CN102594410B - 一种基于smartlink技术的电力线通信设备及其通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于smartlink技术的电力线通信设备及其通信方法，所述设备包括依次连接的第一耦合变压器、第一带通滤波器及发送回路保护电路、第一模拟前端单元和ARM处理器，第一信号耦合器与外界电力线的火线和零线连接，ARM处理器经以太网变压器与以太网接口单元连接；还包括：依次连接的第二耦合变压器、第二带通滤波器及发送回路保护电路、第二模拟前端单元，第二模拟前端单元与ARM处理器连接，第二耦合变压器与外界电力线的火线和地线连接。本发明在现有的PLC产品上增加了一路耦合路径，能够根据当前电力线信道情况智能选择耦合路径，大大增加了吞吐量，有效提高了在复杂环境中的覆盖率，扩大了产品的使用范围。
Description
技术领域
本发明涉及电力线通讯（PowerLineCommunication，简称PLC）技术，尤其涉及一种基于smartlink技术的电力线通信设备及其通信方法。
背景技术
电力线通讯（PowerLineCommunication，简称PLC）是一种利用已经存在的电力线网络载波进行宽带通信的技术，其最大的优势是不需要重新布线而在现有电力线上实现语音和视频等多业务的承载，实现四网合一，终端用户只需要插上电源插头就可以实现因特网接入电视频道接收节目、打电话或者是可视电话。如图1所示，普通的PLC设备主要包括以下组成部分：耦合变压器11（L、NCouplingTransformer）、带通滤波器（ReceiveBandpassFilter，简称BPF）及发送回路保护电路12（TransientProtection，简称Txprotection）、模拟前端单元13（AnalogFrontEnd，简称AFE）、抗混叠滤波器14（ReceiveAnti-AliasFilter）、ARM处理器5（ARMProcessor）、以太网变压器6（Etherenettransformer）、以太网接口单元7（即RJ45网口）、电源单元8（由ACPowerSupplyCircuit和3.3VDC/DCOutputCircuit两部分组成）、Flash9；其中，耦合变压器11、带通滤波器及发送回路保护电路12、模拟前端单元13、ARM处理器5、以太网变压器6、以太网接口单元7依次连接，耦合变压器11同时与外界电力线的火线（L线）和零线（N线）连接。
由图1所知，普通的PLC设备仅有一条耦合路径，在应用时将有用信息加载于火线（L线）、零线（N线）回路上，吞吐量覆盖率偏低，满足不了用户在复杂环境下的使用需求，因而有必要提出一种新的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电力线通信设备及其通信方法，基于smartlink技术来实现，提高产品的吞吐量，扩大产品在复杂环境中的使用范围；
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于smartlink技术的电力线通信设备，包括依次连接的第一耦合变压器、第一带通滤波器及发送回路保护电路、第一模拟前端单元和ARM处理器，所述第一信号耦合器与外界电力线的火线和零线连接，所述ARM处理器经以太网变压器与以太网接口单元连接，
该电力线通信设备还包括：依次连接的第二耦合变压器、第二带通滤波器及发送回路保护电路、第二模拟前端单元；第二模拟前端单元与所述ARM处理器连接，第二耦合变压器与外界电力线的火线和地线连接。
优选的，上述电力线通信设备还包括电源单元，该电源单元与第一模拟前端单元、第二模拟前端单元以及ARM处理器分别连接。
优选的，所述第一模拟前端单元和ARM处理器之间，以及所述第二模拟前端单元与ARM处理器之间均连接有抗混叠滤波器。
优选的，上述电力线通信设备还包括Flash存储单元，该Flash存储单元分别与ARM处理器和电源单元连接。
优选的，所述ARM处理器采用AR7420处理芯片。
优选的，所述第一模拟前端单元和第二模拟前端单元均采用AR1540芯片。
一种基于smartlink技术的电力线通信设备的通信方法，该方法包括：
在数据信号由外界电力线的火线与零线信道或者火线与地线信道进入电力线通信设备时，将该数据信号依次经过对应耦合路径中的耦合变压器、带通滤波器、模拟前端单元处理后传输至ARM处理器，由ARM处理器经过信号处理后传输至以太网接口单元；
在数据信号由以太网接口单元进入电力线通信设备时，ARM处理器先对该数据信号进行信号处理，再根据当前电力线的信道状态选择当前使用的耦合路径，之后将该数据信号依次经过所选择的耦合路径中的模拟前端、带通滤波器、耦合变压器后耦合到外界电力线的火线与零线信道或者火线与地线信道。
优选的，所述ARM处理器根据当前电力线的信道状态选择当前使用的耦合路径的方法进一步包括：ARM处理器获取第一模拟前端单元和第二模拟前端单元分别收集的信道信噪比，选择信噪比较高的信道进行传输通信。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果。
本发明利用了smartlink技术，在现有的PLC产品上增加了一路耦合路径，且能够根据当前电力线的信道情况智能选择合适的耦合路径，大大增加了吞吐量，有效提高了在复杂环境中的覆盖率，扩大了产品的使用范围。
附图说明
图1是普通的PLC设备的结构原理图。
图2是本发明实施例提供的PLC设备的结构原理图。
图3是本发明实施例所提供的PLC设备与现有的PLC设备的吞吐量对比示意图。
具体实施方式
