CN112311420A - 单标准双模通信数据帧、信号发送和接收方法、发送和接收设备以及通信系统 - Google Patents
单标准双模通信数据帧、信号发送和接收方法、发送和接收设备以及通信系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种单标准双模通信数据帧，其遵守现有有线通信和无线通信的标准/协议，能用于有线和无线两种传输模式，其用于有线通信时，该单标准双模通信数据帧结构一是PLC信号帧；其用于无线通信时，该单标准双模通信数据帧结构二包括：无线帧头和无线帧体；其中，无线帧体是通过对PLC信号帧进行频谱搬移变换获得；无线帧头是有周期性的前导信号构成。本发明还公开了一种单标准双模通信信号发送方法、一种单标准双模通信无线信号接收方法、一种单标准双模通信发送设备、一种单标准双模通信接收设备和一种单标准双模通信系统。本发明在遵守现有的电力线通信标准/协议和无线通信标准/协议真正实现了电力线通信和无线通信单标准双模通信。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是涉及用于宽带电力线通信和无线通信之间数据传输的一种单标准双模通信数据帧、一种单标准双模通信信号发送方法、一种单标准双模通信信号接收方法、一种单标准双模通信发送设备、一种单标准双模通信接收设备和一种单标准双模通信系统。
背景技术
电力线载波通信(PLC)技术，是在低压电力线上进行数据传输的宽带电力线载波技术。电力线载波通信网络则是以电力线作为通信媒介，实现低压电力用户用电信息汇聚、传输、交互的通信网络。宽带电力线载波主要采用了正交频分复用(OFDM)技术，频段使用2MHz-12MHz。与传统的低速窄带电力线载波技术而言，PLC技术具有带宽大、传输速率高，可以满足低压电力线载波通信更高的需求。国家电网已经于2017年正式发布Q/GDW 11612-2016《低压电力线宽带载波通信互联互通技术规范》，这是国际首个面向电力业务应用的宽带载波通信标准。电力线载波通信技术可广泛应用于各行各业，包括：物联网，智能家居，智能电表，四表集抄，配电台区检测，远程监控，数据采集，能源管理，汽车充电管理，智能楼宇，工业控制，路灯控制，等等。
电力线载波通信常见的问题有：信道复杂、干扰大、参数时变性强；信道衰减大，节点间通信距离受限。在实际的应用场景，比如说远程抄表的应用中，会出现一些很难覆盖到的死角区域。另一方面，国家电网拥有无线通信用的230MHz专用频段以及非授权的470MHz公共频段，这些宝贵的频率资源可以用于微功率无线通信。纯粹的微功率无线通信也同样存在无法实现100％覆盖的问题。但是由于电力线通信与无线通信的信道条件不一样，所以虽然各自都难以单独实现100％的覆盖，但是它们的覆盖死角区域通常并不相同，这就提供了一种可能性，即两种通信模式可能形成互补，联合起来实现100％的覆盖。
微功率无线通信是相对电视信号塔、GSM、CDMA、PHS等无线通信设备的发射功率而言的，常见的手机发射功率为2W，GSM基站的发射功率在10W以上，电视塔的发射功率则更大。微功率无线通信设备的发射功率一般在100mW以下，同时对散射功率，功率谱密度等其他参数都有严格的限制。一般各个国家和地区对各个工作频率的无线电信号都有相关规定。
微功率无线通信的优点和缺点都十分明显，其优点包括：1、无需布线，安装成本低。2、自组织网络，在一定条件下，节点越多，可选择的路由路径越多，网络可靠性越高。3、信道质量不受电网质量的影响，容易保证信道长期可靠性，相应地较能适应现场不同电网环境的新旧城市农村社区情况。4、自组织网络可以寻找射频范围内所有的无线节点，不受电力线拓扑网络的影响。5、无线网络的实时性好，速率较高，便于实现实时性要求高的增值服务如远程预付费等。6、在集中器上的无线模块，在远程通道失效的情况下，可以应急与无线手持抄表终端实现现场抄表的功能，比红外速度更快，使用更方便。其缺点包括:1)传输距离受到障碍物的影响很大，障碍物会严重缩短传输距离。2)无线数据收发是敞开式的，在射频范围内其它设备都可以收到，需要通过多种方式如端到端高阶加密\以及动态跳频实现安全数据传输。3)要进行现场测试，防止同频干扰。
目前国家电网市场上宽带电力线通信系统或者微功率无线通信系统是作为两个独立的系统工作。即便在现有的双模设备中，也只是简单地将两个标准的芯片或系统集成到同一个设备之中。实际工作中现有的双模通信设备是分别采用不同模式采用不同通信标准，不同通信标准相互独立工作，两个系统之间没有交互，相互独立工作无法形成一个有机的整体。这种应用方式无法有效的利用有线通信和无线通信的相互互补的特点，最大限度地提高基于电力线的通信网络的效率和鲁棒性，因此其效率、效益大打折扣。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信数据帧。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信信号发送方法。
本发明要解决的第三个技术问题是提供一种遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信信号接收方法。
本发明要解决的第四个技术问题是提供一种遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信发送设备。
本发明要解决的第五个技术问题是提供一种遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信接收设备。
本发明要解决的第六个技术问题是提供一种遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信系统。
为解决上述技术问题，本发明提供的单标准双模通信数据帧，包括：
其使用有线传输模式时，该单标准双模通信数据帧结构一是现有线通信标准信号帧；
其使用无线传输模式时，该单标准双模通信数据帧结构二包括：无线帧头和无线帧体；
其中，无线帧体是由现有线通信标准信号帧通过频谱搬移变换获得；
无线帧头是无线前导信号帧，由重复的前导符号构成，重复的前导符号个数根据实际情况选择。
单标准是指遵守现有有线通信的标准，双模是指具有有线和无线两种传输模式。
可选择的，该单标准双模通信数据帧用于微功率无线通信时，无线帧头和无线帧体之间预设发送间隔。所述预设发送间隔根据实际情况选择。
本发明提供一种利用所述单标准双模通信数据帧的单标准双模通信信号发送方法，包括以下步骤：
S1，生成所述单标准双模通信数据帧结构二；
S2，将所述单标准双模通信数据帧结构二经上变频生成复低中频信号；
S3，将复低中频信号转换为复低中频模拟信号；
S4，将复低中频模拟信号混频搬移生成射频信号发送。
可选择地，可以按照有线方式和无线方式同时发送，两种方式发送的信号携带相同的载荷信息。
可选择的所述单标准双模通信信号发送方法遵守现有电力线载波通信和微功率无线通信协议和标准。
本发明提供一种利用所述单标准双模通信数据帧的单标准双模通信无线信号接收方法，包括以下步骤：
S5，将接收到的射频信号经过混频形成复低中频信号一；
S6，将所述复低中频信号一转换为数字复低中频信号一；
S7，将所述数字复低中频信号一下变频获得复基带单标准双模通信数据帧；
S8，执行无线帧头检测；
S9，若在预设时间内未检测到无线帧头则放弃本次接收，若检测到无线帧头则执行后续步骤；
S10，基于无线帧头执行载波频偏估计和补偿；
可选择地，载波频偏估计可以分成粗估计和精估计两个子过程,粗估计的估计精度较低但是捕捉范围较大，负责将较大的初始载波频偏降低到一个比较小的范围，精估计捕捉范围较小但是精度较高，负责将载波频偏进一步降低到满足解调要求；
S12，将经过载波频偏补偿后的复基带信号经过上变频变化生成复低中频信号二；
S13，取所述复低中频信号二的实部经数模转换获得实低中频信号；
S14，执行现有线通信标准同步、解调以及译码处理恢复载荷信息。
可选择的，实施步骤S9时，若检测到无线帧头，则估计接收信号无线帧头平均功率，根据所述平均功率调整射频增益后再执行后续步骤。
可选择的，所述单标准双模通信信号接收方法遵守现有电力线载波通信(以下简称PLC)和微功率无线通信协议和标准。
本发明提供一种利用所述双模通信数据帧的单标准双模通信发送设备，包括：
PLC基带信号发送处理单元，根据其自身与无线信号发送处理单元的耦合方式选择其与无线信号发送处理单元的工作模式，其将PLC基带信号发送至无线信号发送处理单元，同时也将PLC基带信号通过电力线载波耦合处理单元一耦合至电力线进行有线发送；
