CN105450258B - 一种无线桥接载波通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线桥接载波通信装置，包括：载波通信单元、无线通信单元及微处理器，其中，载波通信单元包括：第一数字信号处理器、第一滤波器、第二滤波器、第一放大器、第二放大器、第一调制器、第一解调器、第一模数转换器及第一数模转换器；无线通信单元包括：第二数字信号处理器、无线接收器、无线发送器、第三放大器、第四放大器、第二调制器、第二解调器、第二模数转换器、第二数模转换器及频率合成器；本发明解决了现有技术单一电力线载波导致的传输受限的问题。

Description

一种无线桥接载波通信装置

技术领域

本发明涉及电力线载波通信领域，尤其涉及一种无线桥接载波通信装置。

背景技术

电力线载波(Power Line Carrier–PLC)通信，是指利用高压电力线、中压电力线或低压配电线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种通信方式，广泛应用于电表、水表、气表等远程抄表系统以及智能家居控制、路灯控制等领域。电力线载波通信在应用中存在着不同相位无法直接通信及高频载波信号难以通过变压器、互感器、电能表的问题，限制了电力线载波通信的范围。

因此，亟需一种电力线载波通信装置，以解决现有技术载波传输受限的问题。

发明内容

本发明提供了一种无线桥接载波通信装置，通过上述装置能够实现传统电力线载波通信到无线通信的数据透传，在电力线载波无法跨越的地方，通过无线方式进行桥接，极大提高了电力线载波的通信范围，解决了现有技术单一电力线载波导致的传输受限的问题。同时，本发明提供的上述装置采用SOC(System on Chip，系统级芯片)技术设计，单片集成度高，降低了产品外围电路的复杂度及PCB布线难度，进而提高了产品性能，降低了产品成本。

本发明提供一种无线桥接载波通信装置，其特征在于，包括：载波通信单元、无线通信单元及微处理器，其中，

载波通信单元根据微处理器发送的第一控制指令接收第一有线调制信号，将所述第一有线调制信号转换为第一基带信号，并发送至无线通信单元；

无线通信单元接收所述第一基带信号，并将所述第一基带信号转换为第一无线调制信号进行发送；和/或

无线通信单元根据微处理器发送的第二控制指令接收第二无线调制信号，将所述第二无线调制信号转换为第二基带信号，并发送至载波通信单元；

载波通信单元接收所述第二基带信号，并将所述第二基带信号转换为第二有线调制信号进行发送。

优选地，载波通信单元包括：第一数字信号处理器、第一滤波器、第二滤波器、第一放大器、第二放大器、第一调制器、第一解调器、第一模数转换器及第一数模转换器；其中，

第一滤波器的输出端与第一放大器的输入端相连；第一放大器的输出端与第一模数转换器的输入端相连；第一模数转换器的输出端与第一解调器的输入端相连；第一解调器的输出端与第一数字信号处理器的输入端相连；

第一数字信号转换器的输出端与第一调制器的输入端相连；第一调制器的输出端与第一数模转换器的输入端相连；第一数模转换器的输出端与第二滤波器的输入端相连；第二滤波器的输出端与第二放大器的输入端相连。

优选地，无线通信单元包括：第二数字信号处理器、无线接收器、无线发送器、第三放大器、第四放大器、第二调制器、第二解调器、第二模数转换器、第二数模转换器及频率合成器；其中，

天线接收器的输出端与第三放大器的输入端相连；第三放大器的输出端与第二模数转换器的输入端相连；第二模数转换器的输出端与第二解调器的输入端相连；第二解调器的输出端与第二数字信号处理器的输入端相连；

第二数字信号处理器的输出端与第二调制器的输入端相连；第二调制器的输出端与第二数模转换器的输入端相连；第二数模转换器的输出端与第四放大器的输入端相连；第四放大器的输出端与无线发送器的输入端相连；

频率合成器分别与第二调制器及第二解调器相连。

优选地，载波通信单元根据微处理器发送的第一控制指令接收第一有线调制信号，将所述第一有线调制信号转换为第一基带信号具体包括：

根据微处理器发送的第一控制指令，第一滤波器接收第一有线调制信号，第一有线调制信号依次经第一滤波器滤波、第一放大器放大、第一模数转换器进行模数转换、第一解调器解调、第一数字信号处理器进行采集和处理，生成所述第一基带信号；

