CN102237896B - 电力线载波通信方法及用于该方法的发送装置和媒体播放装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力线载波通信的方法，其中，包括以下步骤：发送方对待传输数据进行编码，所述待传输数据包括工作数据和非工作数据；为编码后的所述待传输数据中的工作数据和非工作数据动态地分配通信带宽；将编码后的待传输数据耦合至电力线上，并在上述已分配的通信带宽内通过所述电力线发送至接收方；所述接收方接收所述数据并进行解码和处理。本发明还提供使用该方法的发送装置和矿井媒体播放装置。本发明有效提高了电力线通信带宽的利用率，在保证了长距离通信过程中工作数据的传输稳定性的同时，传输大容量的非工作数据。

Description

电力线载波通信方法及用于该方法的发送装置和媒体播放装置

技术领域

本发明涉及电力线通信领域，尤其涉及电力线载波通信的方法及用于该方法的发送装置，以及利用该方法实现矿井下媒体播放的播放装置。

背景技术

电力线是一个极其不稳定的高噪声、强衰减的数据传输通道。电力线通信技术(PowerLineCommunication，PLC)是出现于上世纪二十年代，在近年来迅速发展起来的一种新兴的利用电力线网络作为载体的通信技术。利用电力线进行数据传输，具有通道可靠性高、路由合理等优点，由于电力线分布广泛和成规模，是唯一不需要线路投资的有线通信方式。

目前，在高压和中压电力线技术没有成熟之前，基本使用低压PLC技术和其他网络通信技术相结合来实现电力线网络用户上网的模式。例如人们可以很方便地在办公室、家庭内部、工业现场轻松地组建局域网络，局域网络再与外部网络相结合使用，该局域网络成为智能家庭分布式过程控制的一种很好的系统构造方式，具有广阔的应用前景和市场。由于局域网通信距离短，只限于办公室、家庭内部等一个并不大的区域，因此通信效果令人满意。

但是如何在距离相对较长的两点间通过电力线来传输比较大容量的数据，例如，在矿井中传输音频数据，是一个亟待解决的问题。出于安全性考虑，矿井中不能出现明火，因此无法对光纤进行焊接，故而无法进行通信网络布线，只能采用电力线进行数据传输。低压电力线是为传输50Hz的工频电能而铺设的一种分布非常广泛的线路资源，但是由于其并非为通信所专门铺设，因此其干扰大、带宽小等缺点往往难以满足载波通信的要求。在矿井下工作的矿工工作很枯燥和辛苦，为了减轻矿工的疲劳，希望能够在矿工工作或休息时播放背景音乐，或者在矿工休息时提供视频录像来欣赏。通常的做法是通过CD播放器、MP3播放器放置在井下的各个地点进行播放。但是，这些播放的曲目通常不方便更新，反复播放会令人厌倦。本发明人提出可以通过井下电力线通信传输音频/视频数据，实现播放曲目的更新。目前，井下电力线通信通常只能传输数据量较小的工作数据，如何能保证在电力线传输数据量不大的工作数据的同时，传输音乐、视频等数据量较大的数据，是需要解决的问题。

