单元的D/A变化器的输入值，即电压控制端点的二进制数值。假设阻抗匹配单元通路中的阻抗匹配单元编号为J(J取值从1到Jmax)。如图6中2步。

步骤3：信号检测模块实时检查接收电力线上的信号强度，信号强度可以是接收的信号强度指示或是信号相关峰值，并且记录阻抗匹配单元J中的电压控制端点的二进制数值和阻抗选择端点值以及信号强度值。如图6中3步。

步骤4：遍历阻抗匹配单元J电压控制端点的二进制数值，即改变D/A变化器的输出电压值，同理步骤3过程，记录阻抗匹配J中的电压控制端点的二进制数值和阻抗选择端点值以及信号强度值。如图6中4，5，2，3步。

步骤5：改变一个阻抗匹配单元通路中阻抗选择端点值，重复步骤2，3，4。如图6中6，7，2，3，4，5步。

步骤6：从信号检测模块记录的信号强度值列表中，选择最大信号强度对应的电压控制端点的二进制数值，作为阻抗匹配单元J的电压控制端点的二进制数值，阻抗选择端点控制值作为阻抗匹配单元J中阻抗选择端点控制值。确定通信模块收发使用的阻抗微调控制值。如图6中8步。

步骤7：重复步骤2，3，4，5，6，遍历下一个阻抗匹配单元(记为：J++)。直到所有阻抗匹配单元通路编号M中阻抗匹配单元都遍历完成。如图6中9，10步。

在上面的步骤1到步骤7中，选择阻抗微调控制值的过程亦本发明的阻抗自适应匹配细调过程。

在本发明的阻抗自适应匹配完成之后，将使用粗调过程确定的阻抗匹配单元分支，以及使用阻抗微调控制值对确定的阻抗匹配单元进行阻抗微小调整，从而完成整个通信模块的阻抗匹配过程。在使用过程中，信号检测模块实时对电力线通信线路上信号强度进行检测，如果发现信号强度恶化，则再次启动本发明阻抗自适应匹配过程。

本发明优点在于：

第一：提供了一种鲁棒性的电力线阻抗匹配方法，不需要进行复杂的阻抗计算，也不需要进行复杂的反射信号提取和处理要求，大大降低了电力线通信的成本。

第二：在阻抗匹配单元生成过程中，充分考虑实际网络的阻抗特性，使得设计的阻抗匹配单元更加符合实际场景，简化了阻抗匹配单元的复杂性。

第三：阻抗自适应匹配分两个过程完成，即粗调和细调过程，加快了阻抗自适应匹配过程，并且使得阻抗更加准确。

第四：充分使用电力线通信模块中已有的测量功能，对电力线通信线路上信号质量进行测量，来判定通信模块和电力线的阻抗匹配情况，该过程不需要增加额外的信号处理电路。

鉴于上述本发明的优点，本发明在实际使用场景中，具有目前各种电力线自适应阻抗匹配方式都有不可比拟的优势。

为了更好地说明本发明在具体场景的配置使用，下面给出一种利用本发明来实现电力线阻抗匹配的方法。电力线通信模块的结构，如图7所示。

在图7中，电力通信模块由两个部分组成，一部分是阻抗匹配结构网络，另外一部分是通信信号处理器。其中阻抗匹配结构网络完成电力线到通信信号处理部分之间的阻抗匹配。通信信号处理器则完成电力线上的信号处理，包括本发明中的信号检测模块的功能，并且完成阻抗匹配结构网络的控制功能，即完成阻抗选择模块功能。

下面给出本实施例中阻抗匹配结构网络的内部结构，如图8所示，阻抗匹配结构网络由4个阻抗匹配单元，2个多路选择器，6个开关组成。其中阻抗选择模块由通信模块的信号处理器来完成，K1和K2多路选择器由两比特控制，开关K11,K12,K21,K22,K31,K32由通信处理器的GPIO接口直接控制，阻抗匹配单元中的单刀双掷也是由通信处理器的GPIO接口直接控制，阻抗匹配单元中D/A则由7比特长度控制，取值范围(0～127)。