载波通信单元接收所述第二基带信号，并将所述第二基带信号转换为第二有线调制信号进行发送具体包括：

第一数字信号处理器接收并处理第二基带信号，第二基带信号依次经第一调制器调制、第一数模转换器进行数模转换、第二滤波器滤波、第二放大器放大，生成第二有线调制信号，所述第二有线调制信号耦合到电力线进行发送。

优选地，无线通信单元接收所述第一基带信号，并将所述第一基带信号转换为第一无线调制信号进行发送具体包括：

第二数字信号处理器接收并处理第一基带信号，第一基带信号依次经第二调制器调制、第二数模转换器进行数模转换、第四放大器放大，生成第一无线调制信号，所述第一无线调制信号通过无线发送器进行发送；

无线通信单元根据微处理器发送的第二控制指令接收第二无线调制信号，将所述第二无线调制信号转换为第二基带信号具体包括：

根据微处理器发送的第二控制指令，无线接收器接收第二无线调制信号，第二无线调制信号依次经第三放大器放大、第二模数转换器进行模数转换、第二解调器解调、第二数字信号处理器进行采集和处理，生成所述第二基带信号。

优选地，所述装置还包括：内存、系统总线、为微处理器提供时钟信号的RC振荡器、外部接口及用于控制外部接口的I/O控制器。

优选地，载波通信单元将第一基带信号发送至无线通信单元包括：根据微处理器发送的第一控制指令，载波通信单元通过系统总线将第一基带信号传送至内存缓冲区，微处理器进一步将第一基带信号传送至第二数字信号处理器；

无线通信单元将第二基带信号发送至载波通信单元包括：根据微处理器发送的第二控制指令，无线通信单元通过系统总线将第二基带信号传送至内存缓冲区，微处理器进一步将第二基带信号传送至第一数字信号处理器。

优选地，所述载波通信单元还包括：为第一数字信号处理器提供时钟信号的时钟发生器、为时钟发生器供电的电源控制器及为第一数字信号处理器提供复位信号的复位器。

优选地，第一有线调制信号及第二有线调制信号的频率范围是2MHz到30MHz，第一无线调制信号及第二无线调制信号的频率范围是2.4GHz频段。

优选地，第一数字信号处理器为OFDM数字信号处理器，第二调制器为GFSK调制器，第二解调器为GFSK解调器。

根据本发明的无线桥接载波通信装置，能够实现传统电力线载波通信到无线通信的数据透传，在电力线载波无法跨越的地方，通过无线方式进行桥接，极大提高了电力线载波的通信范围。

附图说明

图1是本发明的无线桥接载波通信装置的架构示意图；

图2是本发明的无线桥接载波通信装置的应用示意图；

图3是本发明的无线桥接载波通信装置的引脚定义图；

图4是本发明的无线桥接载波通信装置的引脚说明图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

现有技术中电力线载波通信存在着不同相位无法直接通信及高频载波信号难以通过变压器、互感器、电能表的问题，由此限制了电力线载波通信的范围。

本发明提供了一种无线桥接载波通信装置，通过上述装置能够实现传统电力线载波通信到无线通信的数据透传，在电力线载波无法跨越的地方，通过无线方式进行桥接，极大提高了电力线载波的通信范围，解决了现有技术单一电力线载波导致的传输受限的问题。

本发明提供的无线桥接载波通信装置包括：载波通信单元、无线通信单元及微处理器，如图1所示，其中，

本发明优选实施例中，载波通信单元包括：第一数字信号处理器、第一滤波器、第二滤波器、第一放大器、第二放大器、第一调制器、第一解调器、第一模数转换器及第一数模转换器；其中，

第一滤波器的输出端与第一放大器的输入端相连；第一放大器的输出端与第一模数转换器的输入端相连；第一模数转换器的输出端与第一解调器的输入端相连；第一解调器的输出端与第一数字信号处理器的输入端相连；

第一数字信号转换器的输出端与第一调制器的输入端相连；第一调制器的输出端与第一数模转换器的输入端相连；第一数模转换器的输出端与第二滤波器的输入端相连；第二滤波器的输出端与第二放大器的输入端相连。

