CN103036594B - 电力线通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种电力线通信系统，包括发送原始数据的发送单元以及接收单元，其中该发送单元包括扩频序列发生组件，该扩频序列发生组件包括多个发送端扩频序列发生器，该多个发送端扩频序列发生器用于发送不同位数的伪随机序列；该接收单元包括扩频同步检测组件和解扩调制判决组件本发明的电力线通信系统可进行多种速率的数据通信，以适应不同的噪声环境。

Description

电力线通信系统

技术领域

本发明涉及电力通信领域，更具体地，是一种电力线通信系统。

背景技术

电力线通信是将通信信号耦合到交流输电线上传输的通信技术。在传统的电力线通信技术中，使用FSK或BPSK等调制模式。由于电力线信道环境复杂，噪声高，因此传统的电力线通信技术常常在FSK或BPSK调制模式的基础上结合直接序列扩频调制（DSSS）技术以增强通信性能。直接序列扩频调制技术是将原来的1比特信息如”1”或”0”转换成一系列事先定义好的伪随机序列,如”1”=”11001111011”,“0”=”00110000100”，再使用FSK或BPSK方式发送出去,这个过程叫”扩频调制”，接收方使用同样的伪随机序列码与解调出来的序列做异或乘法操作,如”11001111011”与”11001111011”做每一位对应的异或乘法操作得到”11111111111”,从而将原始信息解调出来,这个过程叫”解扩频调制”。

扩频通信可通过增加信号带宽来提高抗窄带噪声能力，但也可在带宽不增加的前提下降低传输速率，以提高传输信号的抗干扰能力。在实际的电力线通信环境中，电网噪声随时间发生变化。当电网噪声弱的时候，实际上允许通信设备以更高的速率进行数据传输；而当电网噪声变强时，高数据速率的数据传输会被噪声打断而造成通信失败，此时需要将传输速率降低，以提高信号的抗干扰能力。

现有的电力线通信设备大多在出厂时已设定了传输速率不能更改,因此既不能在噪声弱的时候提高速率以节约通信时间,也不能在噪声变强通信失败的时候主动降低速率以提高抗噪声能力。有些电力线通信设备允许改变传输速率,但却需要收发系统在通信前做某些设置或调整,例如更换电路板的时钟晶体,或者通过软件改写电路里的寄存器等等,才能使收发设备双方配合工作。而这实际上不能满足在电网噪声快速变化的条件下迅速切换通信速率的需要,特别是当噪声变强时,发送一方缺乏必要的通信手段通知接收方做相应的调整,无法迅速的更换通信模式重新建立通信。

发明内容

本发明的目的，在于解决现有的电力线通信手段中存在的上述问题，从而提供了一种改进的电力线通信系统。

本发明的电力线通信系统，包括发送原始数据的发送单元以及接收单元，其中，

该发送单元包括：

原始数据发送器，用于发送该原始数据；

扩频序列发生组件，该扩频序列发生组件包括多个发送端扩频序列发生器，该多个发送端扩频序列发生器用于发送不同位数的伪随机序列；

选通器，该选通器和该扩频序列发生组件中的该多个发送端扩频序列发生器相连接，用于对该多个发送端扩频序列发生器中的其中一个进行选通；

乘法器，该乘法器和该原始数据发送器以及该选通器相连接，用于将该原始数据发送器发送的该原始数据以及将该选通器选通的扩频序列发生器所发送的伪随机序列进行异或的乘法运算，并生成扩频调制数据；

模拟信号生成电路，该模拟信号生成电路和该乘法器相连接，用于将该扩频调制数据生成模拟波形信号；

该接收单元包括：

数字基带信号生成电路，用于接收该模拟波形信号，并生成数字基带信号；

扩频同步检测组件，该扩频同步检测组件包括多个扩频检测器，其中，各扩频检测器包括一个接收端扩频序列发生器以及一个滑动相关积分器，该接收端扩频序列发生器所发出的伪随机序列的位数和该多个发送端扩频序列发生器中其中一个所发出的伪随机序列的位数相同，该滑动相关积分器用于将该接收端扩频序列发生器发出的伪随机序列与该数字基带信号进行滑动积分运算，以判断该数字基带信号所对应的伪随机序列，并根据该判断，确定生成同步信号；

解扩调制判决组件，该解扩调制判决组件包括多个分别与该各扩频检测器相连接的解扩调制判决器，用于根据该生成的同步信号，对该数字基带信号进行解扩调制以及判决处理。

优选地，该模拟信号生成电路包括基带成型滤波器、载波生成器、乘法器、数字模拟转换器、功率放大器以及发送端交流电隔离器，其中，该基带成型滤波器和载波生成器和该乘法器相连接，该乘法器、该数字模拟转换器、功率放大器和发送端交流电隔离器依次相连接。

