CN1734959A - 基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网 - Google Patents

Abstract

一种基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网，具有干线光缆线路，中、大城市及县级信息交站，光缆线路支线，镇级信息交换站，架空三相高压电力线路，村级信息交换站，毫米波无线接力机，STM－N及ATM交换机，所述的超高速―超宽带数字电力线路传输系统设备设于所述的架空三相高压电力线路与所述的镇级信息交换站之间且构成镇级及村级或县级及镇级之间的信息传输线路网；所述毫米波无线接力机设于两镇的某些近邻两村站之间且与所述的超高速―超宽带数字电力线路传输系统设备相联接又且构成县以下区域信息传输线路网。

Description

基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网

技术领域

本发明涉及一种利用现存的或将要建设的架空三相高压电力线路，把县以下的超高速数电力线路和城市间的光缆线路联接成农村信息网的网络，具体地说，是一种基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网。

背景技术

电力线路在传送电力能源的同时，又用于高频载波模拟电话通信及低速数据传输早已存在。近些年来，电力线路高频载波信息传输正在向着高速数字化方向发展。最近，随着宽带接入网的研发及应用，出现了电力线路宽带接入网，已有10Mbps(每秒十兆比特)以上的宽带低压电力线数据调制解调器，加入了宽带接入网的竞争行列，目前正处于研究、试验、应用的发展阶段。

本发明人从事数字电力线路高频通信技术研究及试验多年，发现架空三相高压电力线路，在高频范围潜存着巨额的频谱资源，可用来传输超高速数字信息。特别是本发明人首次提出的分频段设计多路宽带调制解调器(简称宽M)的设计与实现，使数字电力线路传输获得了惊人的高速率：接近光纤传输的最高传速；这就具备了和干线光缆线路联接、结合建设农村信息网的条件。1993-2002年间，本发明人在数字电力线路通信领域已有了四项中国发明专利。但是，上述已有的中国发明专利和国外在此技术领域的研制、应用并未直接涉及本发明的超高速数字电力线路和光缆线路联接农村信息网。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能和中大城市间干线光缆线路联接起来的超高速数字电力线路环形传输信息网，使现有的或正在建设中的架空三相高压电力线路其高频范围的频谱资源得以充分地利用。为此，本发明解决所述问题的技术方案是：一种基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网，具有干线光缆线路，中、大城市及县级信息交站，光缆线路支线，镇级信息交换站，架空三相高压电力线路，村级信息交换站，毫米波无线接力机，STM-N及ATM交换机，其中，所述的村级信息交换站与干线光缆线路之间设有至少一组超高速—超宽带数字电力线路传输系统设备，并且，所述的干线光缆线路与所述的中、大城市及县级信息交换站相联结且构成县以上的长途信息传输线路网；在所述的中、大城市及县级信息交换站与所述的镇级信息交换站之间设有光缆线路支线且构成县、镇级信息传输线路网；所述的超高速—超宽带数字电力线路传输系统设备设于所述的架空三相高压电力线路与所述的镇级信息交换站之间且构成镇级及村级或县级及镇级之间的信息传输线路网；所述毫米波无线接力机设于两镇的某些近邻两村站之间且与所述的超高速—超宽带数字电力线路传输系统设备相联接又且构成县以下区域信息传输线路网。

相比现有技术，本发明所具有的突出的实质性特点和显著的技术进步是十分明显的：

本发明的基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网，包括县以上干线光缆线路，县级、镇级及村级信息交换站，镇级至县级信息交换站之间的光缆线路支线，村级至镇级及镇级至县级信息交换站之间的架空三相高压电力线路，超高速—超宽带数字电力线路传输系统设备，在两镇有选择的邻近两村信息交换站上设置的毫米波无线接力机等。

本发明的基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网，其网内设备中的毫米波无线接力机，包括毫米波无线接力机的发信机、收信机及天线；其波长为一毫米至十毫米，天线及机器尺寸很小，可安装在房顶上或电线干上，完成两个信息站间视距内的超宽带信息信号的传输。

本发明的基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网，其网内设备还包括与STM-N(同步终端多路复用器序列)及与ATM(异步传递模式)交换机联接的超高速数字电力线路异步终端多路复用器，分频段设计的超宽带复合调制器及其解调器，超高速—超宽带数字电力线路传输系统中的其它装置。

本发明的基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网，其网内设备还包括与STM-N及ATM交换机联接的超高速数字电力线路异步终端多路复用器的程序控制单元及可编程定时系统单元。而在与STM-N及ATM交换机联接的超高速数字电力线路异步终端多路复用器的组帧单元中具有第一至第i频段发送数据缓冲存储区，第一至第i频段内宽M时分多路复用分路器等。如此设计，其方案均是围绕着充分利用架空三相高压电力线路的高频范围的频谱资源这一目的而展开的。