PLC基带信号是实低中频信号，在本申请中PLC基带信号和实低中频信号这两个术语互换使用。所述现有电力线载波通信标准可以是窄带电力线载波通信(NBPLC)标准，也可以是宽带电力线载波通信(BPLC)。国家电网已经于2017年正式发布Q/GDW 11612-2016《低压电力线宽带载波通信互联互通技术规范》就是宽带电力线载波通信标准。
电力线载波耦合处理单元一，其用于将PLC基带信号发送处理单元信号耦合至电力线进行有线发送；
无线信号发送处理单元，其用于生成所述单标准双模通信数据帧结构二，将所述单标准双模通信数据帧结构二经上变频生成复低中频信号，将所述复低中频信号转换为复低中频模拟信号；
射频信号处理单元一，其用于将复低中频模拟信号经过混频搬移生成射频信号发送；
射频天线，其用于发送射频信号。
可选择的，所述无线信号发送处理单元包括：
第一频谱搬移子单元，其用于将PLC基带信号发送处理单元发送的实低中频PLC信号帧，即单标准双模通信数据帧结构一，通过下变频获得复基带PLC信号帧，即无线帧体；
无线帧头生成子单元，其用于生成作为无线帧头的复基带无线前导信号帧；
复接子单元，其用于将无线帧头和复基带PLC信号帧连接在一起形成单标准双模通信数据帧结构二；
第二频谱搬移子单元，其用于将复接子单元发送的单标准双模通信数据帧结构二经过上变频变化生成复低中频信号。
可选择的，所述的单标准双模通信发送设备，还包括：D/A转换单元一，其连接在PLC基带信号发送处理单元和电力线载波耦合处理单元一之间，其输送信号至电力线载波耦合处理单元一和A/D转换单元一；
A/D转换单元一，其输送信号至无线信号发送处理单元。
可选择的，所述无线信号发送处理单元包括：
第一频谱搬移子单元，其用于将A/D转换单元一发送的实低中频PLC信号帧，即单标准双模通信数据帧结构一，通过下变频获得复基带PLC信号帧，即无线帧体；
低通滤波子单元一，其用于将第一频谱搬移子单元信号滤波后输送至复接子单元；
无线帧头生成子单元，其用于生成作为无线帧头的复基带无线前导信号帧；
复接子单元，其用于将无线帧头和复基带PLC信号帧连接在一起形成单标准双模通信数据帧结构二。
可选择的，所述无线信号发送处理单元还包括：第二频谱搬移子单元，其用于将复接子单元发送的单标准双模通信数据帧结构二经过上变频变化生成复低中频信号发送至射频信号处理单元一。
可选择的，所述的单标准双模通信发送设备，还包括：D/A转换单元一，其连接在PLC基带信号发送处理单元和电力线载波耦合处理单元一之间。
可选择的，所述无线信号发送处理单元包括：第一频谱搬移子单元，其用于将PLC基带信号发送处理单元发送的实低中频PLC信号帧，即单标准双模通信数据帧结构一，通过下变频获得复基带PLC信号帧，即无线帧体；
低通滤波子单元一，其用于将第一频谱搬移子单元信号滤波后输送至复接子单元；
无线帧头生成子单元，其用于生成作为无线帧头的复基带无线前导信号帧；
复接子单元，其用于将无线帧头和复基带PLC信号帧连接在一起形成单标准双模通信数据帧结构二。
可选择的，所述无线信号发送处理单元还包括：第二频谱搬移子单元，其用于将复接子单元发送的单标准双模通信数据帧结构二经过上变频变化生成复低中频信号发送至射频信号处理单元一。
可选的，射频信号处理单元一包括：
D/A转换子单元一，其用于将无线信号发送处理单元的复接子单元信号数模转换后输送至载波调制单元。
载波调制子单元，其用于将D/A转换子单元一发送来的信号载波调制后输送至功率放大器；
功率放大器，其用于将信号放大后发送至射频天线。
可选择的，若PLC基带信号发送处理单元和无线信号发送处理单元为弱耦合方式，PLC基带信号发送处理单元发送收发切换控制信号和有效数据帧指示信号至无线信号发送处理单元，无线信号发送处理单元检测到收发切换控制信号切换为指示发送状态后启动无线发送处理，无线信号发送处理单元生成单标准双模通信数据帧二，无线信号发送处理单元发送单标准双模通信数据帧完成后发送结束指示信号至PLC基带信号发送处理单元。
可选择的，无线信号发送处理单元生成无线帧头时，将单标准双模通信数据帧结构一缓存以等待无线帧头发送完毕后再读出发送。
可选择的，若PLC基带信号发送处理单元和无线信号发送处理单元为强耦合方式，PLC基带信号发送处理单元与无线信号发送处理单元在公共上层控制器的控制下协同动作，先启动无线信号发送处理单元进行无线帧头发送，无线帧头发送完成后启动PLC基带信号发送处理单元向电力线载波耦合处理单元一和无线信号发送处理单元发送有线数据帧，电力线载波耦合处理单元一和无线信号发送处理单元分别执行其后续处理。
根据PLC基带信号发送处理单元与无线信号发送处理单元是强耦合还是弱耦合，可以选择不同的发送控制方案。
假定两者之间是弱耦合的，两者之间以相互相对独立的方式工作，通过握手信号来协调相互的动作，如图1所示时序。在这一方案中，PLC基带信号发送处理单元完全按照传统的有线通信的方式进行发送处理，并给出两个信号用于无线信号发送处理单元控制无线信道的发送，其中一个是收发切换控制信号TRX_EN，另一个是有效数据帧指示信号PLC_VALID。如图1所示时序，TRX_EN低电平表示发送，高电平表示接收；PLC_VALID为高有效，即高电平表示有效数据，低电平表示非有效数据。无线信号发送处理单元在检测到TRX_EN的下降沿后启动无线发送处理。无线信号发送处理单元一方面需要对PLC基带信号发送处理单元生成的有线通信数据帧进行频谱搬移、滤波处理以及功率调节等处理，还需要在原数据帧之前插入无线帧头，以便于接收机在进行无线接收时能够通过无线帧头的检测来确定有效数据帧的到来，并进行相应的自动功率控制、载波同步和采样定时同步等处理。无线信号发送处理单元在启动无线发送处理后，一方面，生成无线帧头并进行增益调节、上变频等处理；另一方面，要将有线通信数据帧进行缓存，等到无线帧头处理结束后再从缓存中读取出来并同样进行变频、滤波等处理后以和无线帧头一样的方式通过载波调制、放大后通过天线发送出去。无线信号发送处理单元对于有线通信数据帧的缓存可以在下变频之前进行也可以在下变频之后进行。无线信号发送处理单元对于有线通信数据帧的缓存可以以双缓存结构实现，也可以以循环双口缓存实现。无线信号发送处理单元在发送完无线帧头和无线帧体后通过发送结束指示信号TX_END通知PLC基带信号发送处理单元，PLC基带信号发送处理单元据此知道一个数据帧的无线发送处理已经完成。以上TRX_EN和PLC_VALID的电平定义没有必然性，比如说也可以将TRX_EN定义为高电平表示发送，低电平表示接收；而PLC_VALID也可以定义为低有效。
假定两者之间是强耦合的,这种方案下PLC基带信号发送处理单元与无线信号发送处理单元在公共的上层控制器(比如说Host CPU)的控制下协同动作。上层控制器决定要发送一个数据帧，可以先启动无线信号发送处理单元进行无线帧头发送。等待无线帧头发送完成后，在启动PLC基带信号发送处理单元进行有线通信数据帧的生成和发送，生成的有线通信数据帧一方面从电力线进行发送，一方面传递给无线信号发送处理单元，由无线信号处理进行变频、滤波、载波调制等处理并通过天线发送。因为上层控制器知道无线帧头发送长度，也知道PLC基带信号发送处理单元生成有线通信数据帧的处理时延等信息，因此可以准确地控制启动无线信号发送处理单元的时间和启动PLC基带信号发送处理单元的时间，使得两个模块的处理在动作时序方面精确匹配。这种实现方式的好处是可以节约方案一中无线信号发送处理单元中对有线通信数据帧的缓存处理，从而降低实现复杂度以及芯片面积乃至芯片制造成本。
本发明提供一种能用于接收所述单标准双模通信数据帧的单标准双模通信接收设备，包括：
电力线载波耦合处理单元二，其用于将电力线上载波信号输送至混合选通单元；
混合选通单元，其用于从输入的电力线载波信号和无线信号接收处理单元输出信号中选择一个输送至基带信号接收处理单元；
射频天线，其用于接收射频信号发送至射频信号处理单元二；
射频信号处理单元二，其将接收到的射频信号混频形成复低中频信号一，并转换为数字复低中频信号一；
无线信号接收处理单元，执行无线帧头检测，若在预设时间内未检测到无线帧头则放弃本次接收，若检测到无线帧头则执行时频偏估计和补偿后上变频生成复低中频信号二，经模数转换获得实低中频信号发送至混合选通单元；
基带信号接收处理单元，其用于执行PLC同步、解调以及译码处理恢复接收信号帧中携带的控制信息和载荷数据。
可选择的，射频信号处理单元二具有自动增益控制子单元。
