CN103348607A - 电源同步电力线通信系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种传输器经由配电系统传输传出消息信号。所述传输器包括扩频器，所述扩频器用于在传输所述传出消息信号之前对所述通信信号的频谱扩频。接收器对所接收的数字化信号的所述频谱解扩且数字地解调所接收的解扩信号以产生所述消息。所述传输的信号与所述配电系统上的干扰源正交。

Description

电源同步电力线通信系统和方法

发明背景

自动抄表（AMR）和先进测量基础设施（AMI）是用于远程系统的无线监测和控制的技术。在由不同公用设施使用之下，这些技术允许用户集中监测和控制资源流以降低环境风险且有效地管理操作。

在很大程度上由于特低频（VLF）电力线通信（PLC）的极佳传播性质，其目前已普遍用于AMR/AMI部署中且还对智能电网应用有用。但是，VLF带内的噪声比较高频率下的更具能量且在无有效噪声减轻下使信道容量降级，可能降级至使带不切实际的点。

电网上的成对传输线和其它装置不利于高频载波信号。VLF带内的信号（和低于VLF的信号）具有可在非常长的距离内传播的优点。TWACS通信系统驻留于极低频带（ELF）内且在（例如）长达100英里的距离内具有非常低（如果有的话）的信号衰减。虽然已在2km至6km的距离（因为在1km的距离内具有宽带链路）内证实成功的低频带（LF）链路，但是在许多部署中，在不引入信号增强器或中继器下不能在这些带中建立完整的变电站至表链路。

使用VLF带的一个缺点是由于减少的可用带宽所致的减少的数据速率。VLF PLC的另一缺点是噪声随着频率减少而增加。因此，虽然介质的期望的传播性质可产生高信号能量，但是效果可被噪声功率的不成比例的增加而抵消。

发明概要

在一个实施方案中，本发明包括一种由公用电设施使用的双向通信系统，其中系统经由供应电源信号的公用设施的配电系统发送传出消息且接收传入消息。

在一个方面，信号调制器提供包括载波信号上调制的消息的通信信号。传输器经由配电系统接收通信信号且传输对应的传出消息信号。所述传输器包括锁相回路（PLL），所述锁相回路（PLL）连结至传出消息信号以用于将各自传出消息信号的相位锁定于电源信号。传输器还包括扩频器，所述扩频器用于在传输传出消息信号之前对通信信号的频谱扩频。所述传出消息信号与配电系统上的干扰源大致上正交。

在另一方面，接收器包括模拟转数字（A/D）转换器，所述模拟转数字（A/D）转换器接收包括传出消息的传出信号且将接收信号转换为对应的数字化信号。数字处理器对接收的数字化信号的频谱解扩且数字地解调接收的解扩信号以提供传出消息。

在另一方面，传输器和接收器的组合包括根据本发明的一个实施方案的系统。还预期传输器可以与包括本发明的一个实施方案的系统的其它接收器一起使用。还预期与接收器组合的其它传输器包括根据本发明的一个实施方案的系统。

在另一方面，传输器、接收器和系统的操作的方法包括本发明的实施方案。

将在下文中部分了解且部分指出其它目的和特征。

附图简述

图1图示沿着水平x轴标记60Hz谐波的电力线噪声的功率频谱密度的实例。

图2是借助于扩频序列用于产生用于电源同步电力线通信的信号的传输器的实施方案的方框图。

图3图示传输信号与电源的关系，其中电源同步通信具有扩频长度N=2。

图4以图形图示未修改信号和已根据本发明的实施方案修改（扩频）之后的信号的实例的频谱。

图5是本发明的接收器预处理器和解调器的实施方案的方框图。

在图各处，对应的参考字符指示对应的部分。

具体实施方式

系统和方法可以用于经由电力线发送任何消息。例如，许多电力线通信系统从一个表到达另一个表，而非从变电站至表。虽然噪声可以被模型化为循环平稳随机过程，但是用于实际电力线噪声的循环平稳模型会不必要地限制，使得本发明是基于将VLF PLC信道模型化为具有重要广泛意义上的周期性分量。

