CN105656501A - 一种多模通信装置及多模通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多模通信装置及多模通信方法，该多模通信装置包括：处理器、用于短距离无线通信的第一通信单元、用于传输窄带载波信号与宽带载波信号的第二通信单元，和电力线隔离耦合单元，其中：所述处理器，用于向所述第一通信单元、第二通信单元发送第一数据；所述第一通信单元，用于将接收到的所述处理器发送的第一数据调制为第二数据，并发送所述第二数据；所述第二通信单元，用于将接收到的所述处理器发送的第一数据分别进行调制为第三数据和第四数据，并将所述第三数据和第四数据通过所述电力线隔离耦合单元发送到电力线中，实现将电力线窄带载波、电力线宽带载波和短距离无线三种通信方式结合起来。
Description
技术领域
本发明涉及利用无线和电力线进行数字通信的设备，尤其是涉及一种多模通信装置及多模通信方法。
背景技术
在电力抄表、工业通信和智能家居等领域，大量采用了电力线载波和短距离无线通信。
利用电力线可以实现载波通信，其中窄带载波通信频点单一，信号频谱窄，传输速率低，但是采用较低的载波频率可以在电力线上传输较远的距离。宽带载波使用数字化多载波频分复用技术，实现多载波并行通信，传输速率高，但电力线传输距离较短。电力线窄带和宽带载波通信技术已被大量用于电力抄表等领域。但是由于电力线线路不固定，节点分支较多，设备类型复杂，存在各种干扰信号，因此载波通信经常会被影响而无法可靠通信。虽然短距离无线通信不会因电力线路的布局影响通信，但会因建筑、遮挡等原因而造成通信中断，甚至通信失败。
现有还没有提出一种有效地解决方式，实现将电力线窄带载波、电力线宽带载波和短距离无线三种通信方式结合起来。
发明内容
本发明提供了一种多模通信装置及多模通信方法，实现将电力线窄带载波、电力线宽带载波和短距离无线三种通信方式结合起来。
一种多模通信装置，包括处理器、用于短距离无线通信的第一通信单元、用于传输窄带载波信号与宽带载波信号的第二通信单元，和电力线隔离耦合单元，其中：所述处理器，用于向所述第一通信单元、第二通信单元发送第一数据；所述第一通信单元，用于将接收到的所述处理器发送的第一数据调制为第二数据，并发送所述第二数据；所述第二通信单元，用于将接收到的所述处理器发送的第一数据分别进行调制为第三数据和第四数据，并将所述第三数据和第四数据通过所述电力线隔离耦合单元发送到电力线中。
所述第一通信单元，还用于接收第二数据，并将接收到的所述第二数据调制为第一数据，将所述第一数据发送给所述处理器；所述第二通信单元，还用于通过所述电力线隔离耦合单元耦合第三数据和第四数据，并将所述第三数据和第四数据进行调制，发送给所述处理器；所述处理器，还用于将接收到的所述第二数据、第三数据和第四数据解调。
所述第一通信单元包括短距离无线收发器、无线发送电路、无线接收电路和无线收发切换器；其中所述短距离无线收发器与中央处理器连接，用于传输所述第一数据，无线收发切换器与天线连接，用于传输所述第二数据。
所述第二通信单元包括用于传输窄带载波信号的窄带载波通信模块；所述窄带载波通信模块包含窄带载波调制解调器、窄带载波发送电路、窄带载波信号滤波器、窄带载波接收电路、窄带载波信号放大器和窄带载波保护电路；其中所述窄带载波调制解调器与所述处理器连接，用于传输第一数据，所述窄带载波保护电路与所述电力线隔离耦合单元连接，用于传输第三数据。
所述第二通信单元包括用于传输宽带载波信号的宽带载波通信模块；所述宽带载波通信模块包括宽带载波调制解调器、宽带载波发送电路、宽带载波信号滤波器、宽带载波接收电路、宽带载波信号放大器和宽带载波保护电路；其中所述宽带载波调制解调器与所述处理器连接，传输所述第一数据，所述宽带载波保护电路与电力线隔离耦合单元连接，传输所述第四数据。
电力线隔离耦合单元，包括频带选择电路、复合耦合电路和工频隔离电路。频带选择电路与所述第二通信单元连接，复合耦合电路与频带选择电路和工频隔离电路连接，工频隔离电路53与电力线连接。
一种多模通信方法，包括：在发送链路，确定第一数据；将所述第一数据调制为第二数据并发送；将所述第一数据调制为第三数据和第四数据发送到电力线中。
还包括：在接收链路，接收第二数据，并将接收到的所述第二数据调制为第一数据；并耦合所述电力线中的第三数据和第四数据，并将所述第三数据和第四数据进行调制为第一数据；发送所述第一数据。