可选择的，无线信号接收处理单元包括：第三频谱搬移子单元，其用于将射频信号处理单元输出的复低中频信号通过下变频生成复基带信号一发送至无线帧头检测和时频同步子单元；
无线帧头检测和时频同步子单元，其执行无线帧头检测，若在预设时间内未检测到无线帧头则放弃本次接收，若检测到无线帧头则执行时频偏估计和补偿后发送至第四频谱搬移子单元；
第四频谱搬移子单元，其用于上变频生成复低中频信号二，取实部获得实低中频信号。
可选择的，所述的单标准双模通信接收设备，还包括：A/D转换单元二,其连接在电力线载波耦合处理单元二和混合选通单元之间；
其中，基带信号接收处理单元是PLC基带信号接收处理单元。
可选择的，所述的单标准双模通信接收设备，还包括：A/D转换单元二,其连接在混合选通单元和基带信号接收处理单元之间；
D/A转换单元二,其连接在混合选通单元和无线信号接收处理单元之间；
其中，基带信号接收处理单元是PLC基带信号接收处理单元。
可选择的，无线信号接收处理单元,包括:第三频谱搬移子单元，其用于将复低中频信号一下变频生成复基带信号一经低通滤波子单元二和插值处理子单元后发送至无线帧头检测子单元以及第四频谱搬移子单元；
无线帧头检测子单元，执行无线帧头检测，若在预设时间内未检测到无线帧头则放弃本次接收，若检测到无线帧头则执行时频偏估计和补偿后发送至第四频谱搬移子单元；
载波频偏估计子单元，其根据无线帧头检测子单元检测结果所提供的符号同步信息执行频偏估计，并将频偏估计值分别发送至第三频谱搬移子单元和第四频谱搬移子单元；
采样时偏估计子单元，其根据无线帧头检测子单元检测结果所提供的符号同步信息执行采样时钟频偏估计，生成插值控制信号，并将所生成的插值控制信号发送至插值处理子单元；
第四频谱搬移子单元，其用于上变频生成复低中频信号二，取其实部获得实低中频信号。
可选择的，射频信号处理单元二，包括：低噪声放大器，其接收射频天线信号受自动增益控制子单元(AGC)控制增益后输出信号至载波正交解调子单元；
载波正交解调子单元，其执行载波正交解调后将信号输送至低通滤波子单元三；
低通滤波子单元三，其执行低通滤波后将信号输送至VGA子单元；
VGA子单元，其根据自动增益控制子单元(AGC)调节增益，对输入信号执行增益放大后输送至A/D转换子单元二；
A/D转换子单元二，其输出信号至无线信号接收处理单元和自动增益控制子单元(AGC)。
可选择的，无线信号接收处理单元,包括:无线帧头检测子单元，执行无线帧头检测，若在预设时间内未检测到无线帧头则放弃本次接收，若检测到无线帧头则执行时频偏估计和补偿后发送至第四频谱搬移子单元；
载波频偏估计子单元，其根据无线帧头检测子单元检测结果所提供的符号同步信息执行频偏估计，并将频偏估计值发送至第四频谱搬移子单元；
采样时偏估计子单元，其根据无线帧头检测子单元检测结果所提供的符号同步信息执行采样时钟频偏估计，生成插值控制信号，并将所生成的插值控制信号发送至插值处理子单元；
插值处理子单元，其基于采样时偏估计子单元提供的插值控制信息对所接收的信号进行插值处理。
可选择的，射频信号处理单元二，包括：低噪声放大器，其接收射频天线信号受自动增益控制子单元(AGC)控制增益后输出信号至载波正交解调子单元；
载波正交解调子单元，其执行载波正交解调后将信号输送至低通滤波子单元三；
低通滤波子单元三，其执行低通滤波后将信号输送至VGA子单元；
VGA子单元，其根据自动增益控制子单元(AGC)控制增益执行增益放大后将信号输送至A/D转换子单元二；
A/D转换子单元二，其输出信号至无线信号接收处理单元和自动增益控制子单元(AGC)。
本发明提供一种遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信系统，包括：
中央节点，其用于与区域内的多个终端节点通信，其发送数据时以有线方式和无线方式同时发送；
终端节点，其只与某个中央节点进行通信，在加入区域网络后通过信道质量评估确定自己与中央节点是通过有线方式通信还是无线方式通信；
其中，在一个极度简单的网络中，中央节点仅负责发送，终端节点仅负责接收，则中央节点是上述任意一项所述的单标准双模通信发送设备，终端节点是上述任意一项权利要求所述的单标准双模通信接收设备。
在一个复杂的网络中，中央节点不仅负责与区域内的多个终端节点通信还涉及和其他中央节点的通信，则中央节点包含上述任意一项所述的单标准双模通信发送设备和单标准双模通信接收设备；
相应的，也可能存在需要与其他终端节点通信的情况，比如节点故障需要旁路通信，终端节点是上述任意一项权利要求所述的单标准双模通信发送设备和单标准双模通信接收设备。
相应的，在中央节点和终端节点都具有单标准双模通信发送设备和单标准双模通信接收设备的情况下，该网络的扩展性和灵活性更高，可以将某中央节点通过计算机编程手段设置为终端节点，而某终端节点通过计算机编程手段设置为中央节点。以及，在某终端节点故障的情况系下，通过其附近其他某终端节点实现旁路通信，或某空闲终端节点作为中继点扩展网络。
可选择的，终端节点在加入区域网络后，中央节点通过有线通道和无线通道各自的负载状况，以及与各终端节点之间的无线通道和有线通道的信道质量来决定与各个终端节点之间是通过无线信道还是有线信道进行通信。
对本发明的“单标准双模”，进一步说明如下：单标准是指原(现有)有线通信的标准，包括物理层和MAC层；双模是指以有线的方式传输和以无线的方式传输两种模式。以有线方式传输就是现有的传输方式，无线传输方式就是在现有线标准的数据帧的前面加一段无线帧头，对现有线标准数据帧进行频谱变换、和无线帧头串接后再调制到射频载波上进行发送。无线帧头的作用是用于无线接收机进行无线信号同步(包括帧头到来检测、射频增益自动控制、载波频偏估计和估计、采样时偏估计和补偿、等等)。原有线数据帧其实也有帧头，本发明增加无线帧头，原因在于原有线传输标准不是为了面向无线传输而设计的，所以帧结构设计不适合用于无线传输中所需要无线信号同步处理。
举一个例子，现有电力线载波通信是属于基带通信，利用的大概2～12MHz的频段，由于不需要进行载波调制，所以也就没有载波频偏，原标准的帧结构设计就不需要考虑载波频偏估计和补偿的需求。而无线通信需要将基带信号调制到载波(通常为数百兆赫兹)上去发送，然后在接收端再通过下变频将信号从载波频谱搬移变换回到基带，这个载波调制和解调过程会由于收发两端的时钟源(比如说收发两端的晶振)的频率之差导入很大的载波频率偏差。这个载波频率偏差需要利用无线帧头进行估计和补偿掉。
现有微功率无线通信标准有自己独立的物理层和MAC标准。而本发明直接利用(共用)现有有线标准，相当于为现有有线标准增加了无线传输的方式。因此，在发射功率和频谱模板(spectrummask)以及频段使用等方面满足现有的微功率无线通信相应的国家要求即可。
本发明提供单标准双模通信发送设备和单标准双模通信接收设备工作于组网方式，在网络中有一些中央节点，以及一些终端节点。中央节点一方面与其它中央节点相互通信以组成更大的网络；另一方面负责与一定范围内的终端节点进行通信。终端节点则在加入网络后选择加入某一个中央节点负责的区域网，并在之后仅与该中央节点进行通信。中央节点与中央节点之间可以以无线方式进行通信，也可以有线方式进行通信。终端节点与中央节点之间同样可以以无线方式进行通信，也可以有线方式进行通信。选择无线方式还是有线方式进行通信的一种依据是通过信道监视并比较有线通道和无线通道的信道状况并选择较好的一个进行通信。选择无线方式还是有线方式进行通信的另一种依据是根据两种通信信道的网络容量来决定，比如说，如果有线通道上的通信比较少无线通道上的通信比较多则优先选择通过有线通道进行通信；反之亦然。也可以综合两种或者多种依据进行判断选择。
如图2所示，本中央节点/终端节点基本工作状态分为IDLE状态，接收状态和发送状态。接收状态下可以以无线方式进行接收，也可以以有线方式进行接收，或甚至同时有线和无线方式进行接收；同样，发送状态也可以以无线方式进行发送，或者以有线方式进行发送，或者甚至以有线方式和无线方式同时发送。
由于通信装置并不知道什么时候会有有效的数据帧需要接收，通信控制器需要周期性发起信号接收检测。同样，由于通信装置可能并不知道到来的数据帧是通过有线通道到来还是通过无线通道到来，所以通信控制器可以选择同时进行有线通道接收检测和无线通信通道检测，当然出于节约功耗的考虑，也可以选择交替地进行有线通道接收检测和无线通信接收检测。