优选地，该数字基带信号生成电路包括顺次连接的接收端交流电隔离器、信号放大器、带通滤波器、模拟数字转换器和载波解调器。

优选地，所述解扩调制判决序列进一步连接有解扩数据选通器和帧同步器。

本发明的电力线通信系统，可以在发送单元通过选择不同的扩频序列发生器来确定信号传输的不同速率，并相应地在接收单元通过设置扩频同步检测组件对信号的传输速率进行确定，然后进行解扩频调制处理，以恢复原始的数据信息。因此，本发明的电力线通信系统可进行多种速率的数据通信，一方面，能够在弱电网噪声环境中大幅度提高传输速率，另一方面，也可在强电网噪声环境中进行传输速率的相应降低，从而大幅度地提高了通信成功率。

附图说明

图1为本发明的电力线通信系统中发送单元的组成示意图；

图2为本发明的电力线通信系统中接收单元的组成示意图；

图3为图1的发送单元中，模拟信号生成电路的组成示意图；

图4为图2的接收单元中，数字基带信号生成电路的组成示意图；

图5为图2的接收单元中后续的连接示意图；

图6为利用本发明的电力线通信系统进行数据通信的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式，对本发明的电力线通信系统的组成以及工作原理进行详细说明。

总体而言，本发明的电力线通信系统，通过在发送端设置多个不同长度的扩频序列发生器，从而使得电力线通信系统具有传输多种速率的通信能力，与此相对应，在接收端设置多个扩频同步检测组件，使得接收端能够自适应地从由发送端接收的数据信号中分别出当前的通信速率，然后完成后续通信动作。由此，该电力线通信系统可允许发送端选择不同的传输速率生成通信信号，并可保证接收端正常工作。从而能在电网条件允许的情况下，使用高速率数据通信模式进行数据通信，而在检测到电网环境变得恶劣的情况下，切换到低数据速率模式进行通信，达到兼顾通信效率和通信性的目的。

结合附图1、2，本发明的电力线通信系统，包括发送原始数据的发送单元100，以及接收单元200。原始数据经发送单元100，再由接收单元200进行接收。

更具体地，如图1所示，发送单元100包括原始数据发送器110、扩频序列发生组件120、选通器130、乘法器140和模拟信号生成电路150。其中，原始数据发送器110，用于发送原始数据，原始数据发送器110采用通常的数据发送装置构成。扩频序列发生组件120包括多个发送端扩频序列发生器121、122、123、124（扩频序列发生器1、扩频序列发生器2、扩频序列发生器3……扩频序列发生器n），该多个发送端扩频序列发生器121、122、123、124用于发送不同位数的伪随机序列。选通器130和扩频序列发生组件120中的多个发送端扩频序列发生器121、122、123、124相连接，用于对多个发送端扩频序列发生器121、122、123、124中的其中一个进行选通。乘法器140和原始数据发送器110以及选通器130相连接，用于将原始数据发送器110发送的原始数据以及将选通器130选通的扩频序列发生器所发送的伪随机序列进行异或的乘法运算，并生成扩频调制数据。模拟信号生成电路150和乘法器140相连接，它将该扩频调制数据生成模拟波形信号。

进一步地，结合图2，接收单元包括数字基带信号生成电路210、扩频同步检测组件220和解扩调制判决组件230。具体地，数字基带信号生成电路210用于接收发送单元100发出的模拟波形信号，并生成数字基带信号。扩频同步检测组件220包括多个扩频检测器，其中，各扩频检测器包括一个接收端扩频序列发生器222、224、226、228（扩频序列发生器1、扩频序列发生器2、扩频序列发生器3……扩频序列发生器n）以及一个滑动相关积分器221、223、225、227（滑动相关积分器1、滑动相关积分器2、滑动相关积分器3……滑动相关积分器n），接收端扩频序列发生器222、224、226、228所发出的伪随机序列的位数和该多个发送端扩频序列发生器121、122、123、124中其中一个所发出的伪随机序列的位数相同，滑动相关积分器221、223、225、227用于将接收端扩频序列发生器222、224、226、228发出的伪随机序列与由数字基带信号生成电路产生的数字基带信号进行滑动积分运算，以判断该数字基带信号所对应的伪随机序列，并根据该判断，确定生成同步信号。解扩调制判决组件230包括多个分别与各扩频检测器相连接的解扩调制判决器231、232、233、234（解扩调制判决器1、解扩调制判决器2、解扩调制判决器3……解扩调制判决器n），用于根据生成的同步信号，对数字基带信号进行解扩调制以及判决处理。并最终生成解扩数据传输到接收端的电力线中。

