CN115065374A - 电力线载波通信收发机和电力线载波通信系统 - Google Patents

电力线载波通信收发机和电力线载波通信系统 Download PDF

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CN115065374A CN202210457650.3A CN202210457650A CN115065374A CN 115065374 A CN115065374 A CN 115065374A CN 202210457650 A CN202210457650 A CN 202210457650A CN 115065374 A CN115065374 A CN 115065374A
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Abstract

本发明公开了一种电力线载波通信收发机和电力线载波通信系统，其中，电力线载波通信收发机包括：发射机、接收机和环形器，环形器的第1端口与所述发射机连接，环形器的第2端口用以连接电力线，环形器的第3端口与接收机连接；其中，环形器用于在同时接收到发射机传输的发射信号和电力线传输的接收信号时，将发射信号传输至电力线，并将接收信号传输至接收机，以实现全双工通信。由此，在不改变现有国网通信物理层技术标准的条件下，实现电力线载波通信收发机的同时同频信号传输，提升了通信的时频资源利用效率，同时还极大的加强了通信的传输安全性。

Description

电力线载波通信收发机和电力线载波通信系统
技术领域
本发明涉及电力载波通信技术领域，尤其涉及一种电力线载波通信收发机和一种电力线载波通信系统。
背景技术
目前，电力线载波通信是智能电网用电信息采集的关键核心技术之一，它代表电网末梢的“最后一公里”通信连接，其中，电力线载波通信是利用电网公司既有配电线资源进行数据传输的通信技术，具有无需重新布线的优点。
然而，电力线载波通信的组网方式主要是星型网，并且主节点与从节点之间的通信采用的是时分双工通信，即主节点发送信号时不接收信号、接收信号时不发送信号，这极大地浪费了时频资源，且传输安全性低。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电力线载波通信收发机，能够在不改变现有国网通信物理层技术标准的条件下，实现电力线载波通信收发机的同时同频信号传输，提升了通信的时频资源利用效率，同时还极大的加强了通信的传输安全性。
本发明的另一个目的在于提出一种电力线载波通信系统。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的电力线载波通信收发机，包括：发射机、接收机和环形器，所述环形器的第1端口与所述发射机连接，所述环形器的第2端口与所述电力线连接，所述环形器的第3端口与所述接收机连接；其中，所述环形器用于在同时接收到所述发射机传输的发射信号和所述电力线传输的接收信号时，将所述发射信号传输至所述电力线，并将所述接收信号传输至所述接收机，以实现全双工通信。
根据本发明实施例提出的电力线载波通信收发机，环形器的第1端口与所述发射机连接，环形器的第2端口连接电力线，环形器的第3端口与接收机连接，其中，在同时接收到发射机传输的发射信号和电力线传输的接收信号时，通过环形器将发射信号传输至电力线，并将接收信号传输至接收机，以实现全双工通信。由此，在不改变现有国网通信物理层技术标准的条件下，实现电力线载波通信收发机的同时同频信号传输，提升了通信的时频资源利用效率，同时还极大的加强了通信的传输安全性。
另外，根据本发明上述实施例的电力线载波通信收发机，还可以具有如下的附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述收发机还包括：自干扰消除电路，所述自干扰消除电路的输入端与所述发射机的第一模拟前端连接，所述自干扰消除电路的输出端与所述接收机的第二模拟前端连接，用于根据所述发射信号产生干扰消除信号，以消除因全双工通信引入并传输至所述接收机的自干扰信号。