为了最大限度地避免错过需要接收的数据帧，通信控制器可以选择在所有的非发送时间区间内都进行接收检测；也可以出于节约功耗的考虑，在非发送时间区间内每隔一段时间启动一次接收检测。进行接收检测的周期的选择，以及是同时还是交替进行有线通道和无线通道的接收检测取决于功耗要求与系统对于丢包率的要求之间的折衷平衡。
本发明在遵守现有有线通信的标准，包括物理层和MAC层下真正实现了双模通信(有线和无线传输方式)。本发明技术方案两种通信模式的差异仅在于发送装置和接收装置之间的信号是通过电力线传输还是空中无线传输，两种通信模式共享物理层和MAC层，通过电力线通信的设备与通过空中无线通信的设备可以构成一个有机的单一网络，各设备可以根据所检测到的信道条件自由选择是通过电力线进行有线通信还是以无线的方式进行通信，而且在工作状态中持续监视信道条件并实现动态的切换。本发明提供单标准双模通信方式可以大大地提高基于电力线的通信网络的效率和鲁棒性，在未来的以电力线为基础的物联网和能源互联网能够发挥重要作用。
附图说明
本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明弱耦合发送时序示意图。
图2是本发明收发状态机示意图。
图3是本发明数据帧结构示意图。
图4是本发明形成数据帧结构频谱变换示意图一。
图5是本发明形成数据帧结构频谱变换示意图一。
图6是本发明形成数据帧结构频谱变换示意图一。
图7-图18是本发明第四-第十五实施例结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。
第一实施例，如图3所示，本发明提供一种遵守现有有线通信的标准，能用于有线和无线两种传输模式的单标准双模通信数据帧；
其使用有线传输模式时，该单标准双模通信数据帧结构一是现有线通信标准信号帧；
其使用无线传输模式时，该单标准双模通信数据帧结构二包括：无线帧头和无线帧体；
其中，无线帧体是由现有线通信标准信号帧通过频谱搬移变换获得；
无线帧头是无线前导信号帧，由重复的前导符号构成，重复的前导符号个数根据实际情况选择。
进一步改进上述第一实施例，该单标准双模通信数据帧用于微功率无线通信时，无线帧头和无线帧体PLC之间预设发送间隔。
其中，所述有线通信包括电力线载波通信，所述无线通信包括微功率无线通信。
结合图4-图6所示，进一步说明单标准双模通信数据帧的频谱变换过程
参考图4所示，原始PLC信号帧，实基带信号。由于它的实际有效信号是位于如图所示的一段带通频段(电力线通常是用2M～12M)，在本发明中将这个带通频段的中心点成为第一中频，因此也可以把原PLC信号称为实低中频信号
参考图5所示，首先下变频将F_IF1搬移到零频，并滤除掉原来位于-F_IF1经过下变频后被搬移到-2*F_IF1处的镜像，得到对应的复基带信号
参考图6所示，无线帧头是以复基带信号的形式生成的，与复基带PLC信号复接或者说串接从频域的观点来看还是复基带信号
然后上变频到第二中频F_IF2，F_IF2可以等于F_IF1也可以不等。F_IF2甚至可以为零，为零表示这个上变频到第二中频F_IF2的处理实际上不必执行或者即便执行也对信号没有任何改变。
第二实施例，本发明提供一种利用所述单标准双模通信数据帧的单标准双模通信信号发送方法，包括以下步骤：
S1，生成所述单标准双模通信数据帧结构二；
S2，将所述单标准双模通信数据帧结构二经上变频生成复低中频信号；
S3，将复低中频信号转换为复低中频模拟信号；
S4，将复低中频模拟信号混频搬移生成射频信号发送。
其中，该方法能实现有线方式和无线方式同时发送，两种方式发送的信号携带相同的载荷信息。
所述有线通信包括电力线载波通信，所述无线通信包括微功率无线通信，单标准双模通信信号发送方法遵守现有宽带电力线载波通信和微功率无线通信协议和标准。
第三实施例，本发明提供一种利用所述单标准双模通信数据帧的单标准双模通信无线信号接收方法，包括以下步骤：
S5，将接收到的射频信号经过混频形成复低中频信号一；
S6，将所述复低中频信号一转换为数字复低中频信号一；
S7，将所述数字复低中频信号一下变频获得复基带单标准双模通信数据帧；
S8，执行无线帧头检测；
S9，若在预设时间内未检测到无线帧头则放弃本次接收，若检测到无线帧头则执行后续步骤；
S10，基于无线帧头执行载波频偏估计和补偿；
S12，将经过载波频偏补偿后的复基带信号经过上变频变化生成复低中频信号二；
S13，取所述复低中频信号二的实部经数模转换获得实低中频信号；
S14，执行现有线通信标准同步、解调以及译码处理恢复载荷信息。
可选择的，单标准双模通信信号接收方法遵守现有电力线载波通信和微功率无线通信协议和标准。
进一步改进上述第三实施例，实施步骤S9时，若检测到无线帧头，则估计接收信号无线帧头平均功率，根据所述平均功率调整射频增益后再执行后续步骤。
第四实施例，如图7所示，本发明提供一种利用所述单标准双模通信数据帧，遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信发送设备的基础结构，包括：
电力线载波耦合处理单元一，其用于将PLC基带信号发送处理单元信号耦合至电力线；
PLC基带信号发送处理单元，根据其自身与无线信号发送处理单元的耦合方式选择其与无线信号发送处理单元的工作模式，其将PLC基带信号发送处理单元生成的PLC数据帧发送至无线信号发送处理单元；
无线信号发送处理单元，其用于生成所述单标准双模通信数据帧结构二，将所述单标准双模通信数据帧结构二经上变频生成复低中频信号，将所述复低中频信号转换为复低中频模拟信号；
射频信号处理单元一，其用于将复低中频模拟信号经过混频搬移生成射频信号发送；
射频天线，其用于发送射频信号。
第五实施例，如图8所示，本发明提供一种利用所述单标准双模通信数据帧，遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信发送设备，其在上述第四实施例基础上进一步改进，第五实施例和第四实施例相同部分不再赘述，所述无线信号发送处理单元包括：
第一频谱搬移子单元，其用于将PLC基带信号发送处理单元发送的实低中频PLC信号帧通过下变频获得复基带PLC信号帧；
无线帧头生成子单元，其用于生成作为无线帧头的复基带无线前导信号帧；
复接子单元，其用于将无线帧头和复基带PLC信号帧连接在一起形成单标准双模通信数据帧结构二；
第二频谱搬移子单元，其用于将复接子单元发送的单标准双模通信数据帧结构二经过上变频变化生成复低中频信号。
第六实施例，如图9所示，本发明提供一种利用所述单标准双模通信数据帧，遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信发送设备，包括：
电力线载波耦合处理单元一，其用于将PLC基带信号发送处理单元信号耦合至电力线；
PLC基带信号发送处理单元，根据其自身与无线信号发送处理单元的耦合方式选择其与无线信号发送处理单元的工作模式，其将PLC基带信号发送处理单元生成的PLC数据帧发送至无线信号发送处理单元；
D/A转换单元一，其连接在PLC基带信号发送处理单元和电力线载波耦合处理单元一之间，其输送信号至电力线载波耦合处理单元一和A/D转换单元一；
A/D转换单元一，其输送信号至无线信号发送处理单元；
所述无线信号发送处理单元包括：第一频谱搬移子单元，其用于将A/D转换单元一发送的实低中频PLC信号帧通过下变频获得复基带PLC信号帧；
低通滤波子单元一，其用于将第一频谱搬移子单元信号滤波后输送至复接子单元；
无线帧头生成子单元，其用于生成作为无线帧头的复基带无线前导信号帧；
复接子单元，其用于将无线帧头和复基带PLC信号帧连接在一起形成单标准双模通信数据帧结构二；
射频信号处理单元包括：
D/A转换子单元一，其用于将无线信号发送处理单元的复接子单元信号数模转换后输送至载波调制单元。
载波调制子单元，其用于将D/A转换子单元一发送来的信号载波调制后输送至功率放大器；
功率放大器，其用于将信号放大后发送至射频天线。
第七实施例，如图10所示，本发明提供一种利用所述单标准双模通信数据帧，遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信发送设备，包括：
电力线载波耦合处理单元一，其用于将PLC基带信号发送处理单元信号耦合至电力线；
PLC基带信号发送处理单元，根据其自身与无线信号发送处理单元的耦合方式选择其与无线信号发送处理单元的工作模式，其将PLC基带信号发送处理单元生成的PLC数据帧发送至无线信号发送处理单元；