本发明的系统和方法补偿低频带（LF）和低频带以下的PLC噪声。特定来说，本发明的系统和方法解决这些带中占优势的周期性噪声。这具有用于接收器构造的重要分支且在部署时，本发明增加后处理SNR而使VLFPLC对智能电网通信而言有更具吸引力的前景。本发明的接收器和传输波形穿透周期性噪声而只留下与之竞争的较弱、循环平稳噪声。

图1图示绘制于5KHz与5.5KHz之间的典型电力线电压波形的功率频谱密度的实例。图1使用通过在20KHz下采样120V壁装电源插座的输出持续87秒而获得的数据。韦尔奇周期图（“Welch periodogram”）在1秒的时窗长度和32768的FFT下使用。图1图示在60Hz的整数倍下的谐波的存在。噪声的谐波本质指示噪声中的时间周期性。这与存在于电力线上的主导信号是60Hz电源的事实一致。噪声底限是刚刚超过-75dB，但是在60Hz倍数处存在高于噪声底限差不多25dB的窄带源。这建议其中噪声包括两个源（至少超过这个带）的模型。一个源可以简单地模型化为白噪声（标称为AWGN）。在这个实例中，其为大约-75dB的分量。第二个源可以称作电力线干扰（PLI）且表示周期性分量。虽然将存在谐波，但是其它站点的类似测量可以给出与图示于图1不同的结果。

本发明的系统和方法且特定来说，由本发明的系统和方法使用的算法根据图1中的谐波直接估计噪声，如果噪声缓慢地在不同循环间改变，那么所述谐波为所期望的。因为在本发明的接收器和方法中模型化电源同步周期性，那么接收器保真度高于并不考虑这样的谐波的接收器和方法。为了进行图示，考虑码元长度小于一个电源循环。如果检查所述码元上的噪声而不考虑码元间隔外的噪声，那么图1中所示的谐波将不明显。事实上，谐波在与码元长度的倒数成比例的带上展开，且因此会模糊不清。在这个实例中，虽然处于-50dB或更大的功率，但是噪声表现为白噪声。

根据本发明的系统和方法的实施方案，产生PLC信号，使得其与直接序列扩频（DS-SS）的修改版中的PLI正交。可以使用任何调制方法产生信号，所述方法是OFDM、BPSK（二进制相移键控）、TWACS（双向电源自动通信系统）或其它方法。但是，在传输之前，通过扩频码对信号操作。这个操作是锁相于电源信号以确保与PLI近正交。在接收器处，信号被解扩，且在这个解扩操作中PLI基本上被取消或至少急剧减少。

针对PLC的这个方法的优点是其可应用于大范围的PLC技术，且其最小化对精密和计算上复杂的PLI估计算法的需要。

有趣的是应注意，虽然先前未考虑TWACS和共振传输器，但是TWACS和共振传输器都是这种电源同步系统。

传输器

图2是借助于扩频序列用于产生用于电源同步电力线通信的信号的传输器200的实施方案的方框图。通信信号s(t)从信号调制器201提供。只要信号可以被截成区块，这个信号可以是任何种类的通信信号。中继器202在锁相于电源以使中继器202同步的锁相回路（PLL）204的帮助下将通信信号分为等于或小于一个电源循环的长度。每个区块可以是整数数量的码元、帧或码字。区块不必对应于特定数量的码元。例如，在一个实施方案中，通信信号s(t)由中继器204细分为具有等于或小于每个电源循环的持续时间的子信号。系数a_n(n=0、1、…、N-l)是扩频系数。接着将来自中继器204的每个循环长度信号区块传输N次。调制器206将每个第n个循环长度区块调制了实际值标量a_n。应注意，波特减少到1/N倍。由D/A转换器208将调制区块从数字信号转换为模拟电源信号。模拟信号耦接至供应电源信号的配电系统PDS212的电力线。模拟信号经由图示为附接至电力线的耦接器210的变压器或其它耦接电路而在电力线上传输，以提供在供应电源信号的配电系统PDS上载送的传输输出信号。

传输输出信号耦接至PLL204，如上文提及，所述PLL204与配电系统PDS上的电源信号同步。只有耦接器和电源都连接至电源，才发生这个耦接。在一些构造中，传输信号的存在可能使PLL性能降级。在这样的构造中，有必要在PLL204中进行一些减轻信号处理。