附图说明

图1是超高速数字电力线路和光缆线路联接农村信息网的构成图；

图2宽M调制器与解调器的组成图；

图2A是宽M已调信号能量频谱图示；

图3是分频段设计的超宽带复合调制器图；

图4是分频段设计的超宽带复合解调器图；

图4A是数字电力线路双向传输多路宽M信息频谱分隔图示；

图5是与STM-N及ATM交换机联接的超高速数字电力线路异步终端多路复用器图；

图5A是光缆线路同步终端多路复用器及超高速数字电力线路异步终端多路复用器的帧结构图示；

图6是超高速—超宽带数字电力线路传输系统设备图。

具体实施方式

参照说明书附图，本发明涉及一种基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网，该信息网具有干线光缆线路(1)，中、大城市及县级信息交站(2)，光缆线路支线(3)，镇级信息交换站(4)，架空三相高压电力线路(6)，村级信息交换站(7)，毫米波无线接力机(8)，STM-N及ATM交换机，其中，所述的村级信息交换站(7)与干线光缆线路(1)之间设有至少一组超高速—超宽带数字电力线路传输系统设备(5)，而且，所述的干线光缆线路(1)与所述的中、大城市及县级信息交换站(2)相联结且构成县以上的长途信息传输线路网；在所述的中、大城市及县级信息交换站(2)与所述的镇级信息交换站(4)之间设有光缆线路支线(3且构成县、镇级信息传输线路网；所述的超高速—超宽带数字电力线路传输系统设备(5)设于所述的架空三相高压电力线路(6)与所述的镇级信息交换站(4)之间且构成镇级及村级或县级及镇级之间的信息传输线路网；所述毫米波无线接力机(8)设于两镇的某些近邻两村站之间且与所述的超高速—超宽带数字电力线路传输系统设备(5)相联接且构成县以下区域信息传输线路网。本案中所述的传输线路网可以分别是一种树形信息传输线路网或区域环形信息传输线路网或长途环形信息传输线路网。本案中所述的树形信息传输线路网，是一种在不设置所述毫米波无线接力机(8)时信息传输从所述信息交换站(2)经所述线路支线(3)到所述信息交换站(4)及其站内所联接的所述速—超宽带数字电力线路传输系统设备(5)，再经所述三相高压电力线路(6)到所述速—超宽带数字电力线路传输系统设备(5)及所述信息交换站(7)而构成的树形信息传输线路网。本案中所述的区域环形信息传输线路网，是一种基于所述树形信息传输线路网的情况下，设置了所述毫米波无线接力机(8)，此时，在选择了至少两个相邻的所述信息交换站(7)与所述速—超宽带数字电力线路传输系统设备(5)之后，其信息传输是从所述架空三相高压电力线路(6)至所述信息交换站(4)及其站内所联接的所述速—超宽带数字电力线路传输系统设备(5)，再经所述光缆线路支线(3)或所述架空三相高压电力线路(6)到所述中、大城市及县级信息交换站(2)，最后又经所述干线光缆线路(1)所构成的区域环形信息传输线路网。本案中所述的长途环形信息传输线路网，是一种基于至少两个以上的所述区域环形信息传输线路网的且又经过所述干线光缆线路(1)联接毗邻所述区域环形信息传输线路网所构成的长途环形信息传输线路网。本案中所述的长途环形信息传输线路网，它也可以是一种迂回线路网络，当毗邻的信息传输线路网的线路中断时，可由所述的迂回线路网络路接通。本案中所述的超高速—超宽带数字电力线路传输系统设备(5)，由与所述的STM-N及ATM交换机联接的超高速数字电力线路异步终端多路复用器(189)、分频段设计的超宽带复合调制器及分频段设计的超宽带复合解调器(192)、空分及频分并机装置(197)、模一耦合装置(198)、保安装置(199)、保安地线(200)、传输已调高频载波信息信号的馈线(201)、耐高压通信电容器(202)、变电站(所)(203)、高频阻波器(204)、通过抽样检测信号的耐高压通信电容器(205)、抽样检测信号传输引线(206)、安全装置(207)、专用智能高、低频信号动态检测仪(208)及其地线所构成，其中，所述的超高速数字电力线路异步终端多路复用器(189)与所述的分频段设计的超宽带复合调制器及分频段设计的超宽带复合解调器(192)相联结且经所述的空分及频分并机装置(197)至所述的耐高压通信电容器(202)与所述的电力线路(6)相联结。本案中所述的与STM-N及ATM交换机联接的超高速数字电力线路异步终端多路复用器(189)，是由组帧单元(142)、第一频段发送数据缓冲存储区(149)至第i频段发送数据缓冲存储区(151)、第一频段内宽M时分多路复用分路器(40)至第i频段内宽M时分多路复用分路器(53)、第一频段宽内M时分多路复用合路器(81)至第i频段内宽M时分多路复用合路器(92)、第一频段接收数据缓冲存储区(156)至第i频段接收数据缓冲存储区(160)，以及与STM-N及ATM交换机联接的超高速数字电力线路异步终端多路复用器收端的解帧单元(162)、可编程定时系统单元(146)、超高速数字电力线路异步终端多路复用器的程序控制单元(144)所构成，且由内设于所述程序控制单元(144)中的软件完成对组帧单元(142)内的组帧及解帧单元(162)内的解帧，由所述组帧单元(142)到所述第一频段发送数据缓冲存储区(149)至所述第i频段发送数据缓冲存储区(151)的数据程控传递及由所述第一频段接收数据缓冲存储区(156)至第i频段接收数据缓冲存储区(160)到所述解帧单元(162)的数据程控传递的任务，由可编程定时系统单元(146)产生的不同速率的定时信号，分别接到所述第一频段发送数据缓冲存储区(149)至所述第i频段发送数据缓冲存储区(151)，使其数据信息信号分别传送到40及53等；由可编程定时系统单元产生的不同频率的定时信号，接到所述第一频段内宽M时分多路复用分路器(40)至所述第i频段内宽M时分多路复用分路器(53)及所述第一频段宽内M时分多路复用合路器(81)至所述第i频段内宽M时分多路复用合路器(92)，完成第一至第i频段内宽M时分多路复用分路及合路任务。本案中所述的分频段设计的超宽带复合调制器(192)，是由第一频段内的宽M调制器(11)、(42)至宽M调制器的(1h)、(43)及第i频段内的宽M调制器(i1)、(56)至宽M调制器(ij)、(57)，第一频段内的中频单边带调制器(44)至中频单边带调制器(45)，第i频段内的中频单边带调制器(58)至中频单边带调制器(59)，第一频段内的高频单边带调制器(11)(46)至高频单边带调制器(1h)、(47)，第i频段内的高频单边带调制器(i1)、(60)至高频单边带调制器(ij)(61)，中、高频(余弦波)载频序列信号产生器(67)，第一频段频分多路复用合路器(48)，第i频段频分多路复用合路器(62)，功率放大器(1)、(49)及功率放大器(i)、(63)，第一频段的高频差分网络(50)及第i频段的高频差分网络(64)和第一频段的可调节低噪声放大器(73)及第i频段的可调节低噪声放大器(84)，第一频段频分多路复用分路器(74)及第i频段频分多路复用分路器(85)，第一频段内的高频单边带解调器(11)、(75)至高频单边带解调器(1h)、(76)及第i频段内的高频单边带解调器(i1)(86)至高频单边带解调器(ij)(87)，第一频段内的中频单边带解调器(77)至中频单边带解调器(78)，第i频段内的中频单边带解调器(88)至中频单边带解调器(89)，第一频段内的宽M解调器(11)、(79)至宽M解调器(1h)、(80)，第i频段内的宽M解调器(i1)、(90)至宽M解调器(ij)、(91)，中频载频信号恢复器(93)所构成。本案中所述的宽M调制器，是由调制器输入接口(12)，可编程串行数字接口(13)，数字信号处理器—DSP(14)，数/模变模器—DAC(15)，滚降滤波器(16)，调制器输出接口(17)，调制器时钟系统(18)，解调器输入接口(21)，低通滤波器(22)，模/数变换器—ADC(23)，可编程串行数字接口(25)，解调器输出接口(26)，解调器时钟系统(27)所构成。更具体地说，图1中的干线光缆线路1，它和县以上城市信息交换站2相联构成全国长途通信网；而超高速—超宽带数字电力线路传输系统设备5则可设于各个信息交换站内。村级信息交换站7，它一边设为线路交换装置；另一边设为接入用户装置。毫米波无线接力机8，其波长为1至10毫米，故机器及天线尺寸很小，可设于房顶或电线杆上，其作用是联通两镇有选择的两村级信息交换站上的无线通信线路，双向传输由超高速—超宽带数字电力线路传输系统设备5产生的高频载波信息信号，以便构成超高速数字电力线路和光缆线路联接的环形传输信息线路网。根据应用发展阶段，本发明提供了三种可供选择的组网形式：树形、区域环形及长途环形传输信息线路网；不设毫米波无线接力机时，则为树形传输信息线路网，构成简单，建网快；当建立毫米波无线接力机时，可组成区域或长途环形传输信息线路网，其抗破坏性强，能自愈。例如，干线光缆线路(1)中断或阻塞，长途信息信号可由县级信息交换站(2)经过光缆线路支线(3)到镇级信息交换站(4-5)，再经架空三相高压电力线路(6)到村级信息交换站(5-7)，再经过毫米波无线接力机(8)到两村级信息交换站上。从所述信息网的结构上看，本发明的最大贡献是它不用另建专门通信线路，利用已有的或将建的电力线路来获得超高速—超宽带数字信息传输线路。尽管超高速和超宽带本有着同等的意义，但二者概念及运算不同；前者为时域概念和数字运算；后者为频域概念和频谱运算；而调制解调器(简称MODEM或M)则将两者变换。本发明的宽M采用的是DMT(Discrete Multi Tone)技术，它具有优异的窄带抗干扰性。DMT技术已在ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)宽带用户接入网中使用。而本专利所设计的宽M则用于线路站间传输。