发明内容

为了解决上述现有的井下电力线载波通信技术中的局限性和缺陷，本发明提供一种电力线载波通信方法。

根据本发明的一个方面，提供一种电力线载波通信的方法，其中，包括以下步骤：

发送方对待传输数据进行编码，所述待传输数据包括工作数据和非工作数据；

为编码后的所述待传输数据中的工作数据和非工作数据动态地分配通信带宽；

将编码后的待传输数据耦合至电力线上，并在上述已分配的通信带宽内通过所述电力线发送至接收方；

所述接收方接收所述数据并进行解码和处理。

相应的，本发明还提供了一种用于电力线载波通信的发送装置，其中，包括：

编码模块，用于对待传输数据进行编码，所述待传输数据包括工作数据和非工作数据；

带宽分配模块，为编码后的所述待传输数据中的工作数据和非工作数据

动态地分配通信带宽；

耦合模块，将编码后的待传输数据耦合至电力线上；发送模块，在上述已分配的通信带宽内通过所述电力线发送所述待传输数据。

本发明还提供了一种用于在矿井下播放媒体的播放装置，所述播放装置包括：

耦合模块，用于耦合到矿井下的电力线；

接收模块，用于接收电力线中传输的非工作数据；

解码模块，对所述非工作数据进行解码；

缓存模块，对所接收的非工作数据进行缓存；

播放模块，用于当缓存装置中缓存的数据接收完整后播放所述接收的非工作数据。

与现有技术相比，采用本发明提供的技术方案具有如下优点：

通过对编码后的待传输数据分配不同的带宽，可以使得在重要的工作数据传输的同时，还可以利用电力线传输音乐等非工作数据。由于相对于工作数据来说，音乐等非工作数据的数据量相对较大，因此如果不对带宽进行分配，那么将导致大容量数据几乎占用所有的带宽，使工作数据的正常传输受到影响。尤其是在一些特定的应用场合，例如，不能够铺设光纤通信线路的矿井下，或者是已经布线完成不方便重新布置网线的商场等，本发明对网络带宽进行分配再传输的方式，具有通信可靠性高、电力线应用率高等优点。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1所示为本发明提供的电力线载波通信方法的一种实施方式的流程示意图；

图2示出了根据本发明的电力线载波通信的系统架构示意图；

图3示出了根据本发明的用于电力线载波通信的发送装置的一种实施方式的示意图；

图4示出了根据本发明的用于电力线载波通信的发送装置的另一种实施方式的示意图；

图5示出了根据本发明的用于电力线载波通信的发送装置的又一种实施方式的示意图；

图6示出了根据本发明的用于电力线载波通信的矿井媒体播放装置的一种实施方式的示意图；以及

图7示出了根据本发明的用于电力线载波通信的矿井媒体播放装置的另一种实施方式的示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施例作详细描述。其中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，图1为本发明提供的电力线载波通信方法的一种实施方式的流程示意图。

步骤S101，发送方对待传输数据进行编码。在现有的数据接收环境中，例如在矿井下、商场中会设置一些接收设备，用于接收电力线上传输过来的数据，这些设备可在接收工作数据之余，接收并播放电力线通信线路广播的音、视频数据文件，为井下工作人员或购物者提供音乐播放的服务。由于电力线带宽很小，相比之下，音乐文件的数据量较大，因此，这些设备不能在短时间内获得完整的数据，通常需要等待较长的时间，才能将数据完整下载至本地进行播放。而下载的过程中通常占用大部分通信带宽，影响其他正常生产所需的实时通信数据传输。

通常，在矿井中正常生产所需的实时通信数据定义为工作数据，主要包括：考勤表、安全监测参数、工作量中的一项或其任意组合。这些信息对于安全生产的意义不容忽视，尤其是现在矿难常有发生，因此传输工作数据的通信带宽是不容占用或影响的。

其他的一些用于娱乐或者非工作必须的音、视频可以定义为非工作数据，其包括音频数据和/或视频数据，例如mp3等。

对于编码方式，又分为信源编码和信道编码。首先对待传输数据进行信源编码，信源编码是为了在分析信源统计特性的基础上，设法通过信源的压缩编码去掉这些统计多余成分。根据信源的类型，离散信源或连续信源，可以选择不同的信源编码方式，例如无失真离散信源编码、连续信源限失真编码等。信道编码是为了提高通信系统的稳定性，可选的，可以采用循环码、卷积码、Turbo码等编码方式。

进行高速电力线通信，采用合适的调制技术至关重要。因此编码后，传输前，需要根据所述待传输数据的类型进行相应调制。例如，应用于模拟信号的幅度调制、角度调制以及用于数字信号的数字脉冲幅度调制(PAM)等。

通常，可以采用单载波类调制技术、扩展频谱类调制技术或正交频分复用(OFDM)调制技术。由于OFDM调制技术可以有效降低码间干扰(ISI)和信道间干扰(ICI)，因此本发明优选采用OFDM调制方式。