根据本发明的一个实施例，所述接收机还包括第一运算器和第二运算器，所述第一运算器连接在所述接收机的信号传输通道上，并设置在所述第二模拟前端的输入端，所述第二运算器连接在所述接收机的信号传输通道上，并设置在所述第二模拟前端的输出端，所述自干扰消除电路包括：模拟自干扰消除子电路，所述模拟自干扰消除子电路的输入端与第一模拟前端的输出端连接，所述模拟自干扰消除子电路的输出端与所述第一运算器连接，所述模拟自干扰消除子电路用于根据模拟域的发射信号产生模拟域的干扰消除信号，并通过所述第一运算器对所述模拟域的干扰消除信号和模拟域的自干扰信号进行运算处理，以实现所述模拟域的自干扰信号的消除；数字自干扰消除子电路，所述数字自干扰消除子电路的输入端与第一数字前端的输入端连接，所述数字自干扰消除子电路的输出端与所述第二运算器连接，所述数字自干扰消除子电路用于根据数字域的发射信号产生数字域的干扰消除信号，并通过所述第二运算器对所述数字域的干扰消除信号和数字域的自干扰信号进行运算处理，以实现所述数字域的自干扰信号的消除。
根据本发明的一个实施例，所述第一运算器和所述第二运算器均为加法器。
根据本发明的一个实施例，所述发射机还包括：编码器，用于在接收到发射请求时，对所述发射请求进行编码，生成编码信号；调制器，用于对所述编码信号进行调制，生成调制信号，并传输出至所述第一模拟前端，以及通过所述第一模拟前端根据所述调制信号生成所述发射信号。
根据本发明的一个实施例，所述第一模拟前端包括：数模转换器，用于将数字域的调制信号转换为模拟域的调制信号；功率放大器，用于对所述模拟域的调制信号进行功率放大，得到所述发射信号。
根据本发明的一个实施例，所述接收机还包括：解调器，用于对所述第二模拟前端处理后的接收信号进行解调，生成解调信号；译码器，用于对所述信号解调信号进行译码。
根据本发明的一个实施例，所述第二模拟前端包括：可编程增益控制器，用于对所述接收信号进行自动增益控制，得到增益信号；低通滤波器，用于对所述增益信号进行低通滤波处理，得到滤波信号；模数转换器，用于将模拟域的所述滤波信号转换为数字域的滤波信号。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出的电力线载波通信系统，包括如第一方面实施例所述的电力线载波通信收发机。
根据本发明实施例的电力线载波通信系统，通过采用电力线载波通信收发机，能够在不改变现有国网通信物理层技术标准的条件下，实现电力线载波通信收发机的同时同频信号传输，提升了通信的时频资源利用效率，同时还极大的加强了通信的传输安全性。
另外，根据本发明上述实施例的电力线载波通信系统，还可以具有如下的附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述电力线载波通信系统还包括：耦合器，所述耦合器连接在所述电力线与所述环形器之间，用于将所述发射信号耦合到所述电力线上，以及将所述接收信号耦合到所述环形器上。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明实施例的电力线载波通信收发机的方框示意图；
图2是根据本发明一个实施例的电力线载波通信收发机的方框示意图；
图3是根据本发明一个具体实施例的电力线载波通信收发机的方框示意图；
图4是根据本发明一个实施例的第一模拟前端的方框示意图；
图5是根据本发明一个实施例的第二模拟前端的方框示意图；
图6是根据本发明实施例的电力线载波通信系统的方框示意图；
图7是根据一个本发明实施例的电力线载波通信系统的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的电力线载波通信收发机和电力线载波通信系统。
图1是根据本发明实施例的电力线载波通信收发机的方框示意图。
如图1所示，电力线载波通信收发机100包括：发射机10、接收机20和环形器30。
具体地，如图2所示，环形器30的第1端口与发射机10连接，环形器30的第2端口连接电力线，环形器30的第3端口与接收机20连接；其中，环形器30第3端口在接收到来自电力线传输的接收信号的同时，还将接收来自环形器30第1端口泄露至环形器30第3端口的信号(该信号称为自干扰信号)，环形器30第3端口将接收到的两个信号一并传输至接收机20，以实现全双工通信。
需要说明的是，全双工是指同时、同频全双工，即在进行电力线载波通信时，在发射机10向电力线传输发射信号的同时，接收机20可以接收电力线传输的接收信号。
具体而言，如图2和3所示，环形器30能够在同时接收到发射机10传输的发射信号和电力线传输的接收信号时，将发射信号传输至电力线(发射信号由环形器30的第1端口输入，并由环形器30的第2端口输出)，并将接收信号传输至接收机20(接收信号由环形器30的第2端口输入，并由环形器30的第3端口输出)，从而通过环形器30可以将发射机10信号传输通道上的发射信号与接收机20信号传输通道上的接收信号进行分离，以实现全双工通信。