本发明优选实施例中，第一滤波器、第二滤波器是低通滤波器；第一放大器是自动增益控制放大器，用于对目标信号进行选择性地放大；第二放大器是功率放大器；第一数字信号处理器是OFDM(正交频分复用)数字信号处理器，其应用自适应数字信号处理和模糊信号处理技术，并采用噪声制和畸变纠正的算法，可以有效纠正电力线信号中的多种干扰。

本发明优选实施例中，载波通信单元还包括：为第一数字信号处理器提供时钟信号的时钟发生器、为时钟发生器供电的电源控制器及为第一数字信号处理器提供复位信号的复位器；其中，电源控制器及复位器的输出端与时钟发生器的输入端相连，时钟发生器的输出端与第一数字信号处理器的输入端相连。

本发明优选实施例中，载波通信单元工作于2MHz到30MHz的频段，可提供9.8Mbps的电力线通信带宽。

本发明优选实施例中，无线通信单元包括：第二数字信号处理器、无线接收器、无线发送器、第三放大器、第四放大器、第二调制器、第二解调器、第二模数转换器、第二数模转换器及频率合成器；其中，

天线接收器的输出端与第三放大器的输入端相连；第三放大器的输出端与第二模数转换器的输入端相连；第二模数转换器的输出端与第二解调器的输入端相连；第二解调器的输出端与第二数字信号处理器的输入端相连；

第二数字信号处理器的输出端与第二调制器的输入端相连；第二调制器的输出端与第二数模转换器的输入端相连；第二数模转换器的输出端与第四放大器的输入端相连；第四放大器的输出端与无线发送器的输入端相连；

频率合成器分别与第二调制器及第二解调器相连，用于第二调制器及第二解调器的稳频。

本发明优选实施例中，第三放大器是低噪声放大器；第四放大器是功率放大器；第二调制器是GFSK(高斯频移键控)调制器，第二解调器为GFSK解调器，第二调制器与第二解调器集成在一起，拥有2Mbps的可配置数据速率。

本发明优选实施例中，无线通信单元工作于免申请的公用2.4GHz频段，符合国家民用通信标准。

本发明优选实施例中，本发明提供的无线桥接载波通信装置还包括：内存、系统总线、为微处理器提供时钟信号的RC振荡器、外部接口及用于控制外部接口的I/O控制器。

本发明优选实施例中，内存是嵌入式内存；系统总线包括数据总线和地址总线；外部接口包括10/100M以太网、I2C、SPI、UART和GPIO标准外部接口。

本发明优选实施例中，本发明提供的无线桥接载波通信装置将上述功能模块集成在一个芯片，降低了产品外围电路的复杂度及PCB布线难度，进而提高了产品性能，降低了产品成本。

本发明通过以下方式实现数据从载波通信单元到无线通信单元的传送及发射：

载波通信单元根据微处理器发送的第一控制指令接收第一有线调制信号，将第一有线调制信号转换为第一基带信号，并发送至无线通信单元；

无线通信单元接收第一基带信号，并将第一基带信号转换为第一无线调制信号进行发送。

其中，第一控制指令由微处理器发送，用于控制信号由载波通信单元向无线通信单元的传送。

通过以上方式，在电力线传输的第一有线调制信号转换为无线信号进行发送，达到了不依赖电力线进行信号发射的效果。

本发明优选实施例中，载波通信单元根据微处理器发送的第一控制指令接收第一有线调制信号，将第一有线调制信号转换为第一基带信号，并发送至无线通信单元具体包括：

根据微处理器发送的第一控制指令，第一滤波器接收第一有线调制信号，第一有线调制信号依次经第一滤波器滤波、第一放大器放大、第一模数转换器进行模数转换、第一解调器解调、第一数字信号处理器进行采集和处理，生成第一基带信号；载波通信单元通过系统总线将第一基带信号传送至内存缓冲区，微处理器进一步将第一基带信号传送至第二数字信号处理器。

本发明优选实施例中，无线通信单元接收第一基带信号，并将第一基带信号转换为第一无线调制信号进行发送具体包括：

第二数字信号处理器接收并处理第一基带信号，第一基带信号依次经第二调制器调制、第二数模转换器进行数模转换、第四放大器放大，生成第一无线调制信号，第一无线调制信号通过无线发送器进行发送。