采用本发明的方法，通信信号处理器中阻抗选择模块对阻抗匹配结构网络中的K11,K12,K21,K22,K31,K32和K1，K2进行不同的配置，可以得到不同的阻抗匹配网络通路，完成本发明中对阻抗网络通路的阻抗粗调。

下面根据本发明给出一些实现常用典型的阻抗匹配通路，例如

型，

型和Τ型阻抗匹配网络。具体如下：

第一：关于

型的阻抗匹配网络通路

在本实施例中，给出了三种典型的

型阻抗匹配通路的形式，开关的控制状态如表1，表2和表3所示。

表1：

型的阻抗匹配网络配置1

开关

K1

K2

K11

K12

K21

K22

K31

K32

状态

1

4

断开

关闭

关闭

断开

关闭

断开

针对表1中的开关状态，形成的阻抗匹配通路如图9所示。

表2：

型的阻抗匹配网络配置2

针对表2中的开关状态，形成的阻抗匹配通路如图10所示。

表3：

型的阻抗匹配网络配置3

开关

K1

K2

K11

K12

K21

K22

K31

K32

状态

1

1

关闭

关闭

断开

关闭

断开

关闭

针对表3中的开关状态，形成的阻抗匹配通路如图11所示。

第二：关于

型的阻抗匹配网络通路

在本实施例中，给出了三种典型的

型阻抗匹配通路的形式，开关的控制状态如表4，表5和表6所示。

表4：

型的阻抗匹配网络配置1

开关

K1

K2

K11

K12

K21

K22

K31

K32

状态

4

2

断开

断开

关闭

断开

断开

关闭

针对表4中的开关状态，形成的阻抗匹配通路如图12所示。

表5：

型的阻抗匹配网络配置2

开关

K1

K2

K11

K12

K21

K22

K31

K32

状态

1

1

关闭

断开

关闭

断开

关闭

断开

针对表5中的开关状态，形成的阻抗匹配通路如图13所示。

表6：

型的阻抗匹配网络配置3

开关

K1

K2

K11

K12

K21

K22

K31

K32

状态

1

1

关闭

关闭

关闭

断开

关闭

断开

针对表6中的开关状态，形成的阻抗匹配通路如图14所示。

第三：关于Τ型的阻抗匹配网络通路

在本实施例中，给出了两种典型的Τ型阻抗匹配通路的形式，开关的控制状态如表7，表8所示

表7：Τ型的阻抗匹配网络配置1

开关

K1

K2

K11

K12

K21

K22

K31

K32

状态

1

3

断开

关闭

关闭

断开

关闭

断开

针对表7中的开关状态，形成的阻抗匹配通路如图15所示。

表8：Τ型的阻抗匹配网络配置2

开关

K1

K2

K11

K12

K21

K22

K31

K32

状态

3

1

关闭

断开

断开

关闭

断开

关闭

针对表8中的开关状态，形成的阻抗匹配通路如图16所示。

实际的工程应用中，在进行阻抗匹配粗调时以及选择阻抗匹配单元时，可以采用默认值来完成阻抗匹配单元中的电容和电感数值选择，以及D/A的默认电压值。

在选定阻抗匹配通路之后，使用本发明的方法可以对选定阻抗匹配网络通路中的每个阻抗匹配单元中的阻抗进行微小调整。具体改变阻抗匹配单元中的单刀双掷开关和D/A的输入，来完成对整个阻抗匹配通路的阻抗微调。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (5)

1.一种电力线通信中的阻抗匹配系统，其特征在于，包括：阻抗匹配单元组，阻抗选择模块，通路选择模块，信号检测模块，所述阻抗匹配单元组是由多个阻抗匹配单元构成，每个阻抗匹配单元由电容，电感和变容二极管组成，每个阻抗匹配单元可以进行阻抗微调；所述阻抗选择模块用于完成阻抗匹配单元的选择，即选择阻抗匹配单元1，阻抗匹配单元2，...，阻抗匹配单元N中的阻抗匹配组合，其中N为大于等于1的整数，还用于控制变容二极管电压完成对阻抗匹配单元中的阻抗微调控制主要通过改变阻抗匹配单元中的变容二极管以及电感器来完成；通路选择模块，用于完成在阻抗选择模块控制下，实现电力线和信号检测模块之间的阻抗匹配单元组合选择；信号检测模块用于在完成每次阻抗匹配选择之后，监视以及评估接收信号的大小，并且确定阻抗匹配选择是否是最佳的选择方案；