由此，根据本发明实施例的电力线载波通信收发机，可以在不改变现有国网通信物理层技术标准的条件下，实现电力线载波通信收发机的同时同频信号传输，并在提升通信的时频资源利用效率的同时，加强通信的传输安全性。
需要说明的是，环形器30实现的是发射信号和接收信号的分离(例如，发射机10从环形器30的第1端口输入的信号会从环形器30的第2端口输出至电力线，电力线从环形器30的第2端口输入的信号会从环形器30的第3端口输出至接收机20)，但实际的环形器30可能并非处于理想状态下，因此，可能会发生发射机10信号传输通道上的发射信号泄露至接收机20信号传输通道上的情况，即环形器30的第3端口在接收来自电力线传输的接收信号的同时，还可能会接收到来自环形器30的第1端口泄露至环形器30的第3端口的信号(例如，在发射机10从环形器30的第1端口输入的信号从环形器30的第2端口输出至电力线，电力线从环形器30的第2端口输入的信号从环形器30的第3端口输出至接收机20的同时，还存在发射机10从环形器30的第1端口输入的信号由环形器30的第3端口泄露至接收机20)，因此，如果在接收机20侧能够更好地的减弱或消除自干扰信号，就可以在发射机10将发射信号传输至电力线的同时，通过接收机20接收电力线传输的接收信号，从而达到更高精度的全双工通信，为此，本发明实施例还提出一种电力线载波通信收发机，用于进一步消除来自环形器30所泄露的信号。
如图2所示，本发明实施例提出的电力线载波通信收发机100还包括：自干扰消除电路40。
具体地，如图2所示，自干扰消除电路40的输入端与发射机10的第一模拟前端11连接，自干扰消除电路40的输出端与接收机20的第二模拟前端21连接，用于根据发射信号产生干扰消除信号，以消除因全双工通信引入并传输至接收机20的自干扰信号。
应理解的是，在接收机20端，由于全双工通信机制引入的自干扰信号会与电力线传输的接收信号发生叠加，影响接收机20的性能，因此，本发明实施例的电力线载波通信收发机100引入了自干扰消除电路40，该自干扰消除电路40可以根据发射信号产生干扰消除信号，从而消除因全双工通信引入并传输至接收机20的自干扰信号，即将自干扰信号降低至噪声水平，消除因全双工通信机制引入的自干扰信号对电力线传输的接收信号的影响，确保接收机20的性能。
下面结合附图3与本发明具体实施例，对本发明实施例的电力线载波通信收发机100在进行全双工通信过程中的自干扰信号消除原理进行说明。
具体地，如图3所示，接收机20还包括第一运算器22和第二运算器23。
更具体地，第一运算器22连接在接收机20的信号传输通道上，并设置在第二模拟前端21的输入端，第二运算器23连接在接收机20的信号传输通道上，并设置在第二模拟前端21的输出端。
可选地，第一运算器22和第二运算器23均为加法器。
进一步地，如图3所示，自干扰消除电路40包括：模拟自干扰消除子电路41和数字自干扰消除子电路42。
具体地，模拟自干扰消除子电路41的输入端与第一模拟前端11的输出端连接，模拟自干扰消除子电路41的输出端与第一运算器22连接，模拟自干扰消除子电路41用于根据模拟域的发射信号产生模拟域的干扰消除信号，并通过第一运算器22对模拟域的干扰消除信号和模拟域的自干扰信号进行运算处理，以实现模拟域的自干扰信号的消除。
举例而言，接收机20所接收到的电力线传输的接收信号sr可以表达为：
sr＝sd+ssi+n (1)
其中，sd表示接收机20收到的电力线传输的接收信号，ssi表示模拟域的自干扰信号，n表示背景噪声。
而经过第一运算器22对模拟域的干扰消除信号和模拟域的自干扰信号进行运算处理后的接收信号sr-ACC可以表示为：
sr-ACC＝sd+(ssi-sACC)+n＝sd+srsi+n (2)
其中，srsi表示经过模拟域的自干扰信号的消除后的剩余自干扰信号。
也就是说，在本发明实施例中，电力线载波通信收发机100可以通过自干扰消除电路40中的模拟自干扰消除子电路41根据模拟域的发射信号产生模拟域的干扰消除信号，进而，通过接收机20中的第一运算器22将模拟域的干扰消除信号与电力线传输的接收信号求和，从而实现模拟域的自干扰信号的消除。