因此，图2图示用于在由公用电设施使用的双向通信系统中使用的传输器200的本发明的实施方案，以经由供应电源信号的公用设施的配电系统PDS发送传出消息。传输器200与提供包括在载波信号上调制的消息m的通信信号s(t)的信号调制器201一起使用。传输器200经由配电系统PDS的电力线传输传出消息信号r(t)。如上文提及，传输器包括锁相回路（PLL）204，所述锁相回路（PLL）204连结至传出消息信号r(t)以用于将各自传出消息信号的相位锁定于电源信号。传输器包括中继器202，所述中继器202响应PLL204以用于将通信信号s(t)分割成对应于一个电源循环的段。此外，传输器200包括扩频器205，所述扩频器205用于在传输传出消息信号r(t)之前通过将扩频码应用于分段通信信号来对分段通信信号的频谱扩频。

如图2中所示，在一个实施方案中，扩频器205包括一系列扩频系数源和用于将通信信号的每个段乘以扩频系数a_n(n=0、1、…、N-l)系列的乘法器。如下文提及，系数可以通过减法确定，使得系数和等于零。结果，传出消息信号r(t)与配电系统PDS上的干扰源正交。下文将更详细地图示此正交方面。

在一个实施方案中，本发明是产生传出消息的方法，所述方法包括：

●提供包括载波信号上调制的消息m的通信信号s(t)；且

●经由供应电源信号的配电系统（PDS）的电力线传输对应于通信信号s(t)的传出消息信号r(t)，其中所述传输包括：

○将传出消息信号r(t)的相位锁定于电源信号，和

○在传输传出消息信号r(t)之前对通信信号s(t)的频谱扩频而导致传出消息信号与配电系统上的干扰源正交。

在图3中证实传输输出信号与电源的关系。在这个实例中，扩频长度是N=2，且传输两个连续区块。电源与传输输出信号之间的相对相位并不重要，重要的只是其被锁相。即，每个信号区块必须开始于每个电源循环中的相同点。高电压电源信号会无意地对传输输出信号引发时变增益。这将表明利用较强电源分量对传输输出信号的调制。使用这个方法将表现为每个传输区块的窗化。

传输输出信号与PLI（电力线干扰）的正交关系

对于以周期T重复N次的信号s(t)和扩频系数a_n，传输信号是：

$z\left(t\right)=s\left(t\right)*\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n\mathrm{\δ}(t-\mathrm{nT})---(\mathrm{III}.1)$

其中是δ(t)是狄拉克δ函数。因此，传输信号的傅里叶变换是：

Z(f)=S(f)H(f)   (III.2)

其中S(f)是s(t)的傅里叶变换且H(f)是：

$H\left(f\right)={\∫}_{-\∞}^{\∞}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n\mathrm{\δ}(t-\mathrm{nT})e^{j2\mathrm{\πjt}}\mathrm{dt}$

$=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n{e}^{j2\mathrm{\πfnT}}$

$=A_d\left(2\mathrm{\πfT}\right).---(\mathrm{III}.3)$

A_d(λ)是序列[a₀a₁…a_N-1]的离散傅里叶变换。因此，通过选择a_n，使得对于所有整数n，在f=n/T下，A_d(2πfT)=0可使信号频谱：

Z(f)=S(f)A_d(2πfT)   (III.4)

在电源谐波下变为零。即，A_d(2πn)=0。对此，唯一要求是：

$\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n=0.---(\mathrm{III}.5)$

在图4中以图形证实在由系数和等于零的方程式（III.5）指定的条件下的方程式（III.4）。图4的上波形以图形图示未修改信号的实例的频谱且下波形是根据本发明的实施方案修改（扩频）的信号。所得频谱（即，下波形）被修改，使得不存在与电源谐波一致的能量。以此方式进行的信号传输导致与电力线上的主导干扰源大致上正交的信号。

正交频分复用（OFDM）信号将有必要具有1/T或更大的子信道间距，其中T是码元时间。实际上，其将为1/T加上保护间隔。因此，子信道间距将非常接近于1/T。任何一个信道中的信号能量至少是一个1/T子信道中的能量。考虑到频率间隔[f,f+1/T]，示出任何一个子信道中不存在能量损耗。通过帕斯瓦尔定理（“Parseval's theorem”）的应用：