图2是宽M调制器与解调器的组成图，它由宽M调制器与宽M解调器组成。阿拉伯数字11指的是虚线框内宽M的调制器，它同样由阿拉伯数字(下同)所示的12至18部分构成，由专业厂生产其套片。其中，12是调制器输入接口。13是可编程串行数字接口，与DSP结合工作。14是DSP(Digital SignalProcessors)，即数字信号处理器。DSP软、硬件可完成：全部子频道的DMT调制运算，包括：快速付里叶变换(FFT)；多进制及多维星座编码；网格型前向纠错编码；速率调节等。15是DAC(Digital-Analog Converter)，即数/模变换器，要求线性好，精度高。16是滚降滤波器，滚降系数在0到1之间取值，例如为0.13487。17是调制器输出接口，它接到中频单边带调制器输入端。18是调制器时钟系统，提供调制器系统时钟。19虚线框内是设于对端站的宽M调制器，其组成同11。20虚线框内是宽M解调器，包括21至27各部分，为19的逆运算。图中箭头指向为信息流流向。21是解调器输入接口。22是低通滤波器，阻止带外高频干扰信号通过。23是ADC(Analog-DigitalConverter)，即模/数变换器，它把输入进解调器内的信息信号抽样脉冲值变换成二进制数字信号码组，要求线性好，精度高。24是DSP，可和14共用一只数字信号处理器，完成全部子频道的DMT解调运算，包括快速付里叶反变换(IFFT)，多维星座译码及前向纠错译码，速率调节等。25是可编程串行数字接口。26是解调器输出接口。27是解调器时钟系统，给解调系统提供准确、稳定的时钟。28虚线框内是宽M解调器，构成同20，设于对端。