以及，数字自干扰消除子电路42的输入端与第一数字前端的输入端连接，数字自干扰消除子电路42的输出端与第二运算器23连接，数字自干扰消除子电路42用于根据数字域的发射信号产生数字域的干扰消除信号，并通过第二运算器23对数字域的干扰消除信号和数字域的自干扰信号进行运算处理，以实现数字域的自干扰信号的消除。
可以理解的是，经过第二运算器23对数字域的干扰消除信号和数字域的自干扰信号进行运算处理后的接收信号sr-ACC-DC可以表示为：
sr-ACC-DC＝sd+(srsi-sDC)+n＝sd+srrsi+n (3)
其中，srrsi表示经过模拟域的自干扰信号消除及数字域的自干扰信号消除后的剩余自干扰信号。
也就是说，在本发明实施例中，电力线载波通信收发机100可以通过自干扰消除电路40中的数字自干扰消除子电路42根据数字域的发射信号产生数字域的干扰消除信号，进而，通过接收机20中的第二运算器23将数字域的干扰消除信号与第二模拟前端21输出的信号求和，从而实现数字域的自干扰信号的消除。
应理解的是，一般情况下，全双工通信机制引入的自干扰信号强度是远高于背景噪声，大概高110dB，因此，在本发明的上述实施例中，通过设置环形器30和自干扰消除电路40以消除该110dB的自干扰信号，其中，环形器30具有一定的自干扰隔离能力，可以实现15dB的自干扰信号消除，进而通过模拟自干扰消除子电路41和第一运算器22实现至少45dB的自干扰信号消除，最后再通过数字自干扰消除子电路42和第二运算器23的自干扰信号消除，从而达到总的110dB的自干扰信号消除。
进一步地，如图2和图3所示，发射机10还包括：编码器12和调制器13。
具体地，编码器12用于在接收到发射请求时，对发射请求进行编码，生成编码信号；调制器13用于对编码信号进行调制，生成调制信号，并传输出至第一模拟前端11，以及通过第一模拟前端11根据调制信号生成发射信号。
也就是说，在发射机10接收到发射请求时，通过编码器12对发射请求进行编码，生成编码信号，然后，通过调制器13对编码信号进行调制，生成调制信号，并传输出至第一模拟前端11，以及通过第一模拟前端11根据调制信号生成发射信号。
进一步地，如图4所示，第一模拟前端11包括：数模转换器，用于将数字域的调制信号转换为模拟域的调制信号；功率放大器，用于对模拟域的调制信号进行功率放大，得到发射信号。
应理解的是，如图4所示，在本发明的实施例中，通过数模转换器(DAC)将数字域的调制信号转换为模拟域的调制信号，进而通过功率放大器(PA)对模拟域的调制信号进行功率放大，得到发射信号，从而无需增设射频前端，简化发射机10的结构，降低发射机10的成本。
进一步地，如图2和图3所示，接收机20还包括：解调器24和译码器25。
具体地，解调器24用于对第二模拟前端21处理后的接收信号进行解调，生成解调信号；译码器25用于对信号解调信号进行译码。
也就是说，接收机20可以通过解调器24对第二模拟前端21处理后的接收信号进行解调，生成解调信号，进而通过译码器25对信号解调信号进行译码。
进一步地，如图5所示，第二模拟前端21包括：可编程增益控制器，用于对接收信号进行自动增益控制，得到增益信号；低通滤波器，用于对增益信号进行低通滤波处理，得到滤波信号；模数转换器，用于将模拟域的滤波信号转换为数字域的滤波信号。
应理解的是，如图5所示，在本发明的实施例中，通过可编程增益控制器(PGA)对接收信号进行自动增益控制，得到增益信号，进而通过低通滤波器(LPF)对增益信号进行低通滤波处理，得到滤波信号，以及通过模数转换器(ADC)将模拟域的滤波信号转换为数字域的滤波信号，从而无需增设射频前端，简化接收机20的结构，降低接收机20的成本。
综上，根据本发明实施例提出的电力线载波通信收发机，环形器30的第一端与所述发射机10连接，环形器30的第二端用以连接电力线，环形器30的第三端与接收机20连接，其中，在同时接收到发射机10传输的发射信号和电力线传输的接收信号时，通过环形器30将发射信号传输至电力线，并将接收信号传输至接收机20，以实现全双工通信。由此，在不改变现有国网通信物理层技术标准的条件下，实现电力线载波通信收发机的同时同频信号传输，提升了通信的时频资源利用效率，同时还极大的加强了通信的传输安全性。
图6是根据本发明实施例的电力线载波通信系统的方框示意图。
如图6所示，电力线载波通信系统1000包括如前述本发明实施例的电力线载波通信收发机100。
进一步地，如图7所示，电力线载波通信系统1000还包括：耦合器200。
具体地，如图7所示，耦合器200连接在电力线与环形器30之间，用于将发射信号耦合到电力线上，以及将接收信号耦合到环形器30上。