通过采用上述技术方案，在多模通信装置中，包括处理器、用于短距离无线通信的第一通信单元、用于传输窄带载波信号与宽带载波信号的第二通信单元，和电力线隔离耦合单元，处理器，用于向所述第一通信单元、第二通信单元发送第一数据；所述第一通信单元，用于将接收到的所述处理器发送的第一数据调制为第二数据，并发送所述第二数据；所述第二通信单元，用于将接收到的所述处理器发送的第一数据分别进行调制为第三数据和第四数据，并将所述第三数据和第四数据通过所述电力线隔离耦合单元发送到电力线中，从而实现将电力线窄带载波、电力线宽带载波和短距离无线三种通信方式结合起来。
附图说明
图1～图5为本发明实施例中，提出的多模通信装置结构组成示意图；
图6为本发明实施例中，提出的多模通信方法流程图；
图7为本发明实施例中，提出的多模通信装置组网通信结构组成示意图。
具体实施方式
下面将结合各个附图对本发明实施例技术方案的主要实现原理、具体实施方式及其对应能够达到的有益效果进行详细地阐述。
本发明实施例提出一种多模通信装置，在本发明实施例提出的技术方案中，处理器发送的第一数据可以是用户数据或者是基带数据，第一通信单元发射的第二数据可以是射频信号，第二通信单元发射的第三数据或第四数据可以是载波信号，后文不再赘述。
如图1所示，包括处理器101、用于短距离无线通信的第一通信单元102、用于传输窄带载波信号与宽带载波信号的第二通信单元103，和电力线隔离耦合单元104，其中：
处理器101，用于向第一通信单元102、第二通信单元103发送第一数据。
第一通信单元102，用于将接收到的处理器101发送的第一数据调制为第二数据，并发送第二数据；
第二通信单元103，用于将接收到的处理器101发送的第一数据分别进行调制为第三数据和第四数据，并将第三数据和第四数据通过电力线隔离耦合单元104发送到电力线中。
下面以一实例来详细阐述本发明实施例提出的多模通信装置，如图2所示，该多模通信装置包括处理器101、用于短距离无线通信的第一通信单元102、用于传输窄带载波信号与宽带载波信号的第二通信单元103，和电力线隔离耦合单元104，其中：
在数据发送链路中，处理器101，用于向第一通信单元102、第二通信单元103发送第一数据。第一通信单元102，用于将接收到的处理器101发送的第一数据调制为第二数据，并发送第二数据，第二通信单元103，用于将接收到的处理器101发送的第一数据分别进行调制为第三数据和第四数据，并将第三数据和第四数据通过电力线隔离耦合单元104发送到电力线中。
其中，第一通信单元102，用于将接收到的处理器101发送的第一数据调制为第二数据，通过天线将第二数据发送到空中。第一通信单元102将接收到的处理器101发送的第一数据进行调制时，调制方式可以是固定单频点或跳频的频移键控、相移键控或幅移键控调制，第一数据是射频信号时，射频信号的基频为315/433/470M赫兹或2.4G赫兹。
其中，第二通信单元103，将第一数据调制为第三数据时，调制方式可以是是固定单频点或跳频的频移键控、相移键控或幅移键控调制，也可以是正交振幅键控调制，载波信号的频率是3到500千赫兹频段上的某个或多个频点。
第二通信单元103，将第一数据调制为第三数据，调制方式可以是正交频分复用的方式，采用分布在一定带宽上的多个子载波同时并行传输数据信息，每个子载波可以采用相移键控或正交振幅键控调制，载波信号的频率是1到34兆赫兹频段上的某个频段，频段带宽为若干兆赫兹。
在数据接收链路中，第一通信单元102，还用于接收第二数据，并将接收到的第二数据调制为第一数据，将第一数据发送给处理器101，第二通信单元103，还用于通过电力线隔离耦合单元104耦合第三数据和第四数据，并将第三数据和第四数据进行调制，发送给处理器101，处理器101，还用于将接收到的第二数据、第三数据和第四数据解调。
具体地，如图2所示，第一通信单元102包括短距离无线收发器201、无线发送电路202、无线接收电路203和无线收发切换器204。
其中短距离无线收发器201与处理器101连接，用于传输第一数据，无线收发切换器204与天线连接，用于传输第二数据。
具体地，如图3所示，第二通信单元103包括用于传输窄带载波信号的窄带载波通信模块301。窄带载波通信模块301包含窄带载波调制解调器3011、窄带载波发送电路3012、窄带载波信号滤波器3013、窄带载波接收电路3014、窄带载波信号放大器3015和窄带载波保护电路3016。
其中窄带载波调制解调器3011与处理器101连接，用于传输第一数据，窄带载波保护电路3016与电力线隔离耦合单元104连接，用于传输第三数据。
窄带载波的调制方式可以是固定单频点或跳频的频移键控、相移键控或幅移键控调制，也可以是正交振幅键控调制，载波信号的频率是3到500千赫兹频段上的某个或多个频点。