${\∫}_f^{f+1/T}{\left|\right|Z\left(f\right)\left|\right|}^2\mathrm{df}=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\right|a_n\left|\right|}^2{\∫}_f^{f+1/T}{\left|\right|S\left(f\right)\left|\right|}^2\mathrm{df}.---(\mathrm{III}.6)$

因此，任何一个子信道中的信号是所述带中传输的总功率。事实上，倘若a_n是单位根，虽然利用扩频码，但是使信号重复N次使信号能量增加了N倍。

OFDM实例

考虑在1KHz与9KHz之间操作的OFDM系统和长度N=4的扩频码，其中：

a₀=1、a₁=-1、a₂=1和a₃=-1。

表1概述OFDM系统参数。

N	4
		带宽	8KHz
Tg	0.1ms
		子载波	132
子载波间距	60.36Hz
		Rb（频谱效率=1）	1.98kbps

表1：实例OFDM系统参数

保护间隔T_g被设定以用于补偿信道长度。并无特殊原因，假设100×10^-6秒。对于60Hz电源，码元率T_s必须使得：

T_s+T_g=1/60

T_s=16.57ms。

这对应于60.36Hz的子载波间距。因此，1KHz与9KHz之间的子载波数量是132。假设频谱效率为1，那么数据速率是：

R_b=132个位元/码元×15个码元/秒=1.98kbps

因为长度4的扩频，所以每秒只存在15个唯一码元。通过方程式（III.6），传输能量中存在6dB增益。数据速率取决于使用的调制（例如，QPSK（正交相移键控）、BPSK、差分BPSK）和码速率。即继而取决于将由于编码增益而为更大的SNR。

接收器

本发明的系统和方法的实施方案可以与在不长于电源循环的持续时间下产生信号s(t)的任何调制方法一起使用。在产生信号之后和传输信号之前插入上文描述的扩频方法和系统。同样地，在接收器处，在解调之前执行解扩方法。

在锁相回路的帮助下解析的接收信号可以表达为:

$r=a\⊗s+l_N\⊗n.---(\mathrm{IV}.1)$

通信信号s可以从r取回，证实如下：

${(a\⊗I)}^{T}r={(a\⊗I)}^T(a\⊗s)+{(a\⊗I)}^T(l_N\⊗n)$

$=a^{T}a\⊗I^{T}s+a^T{l}_N\⊗I^{T}n.---(\mathrm{IV}.2)$

应用a^T1_N=0（III.5）中的条件而产生：

${(a\⊗I)}^{T}r=\left(a^{T}a\right)s.---(\mathrm{IV}.3)$

因为a^Ta是正标量，所以结果是信号的按比例调整的副本，所述副本馈送至信号处理器。

扩频信号与PLI的关系

概括而言，本发明的系统和方法最小化电力线通信（PLC）中的主导干扰源。因为源是周期性且具有与电源相同的周期，所以系统和方法修改传输的PLC信号，使得结果与这个噪声正交。系统和方法与各种PLC调制技术合作来改善接收器处的信噪比（SNR）。

用于实施本发明的接收器预处理器的一个实施方案图示于图5中。接收信号r(t)由受控于锁定于电源信号的锁相回路（PLL）504的模拟转数字（A/D）转换器502数字化，使得接收信号被解析为存储于全循环缓冲器506中的全循环快照。或者，模拟PLL如虚线指示般使用。

在一个实施方案中，接收器由数字处理器503实施。只要PLL 504具有数字输出，其可为模拟或数字。如一个实施方案中的图5中所示，A/D转换器502、PLL 504和/或缓冲器506可以是数字处理器503的部分。

方程式（IV.3）中的矩阵乘法等同于：

${(a\⊗I)}^{T}r\→\left(\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n{z}^n\right)r\left(z\right).---(\mathrm{IV}.4)$

可以通过利用使用扩频系数a_n(n=0、1、…、N-l)的有限脉冲响应（FIR）滤波器508对全循环快照r[k]操作而在接收器的实施方案中获得这个乘法：

$H\left(z\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n{z}^{n-N+1}---(\mathrm{IV}.5)$