所述阻抗匹配单元由变容二极管D1、变容二极管D2、电感器件L1、电容器件C1、D/A变化器和单刀双掷开关组成，其中变容二极管D1的一端和电感器件L1的一端相连，电容器件C1和变容二极管D2并联，电容器件C1和变容二极管D2并联后与变容二极管D1的另一端一起和阻抗匹配端点相连，电容器件C1和变容二极管D2并联后与电感器件L1的另一端一起和单刀双掷开关K1相连，单刀双掷开关K1用于完成两个支路的选择，D/A变换器和单刀双掷开关K1相连接，D/A变换器和电压控制端点相连接，D/A变换器在电压控制端点输入二进制控制数字之后，输出对应的模拟电压信号，改变变容二极管的电容大小，电容器件C2为耦合器件，完成信号耦合功能；

自适应阻抗匹配分成两个步骤完成，即阻抗匹配粗调过程和阻抗匹配细调过程，首先完成阻抗匹配粗调过程，确定阻抗匹配单元的通路选择，然后完成阻抗匹配细调过程，确定阻抗匹配单元中电压控制端点的输入二进制控制数值；

所述阻抗匹配粗调过程具体包括以下步骤：

步骤1：使用多路选择器和开关组合，完成由多个阻抗匹配单元组成的一条阻抗匹配通路，假设阻抗匹配通路编号M，最大阻抗匹配通路数为Nmax；

步骤2：使用信号检测模块，实时检查接收到电力线上的信号强度，信号强度是接收的信号强度指示或是信号相关峰值，并且记录阻抗匹配单元通路编号以及信号强度值；信号相关峰值即接收信号和电力线传输已知信号进行相关之后的相关功率，已知信号是同步信号或是固定特性的信号；

步骤3：选择下一条阻抗匹配单元通路，完成步骤2的过程，记录选定阻抗匹配单元支路条件下，信号检测模块接收到的信号强度，重复步骤3过程，直到每种阻抗匹配单元通路都选择过一次；

步骤4：从信号检测模块记录的信号强度值列表中，选择最大信号强度对应的阻抗匹配单元通路，作为通信模块收发使用的阻抗匹配单元；

自适应阻抗匹配的阻抗匹配细调过程，确定阻抗匹配单元中电压控制端点的输入二进制控制数值，具体包括：

步骤1：使用在粗调阻抗匹配过程中确定的阻抗匹配单元通路，假设选定的阻抗匹配通路编号为M，并且包含由Jmax个阻抗匹配单元；

步骤2：选择一个阻抗匹配单元通路中阻抗选择端点控制的开关值，以及阻抗匹配单元的D/A变化器的输入值，即电压控制端点的二进制数值；假设阻抗匹配单元通路中的阻抗匹配单元编号为J，J取值从1到Jmax；

步骤3：信号检测模块实时检查接收电力线上的信号强度，信号强度是接收的信号强度指示或是信号相关峰值，并且记录阻抗匹配单元J中的电压控制端点的二进制数值和阻抗选择端点值以及信号强度值；

步骤4：遍历阻抗匹配单元J电压控制端点的二进制数值，即改变D/A变化器的输出电压值，同理步骤3过程，记录阻抗匹配J中的电压控制端点的二进制数值和阻抗选择端点值以及信号强度值；

步骤5：改变一个阻抗匹配单元通路中阻抗选择端点值，重复步骤2-4；

步骤6：从信号检测模块记录的信号强度值列表中，选择最大信号强度对应的电压控制端点的二进制数值，作为阻抗匹配单元J的电压控制端点的二进制数值，阻抗选择端点控制值作为阻抗匹配单元J中阻抗选择端点控制值；确定通信模块收发使用的阻抗微调控制值；