本发明的核心思想为：引入Smartlink技术到现有的PLC产品中，增加一路耦合路径，根据当前的电力线信道情况来智能选择使用哪条耦合路径。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图2，本实施例中所提供的PLC设备包括两条耦合路径：一条耦合路径由耦合变压器11、带通滤波器及发送回路保护电路12、模拟前端单元13、抗混叠滤波器14组成，耦合变压器11与外界电力线的火线和零线连接；另一条耦合路径由耦合变压器21、带通滤波器及发送回路保护电路22、模拟前端单元23、抗混叠滤波器24组成，耦合变压器21与外界电力线的火线和地线连接。模拟前端单元13和模拟前端单元23分别与ARM处理器5连接，ARM处理器5通过以太网变压器6与以太网接口7连接。
本实施例中的PLC设备的通信方法具体为。
电力线接收数据信号流向：数据信号由电力线L、N或者L、GE进入设备后，通过对应路径中的耦合变压器11/耦合变压器21耦合到带通滤波器及发送回路保护电路12/带通滤波器及发送回路保护电路22，经滤波后模拟前端单元13/模拟前端单元23通过增益的改变将数据信号传输给ARM处理器5，ARM处理器5对数据信号进行模数转换及数字信号处理等操作后传输到以太网接口单元7。
电力线发送数据信号流向：数据由以太网接口单元7进入设备后，ARM处理器5先对该数据信号进行数字信号处理及数模转换等操作，再根据电力线的当前信道状态选择采用哪条耦合路径，然后将数据信号通过对应的耦合路径耦合到相应的电力线信道L、N或L、GE。
ARM处理器5根据电力线的当前信道状态选择耦合路径的方法具体为：ARM处理器获取第一模拟前端单元和第二模拟前端单元分别收集的信道信噪比，选择信噪比较高的信道进行传输通信。
上述PLC设备的各个组成部分的功能具体如下所述。
（1）ARM处理器5：本实施例采用Atheros的处理芯片AR7420，电力线信号处理符合HomePlugAV及IEEE1901标准的MAC和PHY，集成了SDRAM，提供一个100MB网口、一个MII/RMII接口，一个SPI接口，另外还内嵌了ADC和DAC。
（2）模拟前端单元13/模拟前端单元23：本实施例采用的是Atheros的AR1540型芯片，包含Txlinedriver、Rxamplifier，可以通过软件编程调整TX、RX信号增益，对数据模拟信号进行相应的处理。
（3）带通滤波器：带宽为2MHz～68MHz，能有效抑制来自电力线的带外噪声，保证接收信号的有效解读。
（4）发送回路保护电路：由TVS差模保护、肖特基钳位保护构成，可以减小来自电力线的浪涌能量干扰，起到保护模拟前端单元的作用。
（5）耦合变压器11/耦合变压器21，将数据信号耦合到“L、N”或者“L、GE”信道，实现Smartlink功能，通过使用安规电容来实现隔离市电（220V）。
（6）电源单元8：提供3.3V和11V电压，为整个产品供电。
综上，本发明与普通的PLC设备相比，增加了一条耦合路径，ARM处理器5可在对电力线信道情况进行分析后智能选择“L、N”及“L、GE”两条耦合路径。如图3所示的本发明与普通的PLC设备的吞吐量对比示意图，本发明所提供的PLC设备的吞吐量大大增加，可有效提高复杂环境中的覆盖率，扩大产品的适用范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡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保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于smartlink技术的电力线通信设备，包括依次连接的第一耦合变压器、第一带通滤波器及发送回路保护电路、第一模拟前端单元和ARM处理器，第一信号耦合器与外界电力线的火线和零线连接，所述ARM处理器经以太网变压器与以太网接口单元连接，其特征在于，该电力线通信设备还包括：依次连接的第二耦合变压器、第二带通滤波器及发送回路保护电路、第二模拟前端单元；第二模拟前端单元与所述ARM处理器连接，第二耦合变压器与外界电力线的火线和地线连接；
所述第一模拟前端单元和ARM处理器之间连接有第一抗混叠滤波器，以及所述第二模拟前端单元与ARM处理器之间连接有第二抗混叠滤波器；
所述第一模拟前端单元和第二模拟前端单元均采用AR1540芯片。
2.如权利要求1所述的电力线通信设备，其特征在于，该电力线通信设备还包括电源单元，该电源单元与第一模拟前端单元、第二模拟前端单元以及ARM处理器分别连接。
3.如权利要求2所述的电力线通信设备，其特征在于，还包括Flash存储单元，该Flash存储单元分别与ARM处理器和电源单元连接。
4.如权利要求1至3任一所述的电力线通信设备，其特征在于，所述ARM处理器采用AR7420处理芯片。
5.一种基于smartlink技术的电力线通信设备的通信方法，其特征在于，该方法包括：在数据信号由外界电力线的火线与零线信道或者火线与地线信道进入电力线通信设备时，将该数据信号依次经过对应耦合路径中的耦合变压器、带通滤波器、模拟前端单元、抗混叠滤波器处理后传输至ARM处理器，由ARM处理器经过信号处理后传输至以太网接口单元；
所述模拟前端单元采用AR1540芯片；
在数据信号由以太网接口单元进入电力线通信设备时，ARM处理器先对该数据信号进行信号处理，再根据当前电力线的信道状态选择当前使用的耦合路径，之后将该数据信号依次经过所选择的耦合路径中的模拟前端单元、带通滤波器、耦合变压器后耦合到外界电力线的火线与零线信道或者火线与地线信道。
6.如权利要求5所述的通信方法，其特征在于，所述ARM处理器根据当前电力线的信道状态选择当前使用的耦合路径的方法进一步包括：ARM处理器获取第一模拟前端单元和第二模拟前端单元分别收集的信道信噪比，选择信噪比较高的信道进行传输通信。
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