本发明通过以下方式实现数据从无线通信单元到载波通信单元的传送：

无线通信单元根据微处理器发送的第二控制指令接收第二无线调制信号，将第二无线调制信号转换为第二基带信号，并发送至载波通信单元；

载波通信单元接收第二基带信号，并将第二基带信号转换为第二有线调制信号进行发送。

其中，第二控制指令由微处理器发送，用于控制信号由无线通信单元向载波通信单元的传送。

通过以上方式，无线调制信号转换为有线信号在电力线进行传输。结合上述电力线传输的有线信号转换为无线信号进行发送的方式，能够解决现有技术单一电力线载波导致的传输受限的问题。即，当电力线调制信号在传输过程中遇到变压器、互感器、电能表而难以通过时，可采用本发明的无线桥接载波通信装置将上述调制信号转换为无线信号进行发射；同时，变压器、互感器、电能表另一端的本发明装置接收该无线信号并将其转换为调制信号继续在电力线传输，由此解决了电力线载波通信无法跨越变压器、互感器、电能表的问题，实现了不同线路的桥接，极大提高了电力线载波的通信范围。

本发明优选实施例中，无线通信单元根据微处理器发送的第二控制指令接收第二无线调制信号，将第二无线调制信号转换为第二基带信号，并发送至载波通信单元具体包括：

根据微处理器发送的第二控制指令，无线接收器接收第二无线调制信号，第二无线调制信号依次经第三放大器放大、第二模数转换器进行模数转换、第二解调器解调、第二数字信号处理器进行采集和处理，生成第二基带信号；无线通信单元通过系统总线将第二基带信号传送至内存缓冲区，微处理器进一步将第二基带信号传送至第一数字信号处理器。

本发明优选实施例中，载波通信单元接收第二基带信号，并将第二基带信号转换为第二有线调制信号进行发送具体包括：

第一数字信号处理器接收并处理第二基带信号，第二基带信号依次经第一调制器调制、第一数模转换器进行数模转换、第二滤波器滤波、第二放大器放大，生成第二有线调制信号，第二有线调制信号耦合到电力线进行发送。

本发明优选实施例中，第二有线调制信号耦合到电力线可采用电容耦合或电感耦合。

本发明优选实施例中，无线通信采用ZigBee网络。

本发明提供的无线桥接载波通信装置可广泛应用于电表、水表、气表等远程抄表系统以及智能家居控制、路灯控制等技术领域。

图2是本发明无线桥接载波通信装置的应用示意图，图中采用了上述装置的A相电路、B相电路、C相电路之间实现了无线桥接。

图3是本发明无线桥接载波通信装置的引脚定义图。

图4是本发明无线桥接载波通信装置的引脚说明图。

本发明提供的无线桥接载波通信装置，能够实现传统电力线载波通信到无线通信的数据透传，在电力线载波无法跨越的地方，通过无线方式进行桥接，极大提高了电力线载波的通信范围，解决了现有技术单一电力线载波导致的传输受限的问题。同时，本发明提供的上述装置采用SOC技术设计，单片集成度高，降低了产品外围电路的复杂度及PCB布线难度，进而提高了产品性能，降低了产品成本。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种无线桥接载波通信装置，其特征在于，包括：载波通信单元、无线通信单元及微处理器，其中，

载波通信单元根据微处理器发送的第一控制指令接收第一有线调制信号，将所述第一有线调制信号转换为第一基带信号，并发送至无线通信单元；

无线通信单元接收所述第一基带信号，并将所述第一基带信号转换为第一无线调制信号进行发送；和/或

无线通信单元根据微处理器发送的第二控制指令接收第二无线调制信号，将所述第二无线调制信号转换为第二基带信号，并发送至载波通信单元；

载波通信单元接收所述第二基带信号，并将所述第二基带信号转换为第二有线调制信号进行发送；

载波通信单元包括：第一数字信号处理器、第一滤波器、第二滤波器、第一放大器、第二放大器、第一调制器、第一解调器、第一模数转换器及第一数模转换器；其中，

第一滤波器的输出端与第一放大器的输入端相连；第一放大器的输出端与第一模数转换器的输入端相连；第一模数转换器的输出端与第一解调器的输入端相连；第一解调器的输出端与第一数字信号处理器的输入端相连；