在接收单元100内，扩频序列发生组件120内的扩频序列发生器121、122、123、124所发出的不同位数的伪随机序列，表征了数据通信的不同传输速率。例如，当其中扩频序列发生器发送的伪随机序列的长度是m时，当该伪随机序列通过乘法器40和原始数据进行异或乘法运算后，原始数据的一位比特数据被扩展为m位比特数据，因此数据传输速率下降m倍。因此，选通器130选择的扩频序列发生器所发送的伪随机序列的位数越短，则数据传输的速率越大，所发送的伪随机序列的位数越长，则数据传输的速率越小。

选通器130对扩频序列发生组件120内的扩频序列发生器的选取，由系统的运行状态所决定。例如，当高速通信模式下系统能够正常运行时，则选通器130选通位数较低的扩频序列发生器，如果高速通信模式下系统出现噪声强等问题而不能正常运行，则选通器130相应地选通位数较高的扩频序列发生器，从而使得系统在低速通信模式下运行。

当发送单元100里的模拟信号生成电路将该经调制的原始数据进行处理并生成模拟信号后，进一步由接收单元200进行接收，并通过数字基带信号生成电路，对模拟信号处理，恢复为具有经调制原始数据的数字基带信号。特别地，在本发明中，扩频同步检测组件200可对数字基带信号内与原始数据进行调制的伪随机序列进行识别。具体地，扩频同步检测组件200具有多个接收端扩频序列发生器222、224、226、228，它们和发送端扩频序列发生器121、122、123、124的发送位数一一对应。接收端扩频序列发生器222、224、226、228将不同位数的伪随机序列码发送到对应的滑动相关积分器221、222、223、224内，并分别与数字基带信号执行常规的滑动相关算法。由于在滑动相关运算中，不同的伪随机序列进行相关运算时将产生低能量的类似噪声计算结果，而相同的伪随机序列在滑动相关运算过程中，在位数对齐时作相关运算将产生很大的“相关峰”，因此可以通过滑动相关运算，很容易地判断出基带信号是否被本路伪随机序列所调制过，从而可判断出数字基带信号所对应的伪随机序列和数据通信速率，系统机遇该判断，可生成一个同步信号。然后，在接下来的解扩调制判决中，解扩调制判决序列内接收到同步信号的解扩调制判决器对数字基带信号进行解扩调制以及判决处理，从而恢复至原始的发送数据。上述解扩调制以及判决处理，可利用业界常规的解扩调制判决手段进行。

在发送单元100中，模拟信号生成电路150可利用常规的手段构成。如图3所示，模拟信号生成电路150可包括基带成型滤波器151、载波生成器152、乘法器153、数字模拟转换器154、功率放大器155以及发送端交流电隔离器156，其中，常规地，基带成型滤波器151和载波生成器152和乘法器153相连接，乘法器153、数字模拟转换器154、功率放大器155和发送端交流电隔离器156依次相连接。上述各器件均采用常规设置，其功能亦和现有的设置相同。例如，基带成型滤波器151用于将调制后的信号形成统一的数字基带波形，载波生成器152用于生成载波，乘法器253用于将基带成型滤波器151生成的数字基带波形和载波进行乘法运算，数字模拟转换器153用于对将数据从数字信号转换为模拟信号，功率放大器155用于对模拟信号进行功率放大，发送端交流电隔离器156用于对信号进行交流电隔离处理。

类似地，在接收端元200中，用于恢复数字基带信号的数字基带信号生成电路210也利用常规的手段构成。如图4所示，数字基带信号生成电路210包括顺次连接的接收端交流电隔离器211、信号放大器212、带通滤波器213、模拟数字转换器214和载波解调器215。其中，常规地，接收端交流电隔离器211用于信号的交流电隔离，信号发大器212用于进行放大处理，带通滤波器213用于窄带带通滤波处理，模拟数字转换器214用于将信号从模拟信号转换为数字信号，载波解调器215用于在数字域进行载波解调，以将信号恢复为基带信号。

进一步地，参考图5，解扩调制判决序列230进一步连接有解扩数据选通器240和帧同步器250。选通器240用于对解调制后的那一路基带信号进行对应的数据选通，以将对应速率的解扩调制判决器的输出数据流，即恢复的基带信号传输给帧同步器250。帧同步器250负责在数据流中搜索被恢复的信息的起始位置，找到帧同步位置后即可恢复原始的发送信息。选通器240和帧同步器250均可采用现有的常规设置来构建。