FIR滤波器508的输出提供至用于探测消息m的解调器510。虽然未在图5中图示，但是预期解调器510可以是数字处理器503的部分。通常，虽然接收器500必须解决剩余、非周期性噪声分量，但是对应的接收扩频输出信号r(t)的解析和解扩趋向于导致消除输出信号中的噪声的确定性谐波分量。

因此，图5图示用于在由公用电设施使用的双向通信系统中使用的接收器500的本发明的实施方案，其中传出消息从公用设施发送以经由供应电源信号的公用设施的配电系统PDS接收传入信号。接收器500探测电力线上传输的对应的传出消息m。A/D转换器502接收包括传出消息m的传出信号且将接收信号转换为对应的数字化信号。数字处理器对接收的数字化信号的频谱解扩且数字地解调接收的解扩信号以提供传出消息。

如图5中所示，数字处理器503实施锁定于电源信号的锁相回路（PLL）504。此外，数字处理器503实施与PLL504同步以用于将接收信号解析为全循环快照的解析器且实施用于对快照解扩的解扩器。如图5中所示的解析器包括与PLL504同步以产生存储于缓冲器506中的全循环快照的A/D转换器502。在一个实施方案中，解扩器包括FIR滤波器508（如z记号所示），所述FIR滤波器508用于将快照乘以由传输器200使用的扩频系数a_n(n=0、1、…、N-l)的矩阵且相加。

在一个实施方案中，本发明是用于探测传出消息的方法，所述方法包括：

●接收包括传出消息m的模拟传出信号r(t)；

●将接收信号转换为对应的数字化信号r[k]；

●（诸如）由FIR滤波器508对接收的数字化信号的频谱解扩；

●（诸如）由解调器510数字地解调接收的解扩信号以提供传出消息m。

系统多用户访问

图2的传输器200和图5的接收器预处理器500与解调器的组合包括根据本发明的一个实施方案的系统。还预期图2的传输器200可以与包括根据本发明的一个实施方案的系统的其它接收器一起使用。还预期与图5的接收器预处理器500和解调器组合的其它传输器可以包括根据本发明的一个实施方案的系统。

使用正交扩频码可能使系统数据吞吐量增加N-1倍。为了图示此，考虑两个扩频码a₁和a₂除了满足（III.5）中限制之外还正交：

$a_1^T{a}_2=0.---(V.1)$

如果两个传输器利用这些扩频码分别广播信号s₁和s₂且使码元适当地同步，那么再次呈矩阵形式的接收信号是：

$r=a_1\⊗s_1+a^2\⊗s_2+l_N\⊗n.---(V.2)$

${(a_1\⊗I)}^{T}r={(a_1\⊗I)}^T(a_1\⊗s_1)+{(a_1\⊗I)}^T(a_2\⊗s_2)+{(a_1\⊗I)}^T(l_N\⊗n)$

$=a_1^T{a}_1{s}_1+a_1^T{a}_2{s}_2+a_1^T{l}_{N}n$

$=a_1^T{a}_1{s}_1---(V.3)$

为了接收第一传输，接收器使用矩阵乘法：

其中最后等式遵循（V.1）和（III.5）。因此，来自竞争传输器的信号在无任何修改下被接收器抵消。一个解决方案在于找到还满足（III.5）中的限制的一组正交码。为此可以使用哈达玛矩阵（“Hadamard matrix”）。考虑源自对应的哈达玛矩阵的长度N=4的码：

$\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& -1& 1& -1\\ 1& 1& -1& -1\\ 1& -1& -1& 1\end{array}\right].---(V.4)$

满足（V.1）中的条件的行彼此正交。虽然行1自身并非有效码，但是与第一行的正交性保证还满足（III.5）。倘若扩频码在所有三个传输器中同步，那么使用这些码，三（3）个传输器可以同时操作。应注意，因为电源提供必要的时序，所以同步不应是困难的。

在上文提供的数据速率是1.98kbps的情况下的实例中，总系统吞吐量（假设频谱效率为1）是：

Q_b=1.98kbps×3=5.94kbps.