具体地，如图4所示，第二通信单元103包括用于传输宽带载波信号的宽带载波通信模块401。
宽带载波通信模块401包括宽带载波调制解调器4011、宽带载波发送电路4012、宽带载波信号滤波器4013、宽带载波接收电路4014、宽带载波信号放大器4015和宽带载波保护电路4016。
其中宽带载波调制解调器4011与处理器101连接，传输第一数据，宽带载波保护电路4016与电力线隔离耦合单元104连接，传输第四数据。
具体地，如图5所示，本发明实施例提出的多模通信装置，电力线隔离耦合单元104，包括频带选择电路51、复合耦合电路52和工频隔离电路53。
频带选择电路51与第二通信单元中的窄带载波通信模块301和宽带载波通信模块401连接，复合耦合电路52与频带选择电路51和工频隔离电路53连接，工频隔离电路53与电力线连接。
在本发明实施例提出的多模通信装置中，处理器101发送第一数据时，频带选择电路51仅承担信号传递功能，将调制后的第三数据和/或第四数据发送到复合耦合电路52，处理器101接收第一数据时，频带选择电路51将复合耦合电路52传送过来的第三数据和/或第四数据(例如载波信号)，按照窄带载波信号和宽带载波信号进行分离后，分别发送到窄带载波通信模块和宽带载波通信模块。采用频带选择电路51可以将接收到的第三数据和/或第四数据(例如载波信号)分离后有选择地发送到窄带载波通信模块和宽带载波通信模块，避免信号的混叠、干扰，特别是防止因为窄带载波信号和宽带载波信号幅度不同导致的器件过载、放大器限幅、放大器增益控制失效等问题，提高信号有效性和通信可靠性。
复合耦合电路具有足够的模拟带宽和传输容量，可以同时通过窄带载波信号和宽带载波信号，不易饱和从而满足两种载波信号的传输功率要求，可以减少器件数量，缩小电路板面积，降低模块成本。工频隔离电路具有高通特性，可以将电力线上的工频信号隔离在模块之外，而模块发送的窄带载波信号和宽带载波信号，以及电力线上的窄带载波信号和宽带载波信号，可以通过工频隔离电路双向传送。
本发明实例上述提出的技术方案中，处理器，可以是中央处理器(英文：centralprocessingunit，缩写：CPU)，或者是CPU和硬件芯片的组合。信号处理器还可以是网络处理器(英文：networkprocessor，缩写：NP)。或者是CPU和NP的组合，或者是NP和硬件芯片的组合。
上述硬件芯片可以是以下一种或多种的组合：专用集成电路(英文：application-specificintegratedcircuit，缩写：ASIC)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmablegatearray，缩写：FPGA)，复杂可编程逻辑器件(英文：complexprogrammablelogicdevice，缩写：CPLD)。
相应地，本发明实施例还提出一种多模通信方法，如图6所示，其具体处理流程如下述：
步骤61，在发送链路，确定第一数据。
步骤62，将第一数据调制为第二数据并发送。
步骤63，将第一数据调制为第三数据和第四数据发送到电力线中。
进一步地，上述方法中，还包括：
在接收链路，接收第二数据，并将接收到的第二数据调制为第一数据；并
耦合电力线中的第三数据和第四数据，并将第三数据和第四数据进行调制为第一数据；发送第一数据。
下面以一具体实例来详细阐述本发明实施例提出的多模通信方法，结合上述图5所示的多模通信装置，分别说明如下：
在发送数据时，处理器将数据发送给用于短距离无线通信的第一通信单元，第二通信单元。
具体地，处理器将数据发送给用于短距离无线通信的第一通信单元、窄带载波通信模块和宽带载波通信模块，第一通信单元将将数据通过天线发射到空中，窄带载波通信模块和宽带载波通信模块分别将数据调制后，利用电力线隔离耦合单元发送到电力线上。
其中第一通信单元也可以称之为短距离无线通信单元。
接收数据时，第一通信单元通过天线接收空中的无线通信数据，再发送给处理器；窄带载波通信模块和宽带载波通信模块将电力线隔离耦合单元接收到的信号进行解调，再将数据发送给处理器。
本发明实施例上述提出的多模通信装置，可以同时利用短距离无线、窄带载波和宽带载波进行数据通信，也可以根据数据类型和三种通信信道的质量，进行策略路由，选择最合适的一种模式进行通信，以降低模块功耗。