如图6所示，是利用本发明的电力线通信系统进行数据通信的流程示意图。具体地，结合图1、2，在步骤S100中，通过原始数据发送器110发送原始数据。在步骤S200中，根据当前的网络状况，利用选通器130选择不同位数的伪随机序列中的一个，该不同位数的伪随机序列由对应的扩频序列发生器产生，然后，选中的伪随机序列和原始数据进行异或乘法运算，从而得到扩频调制信号。在步骤S300中，通过模拟信号生成电路150，将扩频调制数据转换为模拟波形信号并进行传输。该模拟信号生成电路150可采用如图3所示的实施方式来构建。在步骤S400中，接收系统200接收模拟波形，并利用数字基带信号生成电路210，生成数字基带信号，数字基带信号生成电路210可采用如图4所示的实施方式来构建。在步骤S500中，利用多个扩频同步检测器，检测数字基带信号所对应的伪随机序列。距离地，利用和发送单元中同样的多个伪随机序列分别和数字基带信号进行滑动积分运算，以对该伪随机序列进行确定。当确定该伪随机序列后，也就确定了数据传输频率。在步骤S600中，根据该检测，对数字基带信号进行解扩调制判决处理，以生成解扩数据。从而实现对原始数据的恢复。

综上所述，本发明的电力线通信系统，可以在发送单元通过选择不同的扩频序列发生器来确定信号传输的不同速率，并相应地在接收单元通过设置扩频同步检测组件对信号的传输速率进行确定，然后进行解扩频调制处理，以恢复原始的数据信息。因此，本发明的电力线通信系统可进行多种速率的数据通信，一方面，能够在弱电网噪声环境中大幅度提高传输速率，另一方面，也可在强电网噪声环境中进行传输速率的相应降低，从而大幅度地提高了通信成功率。

Claims (4)

1.一种电力线通信系统，其特征在于，该系统包括发送原始数据的发送单元以及接收单元，其中，

该发送单元包括：

原始数据发送器，用于发送该原始数据；

扩频序列发生组件，该扩频序列发生组件包括多个发送端扩频序列发生器，该多个发送端扩频序列发生器用于发送不同位数的伪随机序列；

选通器，该选通器和该扩频序列发生组件中的该多个发送端扩频序列发生器相连接，用于对该多个发送端扩频序列发生器中的其中一个进行选通；

乘法器，该乘法器和该原始数据发送器以及该选通器相连接，用于将该原始数据发送器发送的该原始数据以及将该选通器选通的扩频序列发生器所发送的伪随机序列进行异或的乘法运算，并生成扩频调制数据；

模拟信号生成电路，该模拟信号生成电路和该乘法器相连接，用于将该扩频调制数据生成模拟波形信号；

该接收单元包括：

数字基带信号生成电路，用于接收该模拟波形信号，并生成数字基带信号；

扩频同步检测组件，该扩频同步检测组件包括多个扩频检测器，其中，各扩频检测器包括一个接收端扩频序列发生器以及一个滑动相关积分器，该接收端扩频序列发生器所发出的伪随机序列的位数和该多个发送端扩频序列发生器中其中一个所发出的伪随机序列的位数相同，从而使得各接收端扩频序列发生器所发出的伪随机序列的位数与各发送端扩频序列发生器所发送的伪随机序列的位数一一对应，该滑动相关积分器用于将该接收端扩频序列发生器发出的伪随机序列与该数字基带信号进行滑动积分运算，以判断该数字基带信号所对应的伪随机序列，并根据该判断，确定生成同步信号；

解扩调制判决组件，该解扩调制判决组件包括多个分别与该各扩频检测器相连接的解扩调制判决器，用于根据该生成的同步信号，对该数字基带信号进行解扩调制以及判决处理。

2.根据权利要求1所述的电力线通信系统，其特征在于，该模拟信号生成电路包括基带成型滤波器、载波生成器、乘法器、数字模拟转换器、功率放大器以及发送端交流电隔离器，其中，该基带成型滤波器和载波生成器和该乘法器相连接，该乘法器、该数字模拟转换器、功率放大器和发送端交流电隔离器依次相连接。

3.根据权利要求1所述的电力线通信系统，其特征在于，该数字基带信号生成电路包括顺次连接的接收端交流电隔离器、信号放大器、带通滤波器、模拟数字转换器和载波解调器。

4.根据权利要求1所述的电力线通信系统，其特征在于，所述解扩调制判决序列进一步连接有解扩数据选通器和帧同步器。