需要说明的是，本发明实施例的电力线载波通信系统1000的具体实施方式与前述本发明实施例的电力线载波通信收发机100的具体实施方式一一对应，为减少冗余，在此不再赘述。
综上，根据本发明实施例的电力线载波通信系统，通过采用电力线载波通信收发机，能够在不改变现有国网通信物理层技术标准的条件下，实现电力线载波通信收发机的同时同频信号传输，提升了通信的时频资源利用效率，同时还极大的加强了通信的传输安全性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电力线载波通信收发机，其特征在于，所述电力线载波通信收发机包括：
发射机、接收机和环形器，所述环形器的第1端口与所述发射机连接，所述环形器的第2端口连接电力线，所述环形器的第3端口与所述接收机连接；
其中，所述环形器用于在同时接收到所述发射机传输的发射信号和所述电力线传输的接收信号时，将所述发射信号传输至所述电力线，并将所述接收信号传输至所述接收机，以实现全双工通信。
2.根据权利要求1所述的电力线载波通信收发机，其特征在于，所述收发机还包括：
自干扰消除电路，所述自干扰消除电路的输入端与所述发射机的第一模拟前端连接，所述自干扰消除电路的输出端与所述接收机的第二模拟前端连接，用于根据所述发射信号产生干扰消除信号，以消除因全双工通信引入并传输至所述接收机的自干扰信号。
3.根据权利要求2所述的电力线载波通信收发机，其特征在于，所述接收机还包括第一运算器和第二运算器，所述第一运算器连接在所述接收机的信号传输通道上，并设置在所述第二模拟前端的输入端，所述第二运算器连接在所述接收机的信号传输通道上，并设置在所述第二模拟前端的输出端，所述自干扰消除电路包括：
模拟自干扰消除子电路，所述模拟自干扰消除子电路的输入端与第一模拟前端的输出端连接，所述模拟自干扰消除子电路的输出端与所述第一运算器连接，所述模拟自干扰消除子电路用于根据模拟域的发射信号产生模拟域的干扰消除信号，并通过所述第一运算器对所述模拟域的干扰消除信号和模拟域的自干扰信号进行运算处理，以实现所述模拟域的自干扰信号的消除；
数字自干扰消除子电路，所述数字自干扰消除子电路的输入端与第一数字前端的输入端连接，所述数字自干扰消除子电路的输出端与所述第二运算器连接，所述数字自干扰消除子电路用于根据数字域的发射信号产生数字域的干扰消除信号，并通过所述第二运算器对所述数字域的干扰消除信号和数字域的自干扰信号进行运算处理，以实现所述数字域的自干扰信号的消除。
4.根据权利要求3所述的电力线载波通信收发机，其特征在于，所述第一运算器和所述第二运算器均为加法器。
5.根据权利要求2所述的电力线载波通信收发机，其特征在于，所述发射机还包括：
编码器，用于在接收到发射请求时，对所述发射请求进行编码，生成编码信号；
调制器，用于对所述编码信号进行调制，生成调制信号，并传输出至所述第一模拟前端，以及通过所述第一模拟前端根据所述调制信号生成所述发射信号。
6.根据权利要求5所述的电力线载波通信收发机，其特征在于，所述第一模拟前端包括：
数模转换器，用于将数字域的调制信号转换为模拟域的调制信号；
功率放大器，用于对所述模拟域的调制信号进行功率放大，得到所述发射信号。
7.根据权利要求2所述的电力线载波通信收发机，其特征在于，所述接收机还包括：
解调器，用于对所述第二模拟前端处理后的接收信号进行解调，生成解调信号；
译码器，用于对所述信号解调信号进行译码。
8.根据权利要求7所述的电力线载波通信收发机，其特征在于，所述第二模拟前端包括：
可编程增益控制器，用于对所述接收信号进行自动增益控制，得到增益信号；
低通滤波器，用于对所述增益信号进行低通滤波处理，得到滤波信号；
模数转换器，用于将模拟域的所述滤波信号转换为数字域的滤波信号。
9.一种电力线载波通信系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求1-8中任一项所述的电力线载波通信收发机。
10.根据权利要求9所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述系统还包括：
耦合器，所述耦合器连接在所述电力线与所述环形器之间，用于将所述发射信号耦合到所述电力线上，以及将所述接收信号耦合到所述环形器上。
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