步骤S102，为编码后的所述待传输数据分配通信带宽。为了不影响工作数据在电力线中的传输，需要将电力线的带宽至少分为两部分，其中一部分用于保障工作数据的正常传输，另一部分用于传输非工作数据。例如如上所述，当在矿井的环境中接收数据时，由于矿井深度一般都在200米以上，甚至深达上千米，因此电力线通信的线路也相对较长，衰减大，通常的井下电力线通信带宽在50-80kb。为了工作数据的正常传输，可以将其带宽固定分配为电力线整体带宽的70％～90％，优选为80％，40kb-64kb，例如50kb或者47kb。而剩余的20％分配给非工作数据。

但是，由于有些工作数据并不需要连续不断地进行传输，间隔一段时间才传输一次，比如考勤；而有些工作数据则需要实时连续传输，例如安全监测数据等。鉴于这种情况，采用固定分配带宽的方式就有可能造成部分带宽的浪费，因此可以采取动态的分配方式。

发送装置需要在数据发送前，对待传输数据的优先级和网络状况进行判断。在本发明的应用场合(例如矿井、商场)中，大部分情况下，工作数据的优先级高于非工作数据。而对网络状况进行判断，是指对当前带宽总体情况，使用情况的判断。值得注意的是，其中使用情况，是指当前通信带宽中各种数据所占用的带宽情况，其既包括发送方传输至接收方的数据，又包括接收方发送至发送方的数据。

例如，如果没有或者有很少的工作数据进行传输，那么非工作数据的优先级可以相对提高一些，为其分配更多的带宽，一旦发现有或者有大量的工作数据需要传输，那么要立刻对带宽分配进行调整，为非工作数据分配10-20kb的带宽即可，其余带宽留给工作数据。

判断方式可以有多种，例如可以通过提取关键字的方式或者通过检测数据流的方式等。

可以看到，无论用上述哪种方式来分配带宽，都可以保证有一部分带宽一直用于传输非工作数据，虽然本部分带宽很小，但是由于其可以不断地连续传输，因此即可以传输数据量相对较大的数据，又不会影响到工作数据的传输。

步骤S103，将编码后的待传输数据耦合至电力线上，并在已分配的通信带宽内通过所述电力线发送至接收方。

电力线最基本的功能是用来传输和分配50Hz交流电的，它有很高的传输电压和很大的传输电流。电力线通信中使用的频带主要由高频通道的特性所决定。因为使用频率过高线路衰减将大幅度增加，通信距离受到限制，而使用频率太低，就容易受到50Hz工频谐波的干扰。目前我国统一使用的电力线频带是4～500kHz。

从上述分析可以看出，利用电力线实现载波通信，最重要的问题是要将高频信号安全地耦合到电力线上。常用的耦合方式为相地耦合方式，其由耦合电容器和结合滤波器组成，耦合电容器和结合滤波器构成一个高通滤波器，可以使高频信号顺利通过，达到将高频信号耦合到电力线的目的。

步骤S104，所述接收方接收所述数据并进行解码播放。

接收方接收到发送方传输过来的数据，先进行解调、然后解码，最后进行播放。解调和解码方式分别与发送方的调制与编码方式相对应。播放方式可以有多种，可能是将文本文件直接打开，或者直接播放音、视频文件。

另外，可选的，可以通过在接收方增加控制器来进行播放控制，来实现多种方式的播放。例如，当非工作数据是一个音频文件时，可以在接收后，直接解码播放；而当非工作数据是多个音频文件时，可以在接收完一个之后，进行循环播放至第二个文件收到时，再将第二个音乐文件加入播放列表，进行这两个文件的循环播放，或者只是进行第二个文件的循环播放。

可选的，接收方也可以对待传输数据进行点播，发送方根据其点播请求进行待发送数据的处理，例如编码、调制，然后分配带宽，在所述的已分配带宽内进行传输。接收方除了可以发送请求信息，还可以发送其他数据信息给发送方，例如，矿井下某一时刻的氧气含量，一氧化碳占总空气量的比重，井下其他情况等等。