步骤7：重复步骤2-6，遍历下一个阻抗匹配单元，直到所有阻抗匹配单元通路编号M中阻抗匹配单元都遍历完成。

2.根据权利要求1所述的一种电力线通信中的阻抗匹配系统，其特征在于，

所述通路选择模块由两个多路选择器和2(N-1)个开关构成，多路选择器和每个阻抗匹配单元的阻抗匹配端点相连，其中一个多路选择器的一个端点连接到电力线耦合变压器的输出端，另外一个多路选择器连接到信号检测模，阻抗匹配单元1到阻抗匹配单元N之间采用开关相连接，多路选择器和开关的控制端都连接到阻抗选择模块。

3.一种基于权利要求1-2之一所述系统的电力线通信中的阻抗匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先根据电力线通信系统中电力线的阻抗特点，对实际电力线进行阻抗测试；其次，根据电力线阻抗变化情况，阻抗选择模块使用阻抗匹配单元实现多种阻抗匹配组合，即实现自适应阻抗匹配的粗调过程，每个阻抗匹配单元可以进行阻抗微调；然后在每种阻抗匹配单元中，进行阻容数值的调整，即实现自适应阻抗匹配的微调过程，从而实现电力线通信模块上的阻抗匹配。

4.根据权利要求3所述的电力线通信中的阻抗匹配方法，其特征在于，所述自适应阻抗匹配中的粗调过程具体包括以下步骤：

步骤1：使用多路选择器和开关组合，完成由多个阻抗匹配单元组成的一条阻抗匹配通路，假设阻抗匹配通路编号M，最大阻抗匹配通路数为Nmax；

步骤2：使用信号检测模块，实时检查接收到电力线上的信号强度，信号强度是接收的信号强度指示或是信号相关峰值，并且记录阻抗匹配单元通路编号以及信号强度值；信号相关峰值即接收信号和电力线传输已知信号进行相关之后的相关功率，已知信号是同步信号或是固定特性的信号；

步骤3：选择下一条阻抗匹配单元通路，完成步骤2的过程，记录选定阻抗匹配单元支路条件下，信号检测模块接收到的信号强度，重复步骤3过程，直到每种阻抗匹配单元通路都选择过一次；

步骤4：从信号检测模块记录的信号强度值列表中，选择最大信号强度对应的阻抗匹配单元通路，作为通信模块收发使用的阻抗匹配单元。

5.根据权利要求4所述的电力线通信中的阻抗匹配方法，其特征在于，所述自适应阻抗匹配的阻抗匹配细调过程具体包括以下步骤：

步骤1：使用在粗调阻抗匹配过程中确定的阻抗匹配单元通路，假设选定的阻抗匹配通路编号为M，并且包含由Jmax个阻抗匹配单元；

步骤2：选择一个阻抗匹配单元通路中阻抗选择端点控制的开关值，以及阻抗匹配单元的D/A变化器的输入值，即电压控制端点的二进制数值；假设阻抗匹配单元通路中的阻抗匹配单元编号为J ，J取值从1到Jmax；

步骤3：信号检测模块实时检查接收电力线上的信号强度，信号强度是接收的信号强度指示或是信号相关峰值，并且记录阻抗匹配单元J中的电压控制端点的二进制数值和阻抗选择端点值以及信号强度值；

步骤4：遍历阻抗匹配单元J电压控制端点的二进制数值，即改变D/A变化器的输出电压值，同理步骤3过程，记录阻抗匹配J中的电压控制端点的二进制数值和阻抗选择端点值以及信号强度值；

步骤5：改变一个阻抗匹配单元通路中阻抗选择端点值，重复步骤2-4；

步骤6：从信号检测模块记录的信号强度值列表中，选择最大信号强度对应的电压控制端点的二进制数值，作为阻抗匹配单元J的电压控制端点的二进制数值，阻抗选择端点控制值作为阻抗匹配单元J中阻抗选择端点控制值；确定通信模块收发使用的阻抗微调控制值；

步骤7：重复步骤2-6，遍历下一个阻抗匹配单元，直到所有阻抗匹配单元通路编号M中阻抗匹配单元都遍历完成。

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