通常，吞吐量将为：

Q_b=(N-1)R_b·   (v.5)

概括而言，虽然波特减少到1/N且SNR增加（假设完全PLI消除，那么增加了N倍）并且频谱效率将增加了少于N倍，使得单用户数据速率将受损，但是这个方法优于传统方法的优点包括计算上简单且有效的方法和系统，从而PLI可减少，因此增加可实现的数据速率。

另一个优点是系统和方法提供用于多用户访问的机制，因此增加系统吞吐量。

为了图示，程序和其它可执行程序组件（诸如操作系统）在本文中图示为离散区块。但是认识到，这样的程序和组件在不同时间驻留于计算机的不同存储组件中且由计算机的（若干）数据处理器执行。

虽然连同示例性计算系统环境描述，但是发明的实施方案可在许多其它一般用途和特殊用途的计算系统环境或构造下操作。并不期望计算系统环境建议对本发明的任何方面的使用或功能性的范畴的任何限制。而且，计算系统环境应解释为具有关于示例性操作环境中所示的组件的任何一个或组合的任何独立性或要求。适于与本发明的方面使用的众所周知的计算系统、环境和/或构造的实例包括（但不限于）个人计算机、服务器计算机、手持式或膝上型装置、多处理器系统、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费性电子产品、移动电话、网络PC、小型计算机、主机计算机、包括以上系统、装置等等的任何一个的分布式计算环境。

在存储于一个或多个有形非暂时性计算机存储介质上且由一个或多个计算机或其它装置执行的组件、数据和/或计算机可执行指令（诸如程序模块）的一般背景中描述本发明的实施方案。通常，程序模块包括（但不限于）执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例行程序、程序、对象、组件和数据结构。本发明的方面还可以在分布式计算环境中实践，其中任务由通过通信网络连结的远程处理装置执行。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储装置的本地和远程计算机存储介质两者中。

在操作中，计算机和/或服务器可以执行计算机可执行指令（诸如本文中图示的计算机可执行指令）以实施本发明的方面。

除非另有指定，否则本文图示和描述的本发明的实施方案中的操作的执行或实行顺序并非必要。即，除非另有指定，否则可以任何顺序执行操作，且本发明的实施方案可以包括除了本文公开的操作之外的额外或较少操作。例如，预期在另一操作之前，与另一操作同时或在另一操作之后执行或实行特性操作是在本发明的方面的范畴内。

可以利用计算机可执行的指令实施本发明的实施方案。计算机可执行指令可以被组织为有形计算机可读存储介质上的一个或多个计算机可执行组件或模块。可以利用这样的组件或模块的任何数量和组织实施本发明的方面。例如，本发明的方面并不限于图中图示和本文描述的特定计算机可执行指令或特定组件或模块。本发明的其它实施方案可以包括具有比本文图示和描述的功能性更多或更少的功能性的不同计算机可执行指令或组件。

当引入本发明的方面的元件或其实施方案时，期望冠词“一个”（“a和an”）、“所述”（“the和said”）意味着存在一个或多个元件。期望术语“包括”（“comprising和including”）和“具有”（“having”）具包括性且意味着可存在除了所列元件之外的额外元件。

鉴于上文，将看出实现本发明的若干优点且获得其它有利结果。

并非需要图示或描述的所有描绘元件。此外，一些实施例和实施方案可以包括额外组件。可以在不脱离于本文提出的权利要求书的精神或范畴下实现组件的配置和类型的变化。可以提供额外、不同或较少组件且可组合组件。或者或额外地，可以由若干组件实施组件。

已详细描述本发明的方面之后，将了解在不脱离于随附权利要求书中定义的本发明的方面的范畴下修改和变化是可行的。因为可以在不脱离于本发明的方面的范畴下在以上构造、产品和方法中实现不同改变，所以期望以上描述中包括和附图中所示的所有事项应解释为图示性且并非在限制意义上解释。

Claims (16)

1.一种由公用电设施使用的双向通信系统中的设备，其中所述系统经由供应电源信号的所述公用设施的配电系统发送传出消息且接收传入消息，所述设备包括：

信号调制器，其提供包括在载波信号上调制的消息的通信信号s(t)；和

传输器，其经由所述配电系统接收所述通信信号且传输对应的传出消息信号，其中

所述传输器包括锁相回路（PLL），所述锁相回路（PLL）连结至所述传出消息信号以用于将所述各自传出消息信号的相位锁定于所述电源信号，且

所述传输器包括扩频器，所述扩频器用于在传输所述传出消息信号之前对所述通信信号的频谱扩频，从而所述传出消息信号与所述配电系统上的干扰源大致上正交。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述扩频器将扩频码应用于所述通信信号。