因此，本发明方法中的发送方或接收方都可以兼具发送和接收数据的双重功能。

图2示出了根据本发明的电力线载波通信的系统架构示意图。如图2所示，图中包括发送方使用的发送装置10和接收方使用的矿井媒体播放装置20。发送方和接收方通过电力线进行通信。发送装置10将经过处理后的数据信号耦合入电力线，通过电力线传输之后到达矿井媒体播放装置20，矿井媒体播放装置20接收到所述数据后，进行解调、解码等一系列操作，之后对接收到的数据进行播放。

图3示出了根据本发明的用于电力线载波通信的发送装置10的一种实施方式的示意图。本实施例中的发送装置10包括编码模块11，带宽分配模块12，耦合模块13和发送模块14。

编码模块11用于对待传输数据进行编码、调制。根据通信需要，该编码模块11即可以处理数字信号又可以处理模拟信号。带宽分配模块12对待传输数据所占用的带宽进行分配。其中，待传输数据又分为工作数据和非工作数据，如果采用固定带宽的方式进行分配，那么优选地将总带宽的80％分配给工作数据，另外20％分配给非工作数据。耦合模块13用于将编码、调制好的待传输数据信号耦合至电力线中，而后由发送模块14进行发送。

图4示出了根据本发明的用于电力线载波通信的发送装置10的另一种实施方式的示意图。与图3所示的发送装置10相比，图4所示的发送装置10增加了判断模块15。该判断模块15用来判断待传输数据的优先级以及对电力线通信带宽的占用情况进行判断。

由于采用固定分配带宽的模式进行电力线传输，带宽的利用率低，因为没有工作数据的时候，传输工作数据的带宽处于空闲状态，完全被浪费掉了；因此，为了充分利用带宽，可以采用动态分配的方式对带宽进行分配。当没有或有少量的工作数据需要传输时，可以为非工作数据分配较大的带宽，可以达到50％甚至90％以上；而当工作数据比较多的情况下，则相应减少非工作数据的传输带宽，将其控制在10-20kb即可。在一个优选实施例中，对工作数据分配可分配带宽的70％～90％。而对于电力线中工作数据的多少就需要用判断模块15进行判断。其判断方式有多种，例如可以通过对关键字的判别来实现，当所传输的数据中有“考勤”、“监测”、“安全”等字样时，马上动态调整传输带宽分配情况，也可以根据数据报头的优先级来动态调整带宽分配。

在一个实施例中，可以由判断模块15判断是否有需要传输的工作数据，如果存在需要传输的工作数据则停止非工作数据的传输，等待工作数据传输完毕后再传输非工作数据。

图5示出了根据本发明的用于电力线载波通信的发送装置10的又一种实施方式的示意图。在图3或图4所示的实施例基础上，发送装置10增加了响应模块16。上述两个实施例中，发送装置10都是主动进行数据发送，而增加了响应模块16，可以实现发送装置10与外界的互动，可以根据响应模块16接收到的数据点播或者发送请求进行相应的数据发送。通常情况下，响应模块16主要用于响应矿井媒体播放装置20对于数据的传输请求。可选的，也可以响应于其他的设备装置对待传输数据的点播。

图6示出了根据本发明的用于电力线载波通信的矿井媒体播放装置的一种实施方式的示意图。矿井媒体播放装置20包括接收模块21，解码模块22、播放模块23以及耦合模块24。耦合模块24耦合到矿井下的电力线，接收模块21用于接收发送装置10通过电力线发送过来的数据。解码模块22对所述数据进行解调、解码。解调方式和解码方式需要根据发送装置10的调制方式和编码方式相应选择。解码后的数据被缓存在缓存模块25中。等缓存模块25中缓存的数据接收完整后，播放模块23用于对缓存的数据进行播放。例如，非工作数据中的视频、音频可以直接进行播放。对于工作数据，例如考勤表、安全监测表等文本也可以直接打开，供工作人员查阅。根据需要播放模块23可以有扩音单元、显示单元等。