图2A是宽M已调信号能量频谱图示。图2A中，纵座标轴表示信号能量相对值；横座标轴表示频率，单位：KHZ(千赫)。虚线框31内的是宽M子频道已调信号能量频谱，例如，子频道间隔带宽为4.3125KHZ，奈奎斯特(理想滤波器)带宽为3.8KHZ，则速率等于3.8×n Kbps，式中n是多维星座编码位数。32虚线框内是宽M全部子频道已调信号能量频谱图例，设有250个子频道，宽M带宽为1078KHZ(未计小数)；宽M速率为3.8×250×n Kbps(每秒千比特)。33虚线框内是所述宽M全部子频道已调信号总能量频谱简图示例。同理，为了使县以下农村的电力线路能构成超高速—超宽带数字信息传输网，本专利提出了分频段设计和求解最高传输频率及速率的方法，其要点如下：根据所给电力线路参数和条件建立线路收端信、杂比计算式，以最高频率为变量；以误码率为10^-10量级所要求的信、杂比为标准，以多维星座编码位数n为参变量进行多频段分隔设计，例如n＝16为第一频段，用程序等方法求解出本频段的最高可用频率；由本段最高可用频率减去已占用的最高频率为本频段可用带宽，除以宽M频带间隔，例如为1229KHZ，得出本频段可容纳的宽M数，再乘宽M的速率，即为本频段最高传输速率；最后对所有频段的最高传输速率求和，获得此数字电力线路最高总传输速率。本发明所创造的分频段设计法在获得最大可能传输数字信息频谱带宽的同时，也就得到了最大可能的传输数字信息速率。例如，架空三相高压电力线路数字再生段长度小于10公里时，数字电力线路最高传输速率可达每秒千兆比特数量级。本专利中的特点之一就是通过超宽带复合调制器及其解调器来实现分频段设计的超高速—超宽带数字电力线路传输系统。

图3是分频段设计的超宽带复合调制器图。虚线框36内的是超高速数字运算、时域变换部分，它包括阿拉伯数字40及53所表示的工作部分单元等；其中，阿拉伯数字(下同)40是第一频段内宽M时分多路复用分路器，53是第i频段内宽M时分多路复用分路器。40及53等的输出均为多路并行数字信号，速率不同。37虚线框内是超宽带复合调制器的频谱运算及频域变换装置，包括41、55、67等。41虚线框内是第一频段内多路宽M调制器输出信息频谱运算及频域变换装置，包括42至52单元。其中，42是第一频段内的宽M调制器(11)，43也是第一频段内的宽M调制器(1h)，它们的序号从(11)至(1h)，第一位数1表示第一频段，之后为宽M调制器号数。宽M调制器的组成见图2中的11。宽M调制器之前为时域信息信号，之后为频域信息信号，它本身是时域—频域信息信号转换器。44是第一频段内宽M调制器输出信号的中频单边带调制器，45也是第一频段内宽M调制器输出信号的中频单边带调制器，44与45对应宽M调制器的序号不同，它们的载频信号频率选在宽M频谱最高端与高频单边带调制频谱最低端之间；所有宽M调制器的中频载频频率相同，其功能是把宽M频谱搬移到中频位置。中、高频单边带调制器部是由线性乘法器及单边带带通滤波器组成，加入余弦波形的载频信号完成频谱运算。46是第一频段内的高频单边带调制器(11)；47也是高频单边带调制器(1h)，每个宽M及其相联的中频单边带调制器接到一个对应的高频单边带调制器入端，例如第一频段的第(11)号宽M调制器对应接到第(11)号高频单边带调制器入端。每个高频单边带调制器接入一个单独的载频信号，相邻载频频率相隔，例如为1229KHZ。48是第一频段频分多路复用合路器，使第一频段内第(11)至(1h)全部高频单边带调制器输出的已调信息频谱信号在此处互不干扰的相加。49是第一频段频分多路高频载波信息信号的功率放大器(1)，它将第一频段内合路的超宽带高频载波信息信号放大输出。由于高频端线路衰减大，要求放大器输出电平高，低频端相反。50是第一频段的高频差分网络(1)，它由高频差分变量器及电阻器组成，完成第一频段内的高频载波信息信号双向传输功能；发信方向由50流向52；收信方向由52流向51。51是分频段设计的第一频段超宽带复合解调器的可调节低噪声放大器84输入接口。52是到空分及频分并机装置197的接口。55虚线框内是第i频段内多路宽M调制器输出信息频谱运算及频域变换装置，包括56至66单元，它们的组成与41虚线框内对应单元相同，仅带宽、速率不同。56是第i频段内的宽M调制器(i1)；57也是第i频段内的宽M调制器(ij)。58是第i频段内宽M调制器输出信号的中频单边带调制器；59同58。60是第I段频内的高频单边带调制器(i1)；61也是第i频段内的高频单边带调制器(ij)；两者序号不同。62是第i频段频分多路复用合路器。63是第i频段频分多路高频载波信息信号的功率放大器(i)。64是第i频段的高频差分网络，其功能和组成同50。65与51及66与52的作用分别相同。67是中、高频(余弦波)载频序列信号产生器。高频(余弦波)载频序列信号产生器为调制器与解调器共用。