如图7所示，本发明实施例提出的技术方案中，可以利用多个多模通信装置构成通信网络，如图7所示的通信模块，每个通信模块中可以设置一个或多个多模通信装置，每个多模通信装置中的第一通信单元通过天线形成短距离无线通信网络，第二通信单元(窄带载波通信模块和宽带载波通信模块)利用电力线隔离耦合单元连接到电力线上，分别组成窄带载波通信网和宽带载波通信网。本发明实施例提出的多模通信装置可以采用同时通信和策略路由两种通信模式。如果采用三模同时通信的模式，当发送数据时，某个多模通信装置中的处理器同时向第一通信单元、第二通信单元(例如窄带载波通信单模块和宽带载波通信模块)发送数据，在短距离无线通信网、窄带载波通信网和宽带载波通信网中同时出现经过调制的数据信号，可由其他的多模通信装置接收。如果采用三模策略路由的模式，第一通信单元、第二通信单元(窄带载波通信模块和宽带载波通信模块)分别向处理器反馈短距离无线通信网、窄带载波通信网和宽带载波通信网的信道质量，当发送数据时，处理器根据数据类型和三种信道的质量，进行计算和权衡，选择某一种、某两种或者全部三种通信方式发送数据，在短距离无线通信网、窄带载波通信网和宽带载波通信网中同时出现经过调制的数据信号，可由其他的多模通信装置接收。多模通信装置接收数据时，第一通信单元利用天线接收空中的无线通信数据，再发送给处理器；第二通信单元(如窄带载波通信模块和宽带载波通信模块)将电力线隔离耦合单元接收到的信号进行解调，再将数据发送给处理器；处理器将从第一通信单元和第二通信单元中接收到的数据进行校验和比对，以保证数据可靠有效。
本领域的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、只读光盘、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种多模通信装置，其特征在于，包括处理器、用于短距离无线通信的第一通信单元、用于传输窄带载波信号与宽带载波信号的第二通信单元，和电力线隔离耦合单元，其中：
所述处理器，用于向所述第一通信单元、第二通信单元发送第一数据；
所述第一通信单元，用于将接收到的所述处理器发送的第一数据调制为第二数据，并发送所述第二数据；
所述第二通信单元，用于将接收到的所述处理器发送的第一数据分别进行调制为第三数据和第四数据，并将所述第三数据和第四数据通过所述电力线隔离耦合单元发送到电力线中。
2.如权利要求1所述的多模通信装置，其特征在于，
所述第一通信单元，还用于接收第二数据，并将接收到的所述第二数据调制为第一数据，将所述第一数据发送给所述处理器；
所述第二通信单元，还用于通过所述电力线隔离耦合单元耦合第三数据和第四数据，并将所述第三数据和第四数据进行调制，发送给所述处理器；
所述处理器，还用于将接收到的所述第二数据、第三数据和第四数据解调。
3.如权利要求1所述的多模通信装置，其特征在于，所述第一通信单元包括短距离无线收发器、无线发送电路、无线接收电路和无线收发切换器；
其中所述短距离无线收发器与中央处理器连接，用于传输所述第一数据，无线收发切换器与天线连接，用于传输所述第二数据。
4.如权利要求1～3任一所述的多模通信装置，其特征在于，所述第二通信单元包括用于传输窄带载波信号的窄带载波通信模块；
所述窄带载波通信模块包含窄带载波调制解调器、窄带载波发送电路、窄带载波信号滤波器、窄带载波接收电路、窄带载波信号放大器和窄带载波保护电路；
其中所述窄带载波调制解调器与所述处理器连接，用于传输第一数据，所述窄带载波保护电路与所述电力线隔离耦合单元连接，用于传输第三数据。
5.如权利要求1～3任一所述的多模通信装置，其特征在于，所述第二通信单元包括用于传输宽带载波信号的宽带载波通信模块；
所述宽带载波通信模块包括宽带载波调制解调器、宽带载波发送电路、宽带载波信号滤波器、宽带载波接收电路、宽带载波信号放大器和宽带载波保护电路；
其中所述宽带载波调制解调器与所述处理器连接，传输所述第一数据，所述宽带载波保护电路与电力线隔离耦合单元连接，传输所述第四数据。
6.如权利要求1～3任一所述的多模通信装置，其特征在于，电力线隔离耦合单元，包括频带选择电路、复合耦合电路和工频隔离电路；
其中所述频带选择电路与所述第二通信单元连接，复合耦合电路与频带选择电路和工频隔离电路连接，工频隔离电路53与电力线连接。
7.一种多模通信方法，其特征在于，包括：
在发送链路，确定第一数据；
将所述第一数据调制为第二数据并发送；
将所述第一数据调制为第三数据和第四数据发送到电力线中。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：
在接收链路，接收第二数据，并将接收到的所述第二数据调制为第一数据；并
耦合所述电力线中的第三数据和第四数据，并将所述第三数据和第四数据进行调制为第一数据；
发送所述第一数据。
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