第一数字信号转换器的输出端与第一调制器的输入端相连；第一调制器的输出端与第一数模转换器的输入端相连；第一数模转换器的输出端与第二滤波器的输入端相连；第二滤波器的输出端与第二放大器的输入端相连；

无线通信单元包括：第二数字信号处理器、无线接收器、无线发送器、第三放大器、第四放大器、第二调制器、第二解调器、第二模数转换器、第二数模转换器及频率合成器；其中，

天线接收器的输出端与第三放大器的输入端相连；第三放大器的输出端与第二模数转换器的输入端相连；第二模数转换器的输出端与第二解调器的输入端相连；第二解调器的输出端与第二数字信号处理器的输入端相连；

第二数字信号处理器的输出端与第二调制器的输入端相连；第二调制器的输出端与第二数模转换器的输入端相连；第二数模转换器的输出端与第四放大器的输入端相连；第四放大器的输出端与无线发送器的输入端相连；

频率合成器分别与第二调制器及第二解调器相连。

2.如权利要求1所述的无线桥接载波通信装置，其特征在于，载波通信单元根据微处理器发送的第一控制指令接收第一有线调制信号，将所述第一有线调制信号转换为第一基带信号具体包括：

根据微处理器发送的第一控制指令，第一滤波器接收第一有线调制信号，第一有线调制信号依次经第一滤波器滤波、第一放大器放大、第一模数转换器进行模数转换、第一解调器解调、第一数字信号处理器进行采集和处理，生成所述第一基带信号；

载波通信单元接收所述第二基带信号，并将所述第二基带信号转换为第二有线调制信号进行发送具体包括：

第一数字信号处理器接收并处理第二基带信号，第二基带信号依次经第一调制器调制、第一数模转换器进行数模转换、第二滤波器滤波、第二放大器放大，生成第二有线调制信号，所述第二有线调制信号耦合到电力线进行发送。

3.如权利要求2所述的无线桥接载波通信装置，其特征在于，无线通信单元接收所述第一基带信号，并将所述第一基带信号转换为第一无线调制信号进行发送具体包括：

第二数字信号处理器接收并处理第一基带信号，第一基带信号依次经第二调制器调制、第二数模转换器进行数模转换、第四放大器放大，生成第一无线调制信号，所述第一无线调制信号通过无线发送器进行发送；

无线通信单元根据微处理器发送的第二控制指令接收第二无线调制信号，将所述第二无线调制信号转换为第二基带信号具体包括：

根据微处理器发送的第二控制指令，无线接收器接收第二无线调制信号，第二无线调制信号依次经第三放大器放大、第二模数转换器进行模数转换、第二解调器解调、第二数字信号处理器进行采集和处理，生成所述第二基带信号。

4.如权利要求3所述的无线桥接载波通信装置，其特征在于，所述装置还包括：内存、系统总线、为微处理器提供时钟信号的RC振荡器、外部接口及用于控制外部接口的I/O控制器。

5.如权利要求4所述的无线桥接载波通信装置，其特征在于，载波通信单元将第一基带信号发送至无线通信单元包括：根据微处理器发送的第一控制指令，载波通信单元通过系统总线将第一基带信号传送至内存缓冲区，微处理器进一步将第一基带信号传送至第二数字信号处理器；

无线通信单元将第二基带信号发送至载波通信单元包括：根据微处理器发送的第二控制指令，无线通信单元通过系统总线将第二基带信号传送至内存缓冲区，微处理器进一步将第二基带信号传送至第一数字信号处理器。

6.如权利要求5所述的无线桥接载波通信装置，其特征在于，所述载波通信单元还包括：为第一数字信号处理器提供时钟信号的时钟发生器、为时钟发生器供电的电源控制器及为第一数字信号处理器提供复位信号的复位器。

7.如权利要求1-6任一所述的无线桥接载波通信装置，其特征在于，第一有线调制信号及第二有线调制信号的频率范围是2MHz到30MHz，第一无线调制信号及第二无线调制信号的频率范围是2.4GHz频段。

8.如权利要求7所述的无线桥接载波通信装置，其特征在于，第一数字信号处理器为OFDM数字信号处理器，第二调制器为GFSK调制器，第二解调器为GFSK解调器。