图4是分频段设计的超宽带复合解调器，它是图3装置的逆变换。虚线框95表示的是超高速数字运算及时域变换部分，包括阿拉伯数字81、92所示的工作单元部分等；81是第一频段内宽M时分多路复用合路器；92是第i频段内宽M时分多路复用合路器。96虚线框内是超宽带频谱运算及频域变换部分，包括71、82、67、93等。71虚线框内是接收端的第一频段内多路宽M信息信号的频域反变换装置，包括50、52及72至80单元。图4中的50及52与图3中的同号单元为同一装置。72是图3中第一频段发信支路的功率放大器(1)49的输出接口。73是第一频段接收支路的可调节低噪声放大器。74是第一频段频分多路复用分路器，它的多路输出接到75至76等。75是第一频段内的高频单边带解调器(11)；76也是第一频段内的高频单边带解调器(1h)，它们的序号不同；其输出信息频谱分别接入77至78等。77是第一频段内的中频单边带解调器，78同77，也是中频单边带解调器，它们的特点是应用了同步解调技术；具体方法是从76或75等高频单边带解调器的输出引线接入93装置；93是中频载频信号恢复器，由窄带带通滤波器及自动电平调节放大器等组成，其输出是与对方发端同步的中频载频信号，它接入77至78及88至89等，进行同步解调。77至78的输出，分别接入79至80。中、高频单边带解调器也由高频线性成法器、边带带通滤波器等组成。79是第一频段内的宽M解调器(11)；80也是第一频段内的宽M解调器(1h)，它们的序号不同；其功能是把频域的多路信息信号转换成多路二进制数字信号，输入到81。81是第一频段内宽M时分多路复用合路器，进行并—串变换，输出串行超高速数数字信号。82虚线框内是接收端的第i频段内多路宽M信息信号频域的反变换装置，包括83至91及64、66等。图4与图3中的64、66的同号者为同一个装置。83是图3中63的输出接口。84至92的组成及功能和73至81的组成、功能相同，仅频段带宽不同。84是第i频段接收支路的可调节低噪声放大器。85是第i频段频分多路复用分路器。86是第i频段内的高频单边带解调器(i1)；87也是第i频段内的高频单边带解调器(ij)；两者序号不同。88是第i频段内的中频单边带解调器；89同88。67也是余弦波形的高频载频序列信号产生器。93是中频载频信号恢复器。由图3及图4可知，中、高单边带调调器、解调器数量很大，故中、高频载频序列信号产生器及中频载频信号恢复器输出负荷很重，为保证工作稳定，需设多组67及93单元。90是第i频段内的宽M解调器(i1)；91也是第i频段内的宽M解调器(ij)；两者序号不同；90至91产生的多路数字信息信号并行送入92内，进行合路。

本发明的又一个特点是在数字电力线路上实现双向多路宽M传输采用频(谱)分(隔)制。图4A是数字电力线路双向传输多路宽M信息频谱分隔图示。图4A中，虚线框101表示的是一个信息交换站内分频段设计的双向传输多路宽M时的超宽带数字电力线路能够提供的总频谱节宽资源。虚线框102表示的是本站第一频段双向传输多路宽M信息占用的总频谱带宽。虚线框103表示的是第一频段内的多路宽M调制器输出(发送信息)占用的频谱带宽。104是一只宽M频谱带宽，例如为1078KHZ(未计小数)，它们的间隔例如为1229KHZ。105虚线框内是第一频段内的多路宽M解调器输入(接收信息)占用的频谱带宽。106虚线框内是第i频段内的双向传输多路宽M信息占用的总频谱带宽；其中，107虚线框内是第i频段内的多路M调制器占用的频谱带宽；108虚线框内是第i频段内的多路宽M解调器占用的频谱带宽。110虚线框内是图3及图4所述的中频单边带调制器及解调器全部频谱，它们的频率位置全相同，以空间分隔区分。111虚线框内是第一频段内宽M的双向中频单边带调制器及解调器全部频谱；其中，112虚线框内是第一频段的全部中频单边带调制器输出频谱；115虚线框内是第一频段内全部中频单边带解调器输入频谱，113、114等为宽M频谱，同104，但频率位置不同。116虚线框内是第i频段内的双向中频单边带调制器及解调器全部频谱；其中，117虚线框内是第i频段的中频单边带调制器输出频谱；118虚线框内是第i频段的中频单边带解调器输入频谱；其中，113、119是宽M频谱，居于中频频谱位置。120虚线框内是全部中频单边带调制器、解调器共用的中频载频信号频率点位置。调制器的中频载频信号由本端的67产生，而解调器的中频载频信号从对方站发来的载波信息信号中恢复，两者频率相同。121虚线框内是全部高频单边带调制器、解调器载频信号频率点序列；其中，122虚线框内是第一频段双向传输高频单边带调制器、解调器的载频频率点序列；123虚线框内是第一频段高频单边带调制器的载频频率点序列，相邻载频频率点间隔为1229KHZ；124虚线框内是第一频段高频单边带解调器的载频频率点序列。125虚线框内是第i频段双向传输高频单边带调制器及解调器载频频率点序列，其中，126虚线框内是第i频段高频单边带调制器的载频频率点序列；127虚线框内是第i频段内高频单边带解调器的载频频率点序列。128虚线框内是本发明分频段设计的，出现在数字电力线路上的双向传输多路宽M时全部频谱分隔图示。128与101虚线框内所示的分频段设计的全部宽M信息频谱资源相一致；不过，一为频谱分隔，一为空间分隔。129虚线框内是在数字电力线路上第一频段内双向传输的多路宽M信息频谱；其中，130虚线框内是第一频段内本站发送(高频单边带调制器输出)的多路宽M信息频谱；131虚线框内是第一频段内本站接收(高频单边带解调器输入)的多路宽M信息频谱；132是每只宽M信息所占用的频谱(倒置)。133虚线框内是在数字电力线路上第i频段内双向传输的多路宽M信息频谱；其中，134虚线框内是第i频段内本站发送的多路宽M信息频谱；135虚线框内是第i频段内本站接收的多路宽M信息频谱。本发明的一个显著特点是数字架空三相电力线路，使用所述的分频段设计方法，可获得甚宽的传输数字信息带宽；例如，当电力线路数字再生段长度小于5Km(公里)时，分七频段设计，可获得150MHZ(兆赫)以上的传输数字信息频谱带宽，相应的数字线路传输速率可达1400Mbps，即每秒1.4千兆比特。本发明的另一个特点是在数字电力线路上，上、下两站之间，既可对称，亦可非对称进行双向实时传输数字信息；设上、下两站的各频段内同速率的宽M调制器与解调器数目相等为对称传输；否则为非对称传输。