D/A转换单元一，其连接在PLC基带信号发送处理单元和电力线载波耦合处理单元一之间，其输送信号至电力线载波耦合处理单元一和A/D转换单元一；
A/D转换单元一，其输送信号至无线信号发送处理单元；
所述无线信号发送处理单元还包括：
第一频谱搬移子单元，其用于将A/D转换单元一发送的实低中频PLC信号帧通过下变频获得复基带PLC信号帧；
低通滤波子单元一，其用于将第一频谱搬移子单元信号滤波后输送至复接子单元；
无线帧头生成子单元，其用于生成作为无线帧头的复基带无线前导信号帧；
复接子单元，其用于将无线帧头和复基带PLC信号帧连接在一起形成单标准双模通信数据帧结构二；
第二频谱搬移子单元，其用于将复接子单元发送的单标准双模通信数据帧结构二经过上变频变化生成复低中频信号发送至射频信号处理单元一；
射频信号处理单元一包括：
D/A转换子单元一，其用于将无线信号发送处理单元的复接子单元信号数模转换后输送至载波调制单元。
载波调制子单元，其用于将D/A转换子单元一发送来的信号载波调制后输送至功率放大器；
功率放大器，其用于将信号放大后发送至射频天线。
第八实施例，如图11所示，本发明提供一种利用所述单标准双模通信数据帧，遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信发送设备，包括：
电力线载波耦合处理单元一，其用于将PLC基带信号发送处理单元信号耦合至电力线；
PLC基带信号发送处理单元，根据其自身与无线信号发送处理单元的耦合方式选择其与无线信号发送处理单元的工作模式，其将PLC基带信号发送处理单元生成的PLC数据帧发送至无线信号发送处理单元；
D/A转换单元一，其连接在PLC基带信号发送处理单元和电力线载波耦合处理单元一之间；
所述无线信号发送处理单元包括：第一频谱搬移子单元，其用于将PLC基带信号发送处理单元发送的实低中频PLC信号帧通过下变频获得复基带PLC信号帧；
低通滤波子单元一，其用于将第一频谱搬移子单元信号滤波后输送至复接子单元；
无线帧头生成子单元，其用于生成作为无线帧头的复基带无线前导信号帧；
复接子单元，其用于将无线帧头和复基带PLC信号帧连接在一起形成单标准双模通信数据帧结构二；
射频信号处理单元一包括：
D/A转换子单元一，其用于将无线信号发送处理单元的复接子单元信号数模转换后输送至载波调制单元。
载波调制子单元，其用于将D/A转换子单元一发送来的信号载波调制后输送至功率放大器；
功率放大器，其用于将信号放大后发送至射频天线。
第九实施例，如图12所示，本发明提供一种利用所述单标准双模通信数据帧，遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信发送设备，包括：
电力线载波耦合处理单元一，其用于将PLC基带信号发送处理单元信号耦合至电力线；
PLC基带信号发送处理单元，根据其自身与无线信号发送处理单元的耦合方式选择其与无线信号发送处理单元的工作模式，其将PLC基带信号发送处理单元生成的PLC数据帧发送至无线信号发送处理单元；
D/A转换单元一，其连接在PLC基带信号发送处理单元和电力线载波耦合处理单元一之间；
所述无线信号发送处理单元包括：第一频谱搬移子单元，其用于将PLC基带信号发送处理单元发送的实低中频PLC信号帧通过下变频获得复基带PLC信号帧；
低通滤波子单元一，其用于将第一频谱搬移子单元信号滤波后输送至复接子单元；
无线帧头生成子单元，其用于生成作为无线帧头的复基带无线前导信号帧；
复接子单元，其用于将无线帧头和复基带PLC信号帧连接在一起形成单标准双模通信数据帧结构二；
第二频谱搬移子单元，其用于将复接子单元发送的单标准双模通信数据帧结构二经过上变频变化生成复低中频信号发送至射频信号处理单元一；
射频信号处理单元一包括：
D/A转换子单元一，其用于将无线信号发送处理单元的复接子单元信号数模转换后输送至载波调制单元。
载波调制子单元，其用于将D/A转换子单元一发送来的信号载波调制后输送至功率放大器；
功率放大器，其用于将信号放大后发送至射频天线。
进一步改进上述第四实施例-第八实施例所述的单标准双模通信发送设备，若PLC基带信号发送处理单元和无线信号发送处理单元为弱耦合方式，PLC基带信号发送处理单元发送收发切换控制信号和有效数据帧指示信号至无线信号发送处理单元，无线信号发送处理单元检测到收发切换控制信号切换为指示发送状态后启动无线发送处理，无线信号发送处理单元生成单标准双模通信数据帧二，无线信号发送处理单元发送单标准双模通信数据帧二完成后发送结束指示信号至PLC基带信号发送处理单元。
无线信号发送处理单元生成无线帧头时，将单标准双模通信数据帧结构一缓存。
进一步改进上述第四实施例-第八实施例所述的单标准双模通信发送设备，若PLC基带信号发送处理单元和无线信号发送处理单元为强耦合方式，PLC基带信号发送处理单元与无线信号发送处理单元在公共上层控制器的控制下协同动作，先启动无线信号发送处理单元进行无线帧头发送，无线帧头发送完成后启动PLC基带信号发送处理单元向电力线载波耦合处理单元一和无线信号发送处理单元发送有线数据帧，电力线载波耦合处理单元一和无线信号发送处理单元分别执行其后续处理。
第十实施例，如图13所示，本发明提供一种利用所述单标准双模通信数据帧，遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信接收设备基础结构，包括：
电力线载波耦合处理单元二，其用于将电力线上载波信号输送至混合选通单元；
混合选通单元，其用于将载波信号和无线信号接收处理单元信号选通其中一路输送至基带信号接收处理单元；
射频天线，其用于接收射频信号发送至射频信号处理单元二；
射频信号处理单元，其将接收到的射频信号混频形成复低中频信号一，并转换为数字复低中频信号一；
无线信号接收处理单元，将数字复低中频信号一通过下变频生成数字复基带信号后，执行无线帧头检测，若在预设时间内未检测到无线帧头则放弃本次接收，若检测到无线帧头则执行时频偏估计和补偿后上变频生成复低中频信号二，经模数转换获得实低中频信号发送至混合选通单元；
基带信号接收处理单元，其用于执行PLC同步、解调以及译码处理恢复为所述数据帧结构一；
射频信号处理单元具有自动增益控制子单元。
第十一实施例，如图14所示，本发明提供一种利用所述单标准双模通信数据帧，遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信接收设备，其在上述第十实施例基础上进一步改进，第十一实施例和第十实施例相同部分不再赘述，所述无线信号发送处理单元包括：第三频谱搬移子单元，其用于将数字复低中频信号一通过下变频生成数字复基带信号发送至无线帧头检测和时频同步子单元；
无线帧头检测和时频同步子单元，其执行无线帧头检测，若在预设时间内未检测到无线帧头则放弃本次接收，若检测到无线帧头则执行时频偏估计和补偿后发送至第四频谱搬移子单元；
第四频谱搬移子单元，其用于上变频生成复低中频信号二，取实部获得实低中频信号。
第十二实施例，如图15所示，本发明提供一种利用所述单标准双模通信数据帧，遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信接收设备，包括：
电力线载波耦合处理单元二，其用于将电力线上载波信号输送至混合选通单元；
混合选通单元，其用于将载波信号和无线信号接收处理单元信号选通其中一路输送至PLC基带信号接收处理单元；
A/D转换单元二,其连接在电力线载波耦合处理单元二和混合选通单元之间；
无线信号接收处理单元,包括:第三频谱搬移子单元，其用于将数字复低中频信号一通过下变频生成数字复基带信号经低通滤波子单元二和插值处理子单元后发送至无线帧头检测子单元以及第四频谱搬移子单元；
无线帧头检测子单元，执行无线帧头检测，若在预设时间内未检测到无线帧头则放弃本次接收，若检测到无线帧头则执行时频偏估计和补偿后发送至第四频谱搬移子单元；
载波频偏估计子单元，其根据无线帧头检测子单元检测结果所提供的符号同步信息执行频偏估计，并将频偏估计值分别发送至第三频谱搬移子单元和第四频谱搬移子单元；
采样时偏估计子单元，其根据无线帧头检测子单元检测结果所提供的符号同步信息执行采样时偏估计，并将所生成的插值控制信号发送至插值处理子单元；
第四频谱搬移子单元，其用于上变频生成复低中频信号二，取实部获得实低中频信号；
射频信号处理单元，包括：低噪声放大器，其接收射频天线信号受自动增益控制子单元(AGC)控制增益后输出信号至载波正交解调子单元；
载波正交解调子单元，其执行载波正交解调后将信号输送至低通滤波子单元三；