图7示出了根据本发明的用于电力线载波通信的矿井媒体播放装置20的另一种实施方式的示意图。与图6示出的矿井媒体播放装置20相比，本实施例中的矿井媒体播放装置20增加了请求发送模块26。请求发送模块26用于与发送装置10进行交互。当矿井媒体播放装置20需要对曲目进行点播时，可以通过请求发送模块26向发送装置发送请求。例如，矿井媒体播放装置20需要播放“xx.mp3”，那么请求发送模块26向发送装置10发送请求，发送装置10中的响应模块16对该请求进行响应，然后对“xx.mp3”进行处理，处理后发送。

值得注意的是，除了进行请求发送，还可以发送其他数据，这些数据主要是工作数据。例如，当发送装置10发送过来安全监测表之后，矿井媒体播放装置接收后，需要有其他的专业设备对其进行监测，监测后的数据需要由请求发送模块26发送至发送装置10。

因此，从某种意义上讲，发送装置10也具备接收数据的功能，矿井媒体播放装置20也具备发送数据的功能。

采用本发明的电力线载波通信方法，可以有效利用通信带宽，在带宽小、距离长的条件下，进行高效数据传输。尤其是在工作数据正常传输的情况下，可以对非工作数据进行传输，这样在传输数据量比较大的非工作数据的同时，保证工作数据的传输稳定性。

虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (14)

1.一种电力线载波通信的方法，其中，包括以下步骤：

发送方对待传输数据进行编码，所述待传输数据包括工作数据和非工作数据；

为编码后的所述待传输数据中的工作数据和非工作数据动态地分配通信带宽；

将编码后的待传输数据耦合至电力线上，并在上述已分配的通信带宽内通过所述电力线发送至接收方；

所述接收方接收所述数据并进行解码和处理；

其中，为编码后的待传输数据分配通信带宽还包括：

判断待传输数据的优先级和对应的通信网络状况，其中所述工作数据和非工作数据的优先级至少根据工作数据的数据量进行调节；

根据优先级和所述通信网络状况为待传输数据动态分配通信带宽。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，将电力线整体带宽的70％～90％分配给所述工作数据，剩余带宽分配给所述非工作数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工作数据的优先级高于所述非工作数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，发送方对待传输数据进行编码之前还包括步骤：

发送方接收接收方对待传输数据的传输请求。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工作数据包括考勤表、安全监测参数、工作量中的一项或其任意组合。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述非工作数据包括音频数据和/或视频数据。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述非工作数据被预先缓存，等待接收完整后才进行播放。

8.一种用于电力线载波通信的发送装置，其中，包括：

编码模块，用于对待传输数据进行编码，所述待传输数据包括工作数据和非工作数据；

判断模块，用于判断待传输数据的优先级和对应的通信网络状况，其中所述工作数据和非工作数据的优先级至少根据工作数据的数据量进行调节；

带宽分配模块，根据优先级和所述通信网络状况为编码后的所述待传输数据中的工作数据和非工作数据动态地分配通信带宽；

耦合模块，将编码后的待传输数据耦合至电力线上；

发送模块，在上述已分配的通信带宽内通过所述电力线发送所述待传输数据。

9.根据权利要求8所述的发送装置，其中，还包括：

响应模块，用于响应对所述待传输数据的发送请求。

10.根据权利要求8所述的发送装置，其中，所述工作数据包括考勤表、安全监测参数、工作量中的一项或其任意组合。

11.根据权利要求8所述的发送装置，其中，所述非工作数据包括音频数据和/或视频数据。

12.一种用于在矿井下播放媒体的播放装置，所述播放装置包括：

耦合模块，用于耦合到矿井下的电力线；

接收模块，用于接收权利要求8所述的发送装置在电力线中传输的非工作数据；

解码模块，对所述非工作数据进行解码；

缓存模块，对所接收的非工作数据进行缓存；

播放模块，用于当所述缓存模块中缓存的数据接收完整后播放所述接收的非工作数据。

13.根据权利要求12所述的播放装置，其中，还包括：

请求发送模块，用于发出对所述非工作数据的传输请求。

14.根据权利要求12所述的播放装置，其中，所述非工作数据包括音频数据和/或视频数据。