图5是与STM-N及ATM交换机联接的超高速数字电力线路异步终端多路复用器图，其中，STM(Synchronous Terminal Multiplexer)是光缆线路的同步终端多路复用器，N为等于或大于一的正整数；ATM(AsynhronousTransfer Mode)是异步传递模式。图5所示的与STM-N及ATM交换机联接的超高速数字电力线路异步终端多路复用器由140、144、146及153等组成；140是与STM-N及ATM交换机联接的超高速数字电力路路异步终端多路复用器的发端，它包括141、142、143、148、187及40、53等单元。141是光缆线路STM-N发端的接口。187是ATM交换机(输出)。142是与STM-N及ATM交换机联接的超高速数字电力线路异步终端多路复用器发端的组帧单元，它是在STM-N的组帧基础上附加异步传输管理及其它数据组成的。143是外设接口，通过总线使142与144互联。144是超高速数字电力线路异步终端多路复用器的程序控制单元，它由中央处理单元—CPU及其时钟单元、程序存储器、随机数据存储器、地址译码器、总线及外设接口等硬件和专用软件构成，其时钟频率应能满足运算速度的要求，其总线接到多个被控装置的外设接口。145是与专用智能高、低频信号动态检测仪互联总线接口。146是可编程定时系统单元，为149、151、40、53及81、92、156、160等单元提供可编程定时；接入到81至92内的定时信号作为产生同步定时的锁相用。147是146联接144的总线接口。144及146单元可收、发端共用，也可分立；视其速率和处理能力而定。在142内组成的矩形帧数据信号，一帧时长为125μm(微秒)，此矩形帧的交换和传输实际上是快速分组交换与传输。在142内组成的帧数据传递到148。148是分频段设计的发送数据缓冲存储区，包括149、151及150、152等。149是第一频段发送数据缓冲存储区；151是第i频段发送数据缓冲存储区；150、152等是142向148传递数据流的被控入口。按分频段设计，在144的软件控制之下，由142经过150向149第一频段发送数据缓冲存储区写入数据；之后，转入对第二频段发送数据缓冲存储区写入数据；再后，经过152对151第i频段发送数据缓冲存储区进行同上操作；对最末一个频段发送数据缓冲存储区操作完后，转回149循环运行。每个循环周期，即每125μm，对序号不同的频段发送数据缓冲存储区写入时长及数据量不同。这就为实现多频段非匀速数据传输准备好了条件。第一至第i频段发送数据缓冲存储区是同时并行输出的；但是它们的定时及输出数字信息速率不同。例如，第一频段设计出的带宽可容纳宽M数为K1，多维星座编码位数n为16，在此条件下第一频段发送数据缓冲存储区的输出速率为3.8×15×250×k1 Kbps(每秒千比特)，而相应的定时频率同上，但是单位为千赫(KHZ)；又如，按七频段设计，最末一个频段的n为4，设计出的带宽可容纳的宽M数为K7，则最末频段发送数据信息速率应为3.8×3×250×K7 Kbps。在组帧时，加入的帧头识别等其它数据，包括在上述数据之内。149至151等输出的串行数字信号序列分别送入40至53等；图5中的40、53与图3中的40、53同号者为同一装置。各频段内多路宽M时分多路复用分路器，例如可用集成电路实现：以该频段数字信号总定时为标准，用集成电路产生各多路宽M路选通脉冲及同步脉冲序列，再和该频段串行数字信号相与，输出为包括同步路在内的多路宽M并行数字信号。上述各频段内宽M时分多路复用分路器输出数字信号速率之和加上各频段1/n速率之和等于超高速数字电力线路传输总速率；1/n为各宽M内网格型前向纠错编码冗余度占用的速率。153是与STM-N及ATM交换机联接的超高速数字电力线路异步终端多路复用器的收端，它是对方发端140的逆运算装置，其组成包括81、92、154、162至164及187等。图5的81、92与图4中的81、92同号者为同一装置。81至92等是发端40至53等的反运算装置，也可用集成电路实现。154是多频段接收数据缓冲存储区，包括156至160等。156是第一频段接收数据缓冲存储区。160是第i频段接收数据缓冲存储区。157是被144程序控制的由156向162传递数据的通道接口。161是被144程序控制的由160向162传递数据的通道接口。在144的程序运行之下，156至160等内的接收数据不断循环地传递到162单元。162是与STM-N及ATM交换机联接的超高速数字电力线路异步终端多路复用器收端的解帧单元，其功能是在144、163、164、187等配合工作之下解帧，并将接收的数据信息分别传递到STM-N及ATM交换机的收端。163是144到162的总线接口。164是162到STM-N收端的接口。187是ATM交换机(输入)。图5中的144及146单元，可以收发共用；也可收发分设。