低通滤波子单元三，其执行低通滤波后将信号输送至VGA子单元；
VGA子单元，其根据自动增益控制子单元(AGC)控制增益执行增益放大后将信号输送至A/D转换子单元二；
A/D转换子单元二，其输出信号至无线信号接收处理单元和自动增益控制子单元(AGC)。
第十三实施例，如图16所示，本发明提供一种利用所述单标准双模通信数据帧，遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信接收设备，包括：
电力线载波耦合处理单元二，其用于将电力线上载波信号输送至混合选通单元；
混合选通单元，其用于将载波信号和无线信号接收处理单元信号选通其中一路输送至PLC基带信号接收处理单元；
A/D转换单元二,其连接在电力线载波耦合处理单元二和混合选通单元之间；
无线信号接收处理单元,包括:无线帧头检测子单元，执行无线帧头检测，若在预设时间内未检测到无线帧头则放弃本次接收，若检测到无线帧头则执行时频偏估计和补偿后发送至第四频谱搬移子单元；
载波频偏估计子单元，其根据无线帧头检测子单元检测结果所提供的符号同步信息执行频偏估计，并将频偏估计值发送至第四频谱搬移子单元；
采样时偏估计子单元，其根据无线帧头检测子单元检测结果所提供的符号同步信息执行采样时偏估计，并将所生成的插值控制信号发送至插值处理子单元；
插值处理子单元，其接收射频处理单元发送来的信号并进行插值处理；
射频信号处理单元，包括：低噪声放大器，其接收射频天线信号受自动增益控制子单元(AGC)控制增益后输出信号至载波正交解调子单元；
载波正交解调子单元，其执行载波正交解调后将信号输送至低通滤波子单元三；
低通滤波子单元三，其执行低通滤波后将信号输送至VGA子单元；
VGA子单元，其根据自动增益控制子单元(AGC)控制增益执行增益放大后将信号输送至A/D转换子单元二；
A/D转换子单元二，其输出信号至无线信号接收处理单元和自动增益控制子单元(AGC)。
第十四实施例，如图17所示，本发明提供一种利用所述单标准双模通信数据帧，遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信接收设备，包括：
电力线载波耦合处理单元二，其用于将电力线上载波信号输送至混合选通单元；
混合选通单元，其用于将载波信号和无线信号接收处理单元信号选通其中一路输送至PLC基带信号接收处理单元；
A/D转换单元二,其连接在混合选通单元和基带信号接收处理单元之间；
D/A转换单元二,其连接在混合选通单元和无线信号接收处理单元之间；
其中，基带信号接收处理单元是PLC基带信号接收处理单元；
无线信号接收处理单元,包括:无线帧头检测子单元，执行无线帧头检测，若在预设时间内未检测到无线帧头则放弃本次接收，若检测到无线帧头则执行时频偏估计和补偿后发送至第四频谱搬移子单元；
载波频偏估计子单元，其根据无线帧头检测子单元检测结果所提供的符号同步信息执行频偏估计，并将频偏估计值发送至第四频谱搬移子单元；
采样时偏估计子单元，其根据无线帧头检测子单元检测结果所提供的符号同步信息执行采样时偏估计，并将所生成的插值控制信号发送至插值处理子单元；
插值处理子单元，其接收射频处理单元发送来的信号并进行插值处理；
射频信号处理单元，包括：低噪声放大器，其接收射频天线信号受自动增益控制子单元(AGC)控制增益后输出信号至载波正交解调子单元；
载波正交解调子单元，其执行载波正交解调后将信号输送至低通滤波子单元三；
低通滤波子单元三，其执行低通滤波后将信号输送至VGA子单元；
VGA子单元，其根据自动增益控制子单元(AGC)控制增益执行增益放大后将信号输送至A/D转换子单元二；
A/D转换子单元二，其输出信号至无线信号接收处理单元和自动增益控制子单元(AGC)。
第十五实施例，如图18所示，本发明提供一种利用所述单标准双模通信数据帧，遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信接收设备，包括：
电力线载波耦合处理单元二，其用于将电力线上载波信号输送至混合选通单元；
混合选通单元，其用于将载波信号和无线信号接收处理单元信号选通其中一路输送至PLC基带信号接收处理单元；
A/D转换单元二,其连接在混合选通单元和基带信号接收处理单元之间；
D/A转换单元二,其连接在混合选通单元和无线信号接收处理单元之间；
其中，基带信号接收处理单元是PLC基带信号接收处理单元；
第三频谱搬移子单元，其用于将复低中频信号一通过下变频生成复基带信号经低通滤波子单元二和插值处理子单元后发送至无线帧头检测子单元以及第四频谱搬移子单元；
无线帧头检测子单元，执行无线帧头检测，若在预设时间内未检测到无线帧头则放弃本次接收，若检测到无线帧头则执行时频偏估计和补偿后发送至第四频谱搬移子单元；
载波频偏估计子单元，其根据无线帧头检测子单元检测结果所提供的符号同步信息执行频偏估计，并将频偏估计值分别发送至第三频谱搬移子单元和第四频谱搬移子单元；
采样时偏估计子单元，其根据无线帧头检测子单元检测结果所提供的符号同步信息执行采样时偏估计，并将所生成的插值控制信号发送至插值处理子单元；
第四频谱搬移子单元，其用于上变频生成复低中频信号二，取实部获得实低中频信号；
射频信号处理单元，包括：低噪声放大器，其接收射频天线信号受自动增益控制子单元(AGC)控制增益后输出信号至载波正交解调子单元；
载波正交解调子单元，其执行载波正交解调后将信号输送至低通滤波子单元三；
低通滤波子单元三，其执行低通滤波后将信号输送至VGA子单元；
VGA子单元，其根据自动增益控制子单元(AGC)控制增益执行增益放大后将信号输送至A/D转换子单元二；
A/D转换子单元二，其输出信号至无线信号接收处理单元和自动增益控制子单元(AGC)。
第十六实施例，本发明提供一种遵守现有有线通信的标准，具有有线和无线两种传输模式的单标准双模通信系统，包括：
中央节点，其用于与区域内的多个终端节点通信，其发送数据时以有线方式和无线方式同时发送；
终端节点，其只与某个中央节点进行通信，在加入区域网络后通过信道质量评估确定自己与中央节点是通过有线方式通信还是无线方式通信；
其中，在一个极度简单的网络中，中央节点仅负责发送，终端节点仅负责接收，则中央节点是上述任意一项所述的单标准双模通信发送设备，终端节点是上述任意一项权利要求所述的单标准双模通信接收设备。
在一个复杂的网络中，中央节点不仅负责发送还涉及和其他中央节点的通信，需要接收，则中央节点是上述任意一项所述的单标准双模通信发送设备和单标准双模通信接收设备；
相应的，也可能存在需要与其他终端节点通信的情况，比如节点故障需要旁路通信，终端节点是上述任意一项权利要求所述的单标准双模通信发送设备和单标准双模通信接收设备。
相应的，在中央节点和终端节点都具有单标准双模通信发送设备和单标准双模通信接收设备的情况下，该网络的扩展性和灵活性更高，可以将某中央节点通过计算机编程手段设置终端节点，而某终端节点通过计算机编程手段中央节点。以及，在某终端节点故障的情况系下，通过其附近其他某终端节点实现旁路通信，或某空闲终端节点作为中继点扩展网络。
可选择的，终端节点在加入区域网络后，中央节点通过有线通道和无线通道各自的负载，以及与各终端节点之间的无线通道和有线通道的信道质量来决定与各个终端节点之间是通过无线信道还是有线信道进行通信。
进一步改进上述实施例，终端节点在加入区域网络后，中央节点通过有线通道和无线通道各自的负载，以及与各终端节点之间的无线通道和有线通道的信道质量来决定与各个终端节点之间是通过无线信道还是有线信道进行通信。
应当理解的是，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。不同的是，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。在全部附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。此外，还应当理解的是，尽管在这里可以使用术语“第一”、“第二”“装置一”“单元一”等来描述不同的元件、参数、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、参数、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、参数、组件、区域、层或部分与另一个元件、参数、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离根据本发明的示例性实施例的教导的情况下，以下所讨论的第一元件、参数、组件、区域、层或部分也可以被称作第二元件、参数、组件、区域、层或部分。