3.根据权利要求2所述的设备：

其中所述传输器还包括中继器，所述中继器响应所述PLL以用于将所述通信信号分割成对应于电源循环的段；且

其中所述扩频器包括一系列扩频系数的源和用于将所述分段通信信号的每个段乘以所述扩频系数系列的乘法器。

4.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括接收器，所述接收器包括：

模拟转数字（A/D）转换器，其接收包括传出消息的所述传出信号且将所接收的信号转换为对应的数字化信号；和

数字处理器，其对所接收的数字化信号的所述频谱解扩且数字地解调所接收的解扩信号以提供所述传出消息。

5.一种由公用电设施使用的双向通信系统中的产生传出消息的方法，其中所述系统经由供应电源信号的所述公用设施的配电系统发送所述传出消息且接收传入消息，所述方法包括：

提供包括在载波信号上调制的消息的通信信号；以及

经由所述配电系统传输对应于所述通信信号的传出消息信号，其中所述传输包括：

将所述传出消息信号的相位锁定于所述电源信号，以及

在传输所述传出消息信号之前对所述通信信号的频谱扩频，从而所述传出消息信号与所述配电系统上的干扰源正交。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述扩频包括将扩频码应用于所述通信信号s(t)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述扩频包括：

响应于所述电源信号的相位，将所述通信信号s(t)分割成其中每一个段对应于一个电源循环的段；以及

将所述分段通信信号的每个段乘以扩频系数系列。

8.一种由公用电设施使用的双向通信系统中的用于探测传出消息的接收器，其中所述系统经由供应电源信号的所述公用设施的配电系统发送所述传出消息且接收传入消息，所述接收器包括：

模拟转数字（A/D）转换器，其接收包括传出消息的所述传出信号且将所接收的信号转换为对应的数字化信号；和

数字处理器，其对所接收的数字化信号的频谱解扩且数字地解调所接收的解扩信号以提供所述传出消息。

9.根据权利要求8所述的接收器，其中所述数字处理器包括：

锁相回路（PLL），其锁定于所述电源信号；

解析器，其与所述PLL同步以用于将所接收的信号解析为全循环快照；

解扩器，其用于对所述快照解扩；和

解调器，其用于解调所述解扩的信号。

10.根据权利要求9所述的接收器，其中所述解析器包括与所述PLL同步以产生大致上全循环快照的模拟转数字（A/D）转换器和存储所述全循环快照的缓冲器。

11.根据权利要求9所述的接收器，其中所述解扩器包括有限脉冲响应滤波器，所述有限脉冲响应滤波器用于将所述快照乘以扩频系数的矩阵并相加。

12.根据权利要求8所述的接收器，其还包括：

信号调制器，其提供包括在载波信号上调制的消息的通信信号s(t)；和

传输器，其经由所述配电系统接收所述通信信号且传输对应的传出消息信号，其中

所述传输器包括锁相回路（PLL），所述锁相回路（PLL）连结至所述传出消息信号以用于将所述各自传出消息信号的相位锁定于所述电源信号，且

所述传输器包括扩频器，所述扩频器用于在传输所述传出消息信号之前对所述通信信号的所述频谱扩频，从而所述传出消息信号与所述配电系统上的干扰源正交。

13.一种由公用电设施使用的双向通信系统中的用于探测传出消息的方法，其中所述系统经由供应电源信号的所述公用设施的配电系统发送所述传出消息且接收传入消息，所述方法包括：

接收包括传出消息的所述模拟传出信号；

将所接收的信号转换为对应的数字化信号；

对所接收的数字化信号的频谱解扩；以及

数字地解调所接收的解扩信号以提供所述传出消息。

14.根据权利要求13所述的方法，其中数字处理器包括：

其中转换包括在与所述电源信号同步下将所接收的信号解析为全循环快照；

其中解扩包括对所述快照解扩；且

其中解调包括解调所解扩的快照。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述解析包括在与所述电源信号同步中转换所接收的信号以提供对应的数字信号来产生全循环快照和存储所述全循环快照的缓冲器。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述解扩包括将所述快照乘以扩频系数的矩阵并相加。

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