图5A是光缆线路同步终端多路复用器及超高速数字电力线路异步终端多路复用器的帧结构图示。170虚线框内是光缆线路的STM-N帧结构，它是矩形帧：由9行，270×N列字节组成一帧。当一帧时长为125μm，N＝1时，速率为155.52Mbps。为了保证数字网正常运行、管理、维护等，故在每帧内，除应包括数字信息净负荷字节之外，还应加入一些附加字节。171是再生段开销(RSOH)字节区。172是管理单元指针开销(AU-PTR)字节区。173是复用段开销(MSOH)字节区。174是通道开销(POH)字节区。175是STM-N净负荷字节区。一个字节等于8比特。176是以串行数据信息流表示的STM-N帧；每帧时分为9次传递，每次传递一行，每行之首均分配有附加字节。177虚线框内是超高速数字电力线路异步终端多路复用器的帧结构，建立于上述光缆线路同步终端多路复用器STM-N的帧结构基础之上，它包括178至180三个部分；其中，178是STM-N一全帧数据字节区，它的一全帧为9×270×N字节；179是可变信息数据字节区，它直接与ATM交换机相联接，其字节数为9×U，其信息速率可变，一般小于9×170×N字节数；180是联网、运行、管理、维护等附加业务字节区，其字节数为9×V，约为全帧的百分之3到4。181虚线框内，与176类似，是用串行数据信息流表示的超高速数字电力线路异步终端多路复用器的帧结构；一帧分九次传递，每次传递一行，每行内均含有178、179及180所述的三种数据字节；每帧传送时间为125微秒，每帧字节数为9×(V+U+270N)；超高速数字电力线路异步终端多路复用器的速率为72×(V+U+270×N)/125Mbps。

图6是超高速—超宽带数字电力线路传输系统设备图。185虚线框内是信息交换站，可为图1中的2、4、6等，包括186至188三个部分。186是STM-N发端。187是ATM交换机(含输出及输入部分)。188是STM-N收端。189虚线框内是与STM-N及ATM交换机联接的超高速数字电力线路异步终端多路复用器，或称超高速数字电力线路异步多路复用终端，它完成异步多路信息的数字运算和时域处理任务。190是超高速数字电力线路异步多路复用终端—发端；包括图5中的140、144、146等。191是超高速数字电力线路异步多路复用终端—收端；包括图5中的153、144、146等。一般，农村信息交换站与变电站(所)设在一起，否则，185与189设备之间要设高频联接线加数字再生器。192虚线框内是超高速—超宽带数字电力线路传输系统中的频谱运算和频域变换部分，包括193至196及50、64等；它们的功能是分频段的压缩数字信息频谱带宽，并把压缩后的多路宽M信息频谱以频分方式调制到线路上传输。193是多频段全部宽M调制器，完成由时域到频域的变换，其任务是压缩数字信息占用的频谱带宽；其组成包括图3中的42至43；56至57等。194是多频段全部宽M解调器，它们为193的反变换，将频谱被压缩的信息信号变换为二进制数字信息信号，其组成包括图4中的79至80；90至91等。195是多频段全部中、高频单边带调制器、合路器、放大器，其功能是把多路宽M调制器输出的信息频谱调制到设计的线路传输频率位置，其组成包括图3中的44至52及58至66等。196是多频段全部放大器、分路器、中、高频单边带解调器，其功能是将接收的高频载波信息频谱解调为宽M解调器的输入信息频谱，其组成包括图4中的72至78；83至89及67、93等。50、64与图3中的同号者为同一装置。197是空分及频分并机装置，由初级为多绕组，次级为单绕组高频变量器组成。198是模一耦合装置，由三对绕组的高频变量器及三只电阻器构成，其功能是将超宽带高频载波信息信号以模一耦合方式，经过199、201、202接至架空三相高压电力线路6上发送或接收，模一方式耦合衰减为零。图6中的6也就是图1中的6。199是保安装置，包括避雷器、熔断器等；200是保安地线，要求接地电阻小。201是收发已调高频载波信息信号的传输馈线，从199接到202下端，要求衰减小。202是耐高压通信电容器，其特点是容量小，耐压高；成对相串连接的原因是一为可靠；二为方便检测。203是变电站(所)。204是高频阻波器，阻止高频通信信号流入变电站(所)内，让50或60HZ低频电流顺利通过，它由电感线圈和安全开关等组成；电感线圈电阻要小。205也是耐高压电容器，与202类似，但要求耐压较低，容量较小。206是抽样检测信号传输引线，与201类似，但要求较低。207是安全装置，与199及200类似，但要求较低。208是专用智能高、低频信号动态检测仪，包括209至212部分。209是高频可选频通道。210是低频通道。211是专用智能高、低频信号动态检测器，它由中央处理单元—CPU及其时钟单元，程序存储器，随机数据存储器，地址译码器，显示器和告警装置等硬件及专用软件构成；它和低频通道相结合检测高压变化，判断耐高压通信电容器质量的变化或电力线路相电压的变化；它和高频可选频通道相结合，抽样检测高频载波信息信号电平及高频干扰强度的变化；出现异常情况，立即显示、告警。212与图5中的145联接，将208对数字电力线路抽样检测到的动态信息同时送给144。