除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (35)
1.一种单标准双模通信数据帧，其遵守现有有线通信和无线通信的标准/协议，能用于有线和无线两种传输模式，其特征在于：
其使用有线传输模式时，该单标准双模通信数据帧结构一是现有线通信标准信号帧；
其使用无线传输模式时，该单标准双模通信数据帧结构二包括：无线帧头和无线帧体；
其中，无线帧体是由现有线通信标准信号帧通过频谱搬移变换获得；
无线帧头是无线前导信号帧，由重复的前导符号构成，重复的前导符号个数根据实际情况选择。
2.如权利要求1所述的单标准双模通信数据帧，其特征在于：该单标准双模通信数据帧用于无线通信时，无线帧头和无线帧体之间预设发送间隔。
3.如权利要求1所述的单标准双模通信数据帧，其特征在于：所述有线通信包括电力线载波通信，所述无线通信包括微功率无线通信。
4.一种利用权利要求所述1单标准双模通信数据帧的单标准双模通信信号发送方法，其遵守现有有线通信和无线通信的标准/协议，具有有线和无线两种传输模式，其特征在于，包括以下步骤：
S1，生成所述单标准双模通信数据帧结构二；
S2，将所述单标准双模通信数据帧结构二经上变频生成复低中频信号；
S3，将复低中频信号转换为复低中频模拟信号；
S4，将复低中频模拟信号混频搬移生成射频信号发送。
5.如权利要求4所述单标准双模通信信号发送方法，其特征在于：其能实现有线方式和无线方式同时发送，两种方式发送的信号携带相同的载荷信息。
6.如权利要求4所述单标准双模通信信号发送方法，其特征在于：所述有线通信包括电力线载波通信，所述无线通信包括微功率无线通信。
7.一种利用权利要求所述1单标准双模通信数据帧的单标准双模通信无线信号接收方法，其特征在于，包括以下步骤：
S5，将接收到的射频信号经过混频形成复低中频信号一；
S6，将所述复低中频信号一转换为数字复低中频信号一；
S7，将所述数字复低中频信号一下变频获得复基带单标准双模通信数据帧；
S8，执行无线帧头检测；
S9，若在预设时间内未检测到无线帧头则放弃本次接收，若检测到无线帧头则执行后续步骤；
S10，基于无线帧头执行载波频偏估计和补偿；
S12，将经过载波频偏补偿后的复基带信号经过上变频变化生成复低中频信号二；
S13，取所述复低中频信号二的实部经数模转换获得实低中频信号；
S14，执行现有线通信标准同步、解调以及译码处理恢复载荷信息。
8.如权利要求7所述单标准双模通信无线信号接收方法，其特征在于：实施步骤S9时，若检测到无线帧头，则估计接收信号无线帧头平均功率，根据所述平均功率调整射频增益后再执行后续步骤。
9.如权利要求7所述单标准双模通信无线信号接收方法，其特征在于：其遵守现有电力线载波通信和微功率无线通信协议和标准。
10.一种利用权利要求1所述单标准双模通信数据帧的单标准双模通信发送设备，其遵守现有有线通信和无线通信的标准/协议，具有有线和无线两种传输模式，其特征在于，包括：
电力线载波耦合处理单元一，其用于将PLC基带信号发送处理单元信号耦合至电力线进行有线发送；
PLC基带信号发送处理单元，根据其自身与无线信号发送处理单元的耦合方式选择其与无线信号发送处理单元的工作模式，其将PLC基带信号发送至无线信号发送处理单元；
无线信号发送处理单元，其用于生成所述单标准双模通信数据帧结构二，将所述单标准双模通信数据帧结构二经上变频生成复低中频信号，将所述复低中频信号转换为复低中频模拟信号；
射频信号处理单元一，其用于将复低中频模拟信号经过混频搬移生成射频信号发送；
射频天线，其用于发送射频信号。
11.如权利要求10所述的单标准双模通信发送设备，其特征在于：所述有线通信包括电力线载波通信，所述无线通信包括微功率无线通信。
12.如权利要求10所述的单标准双模通信发送设备，其特征在于，所述无线信号发送处理单元包括：
第一频谱搬移子单元，其用于将PLC基带信号发送处理单元发送的实低中频PLC信号帧通过下变频获得复基带PLC信号帧；
无线帧头生成子单元，其用于生成作为无线帧头的复基带无线前导信号帧；
复接子单元，其用于将无线帧头和复基带PLC信号帧连接在一起形成单标准双模通信数据帧结构二；
第二频谱搬移子单元，其用于将复接子单元发送的单标准双模通信数据帧结构二经过上变频变化生成复低中频信号。
13.如权利要求10所述的单标准双模通信发送设备，其特征在于，还包括：
D/A转换单元一，其连接在PLC基带信号发送处理单元和电力线载波耦合处理单元一之间，其输送信号至电力线载波耦合处理单元一和A/D转换单元一；
A/D转换单元一，其输送信号至无线信号发送处理单元。
14.如权利要求13所述的单标准双模通信发送设备，其特征在于，所述无线信号发送处理单元包括：
第一频谱搬移子单元，其用于将A/D转换单元一发送的实低中频PLC信号帧通过下变频获得复基带PLC信号帧；
低通滤波子单元一，其用于将第一频谱搬移子单元信号滤波后输送至复接子单元；
无线帧头生成子单元，其用于生成作为无线帧头的复基带无线前导信号帧；
复接子单元，其用于将无线帧头和复基带PLC信号帧连接在一起形成单标准双模通信数据帧结构二。
15.如权利要求14所述的单标准双模通信发送设备，其特征在于，所述无线信号发送处理单元还包括：
第二频谱搬移子单元，其用于将复接子单元发送的单标准双模通信数据帧结构二经过上变频变化生成复低中频信号发送至射频信号处理单元一。
16.如权利要求10所述的单标准双模通信发送设备，其特征在于，还包括：
D/A转换单元一，其连接在PLC基带信号发送处理单元和电力线载波耦合处理单元一之间。
17.如权利要求16所述的单标准双模通信发送设备，其特征在于，所述无线信号发送处理单元包括：
第一频谱搬移子单元，其用于将PLC基带信号发送处理单元发送的实低中频PLC信号帧通过下变频获得复基带PLC信号帧；
低通滤波子单元一，其用于将第一频谱搬移子单元信号滤波后输送至复接子单元；
无线帧头生成子单元，其用于生成作为无线帧头的复基带无线前导信号帧；
复接子单元，其用于将无线帧头和复基带PLC信号帧连接在一起形成单标准双模通信数据帧结构二。
18.如权利要求17所述的单标准双模通信发送设备，其特征在于，所述无线信号发送处理单元还包括：
第二频谱搬移子单元，其用于将复接子单元发送的单标准双模通信数据帧结构二经过上变频变化生成复低中频信号发送至射频信号处理单元一。
19.如权利要求10-18任意一项所述的单标准双模通信发送设备，其特征在于，射频信号处理单元一包括：
D/A转换子单元一，其用于将无线信号发送处理单元的复接子单元信号数模转换后输送至载波调制单元。
载波调制子单元，其用于将D/A转换子单元一发送来的信号载波调制后输送至功率放大器；
功率放大器，其用于将信号放大后发送至射频天线。
20.如权利要求10-18任意一项所述的单标准双模通信发送设备，其特征在于：PLC基带信号发送处理单元和无线信号发送处理单元为弱耦合方式，PLC基带信号发送处理单元发送收发切换控制信号和有效数据帧指示信号至无线信号发送处理单元，无线信号发送处理单元检测到收发切换控制信号切换为指示发送状态后启动无线发送处理，无线信号发送处理单元生成单标准双模通信数据帧二，无线信号发送处理单元发送单标准双模通信数据帧二完成后发送结束指示信号至PLC基带信号发送处理单元。
21.如权利要求20所述的单标准双模通信发送设备，其特征在于：无线信号发送处理单元生成无线帧头时，将单标准双模通信数据帧结构一缓存。
22.如权利要求10-18任意一项所述的单标准双模通信发送设备，其特征在于：PLC基带信号发送处理单元和无线信号发送处理单元为强耦合方式，PLC基带信号发送处理单元与无线信号发送处理单元在公共上层控制器的控制下协同动作，先启动无线信号发送处理单元进行无线帧头发送，无线帧头发送完成后启动PLC基带信号发送处理单元向电力线载波耦合处理单元一和无线信号发送处理单元发送有线数据帧，电力线载波耦合处理单元一和无线信号发送处理单元分别执行其后续处理。
23.一种利用权利要求1所述单标准双模通信数据帧的单标准双模通信接收设备，其遵守现有有线通信和无线通信的标准/协议，具有有线和无线两种传输模式，其特征在于，包括：
电力线载波耦合处理单元二，其用于将电力线上载波信号输送至混合选通单元；
混合选通单元，其用于将载波信号和无线信号接收处理单元信号选通其中一路输送至基带信号接收处理单元；
射频天线，其用于接收射频信号发送至射频信号处理单元二；
射频信号处理单元二，其将接收到的射频信号混频形成复低中频信号一，并转换为数字复低中频信号一；
无线信号接收处理单元，对数字复低中频信号一进行下变频处理生成数字复基带信号一，执行无线帧头检测，若在预设时间内未检测到无线帧头则放弃本次接收，若检测到无线帧头则执行时频偏估计和补偿后上变频生成复低中频信号二，经模数转换获得实低中频信号发送至混合选通单元；
基带信号接收处理单元，其用于执行PLC同步、解调以及译码处理恢复为所述数据帧结构一。
24.如权利要求23所述的单标准双模通信接收设备，其特征在于：所述有线通信包括电力线载波通信，所述无线通信包括微功率无线通信。
25.如权利要求23所述的单标准双模通信接收设备，其特征在于：射频信号处理单元二具有自动增益控制子单元。
26.如权利要求23所述的单标准双模通信接收设备，其特征在于，无线信号接收处理单元包括：
第三频谱搬移子单元，其用于将复低中频信号一通过下变频生成复基带信号发送至无线帧头检测和时频同步子单元；
无线帧头检测和时频同步子单元，其执行无线帧头检测，若在预设时间内未检测到无线帧头则放弃本次接收，若检测到无线帧头则执行时频偏估计和补偿后发送至第四频谱搬移子单元；
第四频谱搬移子单元，其用于上变频生成复低中频信号二，取实部获得实低中频信号。
27.如权利要求23所述的单标准双模通信接收设备，其特征在于，还包括：
A/D转换单元二,其连接在电力线载波耦合处理单元二和混合选通单元之间；
其中，基带信号接收处理单元是PLC基带信号接收处理单元。
28.如权利要求23所述的单标准双模通信接收设备，其特征在于，还包括：
A/D转换单元二,其连接在混合选通单元和基带信号接收处理单元之间；
D/A转换单元二,其连接在混合选通单元和无线信号接收处理单元之间；
其中，基带信号接收处理单元是PLC基带信号接收处理单元。
29.如权利要求27或28所述的单标准双模通信接收设备，其特征在于,无线信号接收处理单元,包括:
第三频谱搬移子单元，其用于将复低中频信号一通过下变频生成复基带信号经低通滤波子单元二和插值处理子单元后发送至无线帧头检测子单元以及第四频谱搬移子单元；
无线帧头检测子单元，执行无线帧头检测，若在预设时间内未检测到无线帧头则放弃本次接收，若检测到无线帧头则执行时频偏估计和补偿后发送至第四频谱搬移子单元；
载波频偏估计子单元，其根据无线帧头检测子单元检测结果所提供的符号同步信息执行频偏估计，并将频偏估计值分别发送至第三频谱搬移子单元和第四频谱搬移子单元；
采样时偏估计子单元，其根据无线帧头检测子单元检测结果所提供的符号同步信息执行采样时偏估计，并将所生成的插值控制信号发送至插值处理子单元；
第四频谱搬移子单元，其用于上变频生成复低中频信号二，取实部获得实低中频信号。
30.如权利要求29所述的单标准双模通信接收设备，其特征在于，射频信号处理单元二，包括：
低噪声放大器，其接收射频天线信号受自动增益控制子单元(AGC)控制增益后输出信号至载波正交解调子单元；
载波正交解调子单元，其执行载波正交解调后将信号输送至低通滤波子单元三；
低通滤波子单元三，其执行低通滤波后将信号输送至VGA子单元；
VGA子单元，其根据自动增益控制子单元(AGC)控制增益执行增益放大后将信号输送至A/D转换子单元二；
A/D转换子单元二，其输出信号至无线信号接收处理单元和自动增益控制子单元(AGC)。
31.如权利要求27或28所述的单标准双模通信接收设备，其特征在于,无线信号接收处理单元,包括:
无线帧头检测子单元，执行无线帧头检测，若在预设时间内未检测到无线帧头则放弃本次接收，若检测到无线帧头则执行时频偏估计和补偿后发送至第四频谱搬移子单元；
载波频偏估计子单元，其根据无线帧头检测子单元检测结果所提供的符号同步信息执行频偏估计，并将频偏估计值发送至第四频谱搬移子单元；
采样时偏估计子单元，其根据无线帧头检测子单元检测结果所提供的符号同步信息执行采样时偏估计，并将所生成的插值控制信号发送至插值处理子单元；
插值处理子单元，其接收射频处理单元发送来的信号并进行插值处理。
32.如权利要求31所述的单标准双模通信接收设备，其特征在于，射频信号处理单元二，包括：
低噪声放大器，其接收射频天线信号受自动增益控制子单元(AGC)控制增益后输出信号至载波正交解调子单元；
载波正交解调子单元，其执行载波正交解调后将信号输送至低通滤波子单元三；
低通滤波子单元三，其执行低通滤波后将信号输送至VGA子单元；
VGA子单元，其根据自动增益控制子单元(AGC)控制增益执行增益放大后将信号输送至A/D转换子单元二；
A/D转换子单元二，其输出信号至无线信号接收处理单元和自动增益控制子单元(AGC)。
33.一种单标准双模通信系统，其遵守现有有线通信和无线通信的标准/协议，具有有线和无线两种传输模式，其特征在于，包括：
中央节点，其用于与区域内的多个终端节点通信，其发送数据时以有线方式和无线方式同时发送；
终端节点，其只与某个中央节点进行通信，在加入区域网络后通过信道质量评估确定自己与中央节点是通过有线方式通信还是无线方式通信；
其中，中央节点至少具有上述任意一项权利要求所述的单标准双模通信发送设备；
终端节点至少具有上述任意一项权利要求所述的单标准双模通信接收设备。
34.如权利要求33所述的单标准双模通信系统，其特征在于：终端节点在加入区域网络后，中央节点通过有线通道和无线通道各自的负载，以及与各终端节点之间的无线通道和有线通道的信道质量来决定与各个终端节点之间是通过无线信道还是有线信道进行通信。
35.如权利要求33所述的单标准双模通信系统，其特征在于：所述有线通信包括电力线载波通信，所述无线通信包括微功率无线通信。
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Effective date of registration: 20230710 Address after: 518126 A209, Building A, Suojia Science and Technology Park, Sanwei Community, Hangcheng Street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: Shenzhen Guoxin Zhiyuan Microelectronics Co.,Ltd. Address before: Zone D, 2nd Floor, Building 1, Guanhuyan Village, Qixian Street, Keqiao District, Shaoxing City, Zhejiang Province, 312065 Patentee before: Zhejiang Guoxin Zhiyuan Microelectronics Co.,Ltd. |
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Effective date of registration: 20240122 Address after: A706, Suojia Science and Technology Park Comprehensive Building, Sanwei Community, Hangcheng Street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province, 518000 Patentee after: SHENZHEN SHENJINGDIAN TECHNOLOGY CO.,LTD. Country or region after: China Address before: 518126 A209, Building A, Suojia Science and Technology Park, Sanwei Community, Hangcheng Street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: Shenzhen Guoxin Zhiyuan Microelectronics Co.,Ltd. Country or region before: China |
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