Claims (10)

1.一种基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网，具有干线光缆线路(1)，中、大城市及县级信息交站(2)，光缆线路支线(3)，镇级信息交换站(4)，架空三相高压电力线路(6)，村级信息交换站(7)，毫米波无线接力机(8)，STM-N及ATM交换机，其特征是，所述的村级信息交换站(7)与干线光缆线路(1)之间设有至少一组超高速—超宽带数字电力线路传输系统设备(5)，其中，所述的干线光缆线路(1)与所述的中、大城市及县级信息交换站(2)相联结且构成县以上的长途信息传输线路网；在所述的中、大城市及县级信息交换站(2)与所述的镇级信息交换站(4)之间设有光缆线路支线(3且构成县、镇级信息传输线路网；所述的超高速—超宽带数字电力线路传输系统设备(5)设于所述的架空三相高压电力线路(6)与所述的镇级信息交换站(4)之间且构成镇级及村级或县级及镇级之间的信息传输线路网；所述毫米波无线接力机(8)设于两镇的某些近邻两村站之间且与所述的超高速—超宽带数字电力线路传输系统设备(5)相联接构成县以下区域信息传输线路网。

2.根据权利要求1所述的基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网，其特征是，所述的传输线路网可以分别是一种树形信息传输线路网或区域环形信息传输线路网或长途环形信息传输线路网。

3.根据权利要求1或2所述的基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网，其特征是，所述的树形信息传输线路网，是一种在不设置所述毫米波无线接力机(8)时信息传输从所述信息交换站(2)经所述线路支线(3)到所述信息交换站(4)及其站内所联接的所述速—超宽带数字电力线路传输系统设备(5)，再经所述三相高压电力线路(6)到所述速—超宽带数字电力线路传输系统设备(5)及所述信息交换站(7)而构成的树形信息传输线路网。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网，其特征是，所述的区域环形信息传输线路网，是一种基于所述树形信息传输线路网的情况下，设置了所述毫米波无线接力机(8)，此时，在选择了至少两个相邻的所述信息交换站(7)与所述速—超宽带数字电力线路传输系统设备(5)之后，其信息传输是从所述架空三相高压电力线路(6)至所述信息交换站(4)及其站内所联接的所述速—超宽带数字电力线路传输系统设备(5)，再经所述光缆线路支线(3)或所述架空三相高压电力线路(6)到所述中、大城市及县级信息交换站(2)，最后又经所述干线光缆线路(1)所构成的区域环形信息传输线路网。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网，其特征是，所述的长途环形信息传输线路网，是一种基于至少两个以上的所述区域环形信息传输线路网的且又经过所述干线光缆线路(1)联接毗邻所述区域环形信息传输线路网所构成的长途环形信息传输线路网。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网，其特征是，所述的长途环形信息传输线路网，它也可以是一种迂回线路网络，当毗邻的信息传输线路网的线路中断时，可由所述的迂回线路网络路接通。

7.根据权利要求1所述的基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网，其特征是，所述的超高速—超宽带数字电力线路传输系统设备(5)，由与所述的STM-N及ATM交换机联接的超高速数字电力线路异步终端多路复用器(189)、分频段设计的超宽带复合调制器及分频段设计的超宽带复合解调器(192)、空分及频分并机装置(197)、模一耦合装置(198)、保安装置(199)、保安地线(200)、传输已调高频载波信息信号的馈线(201)、耐高压通信电容器(202)、变电站(所)(203)、高频阻波(204)、通过抽样检测信号的耐高压通信电容器(205)、抽样检测信号传输引线(206)、安全装置(207)、专用智能高、低频信号动态检测仪(208)及其地线所构成，其中，所述的超高速数字电力线路异步终端多路复用器(189)与所述的分频段设计的超宽带复合调制器及分频段设计的超宽带复合解调器(192)相联结且经所述的空分及频分并机装置(197)至所述的耐高压通信电容器(202)与所述的电力线路(6)相联结。

8.根据权利要求1或7所述的基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网，其特征是，所述的与STM-N及ATM交换机联接的超高速数字电力线路异步终端多路复用器(189)，由组帧单元(142)、第一频段发送数据缓冲存储区(149)至第i频段发送数据缓冲存储区(151)、第一频段内宽M时分多路复用分路器(40)至第i频段内宽M时分多路复用分路器(53)、第一频段宽内M时分多路复用合路器(81)至第i频段内宽M时分多路复用合路器(92)、第一频段接收数据缓冲存储区(156)至第i频段接收数据缓冲存储区(160)，以及与STM-N及ATM交换机联接的超高速数字电力线路异步终端多路复用器收端的解帧单元(162)、可编程定时系统单元(146)、超高速数字电力线路异步终端多路复用器的程序控制单元(144)所构成，且由内设于所述程序控制单元(144)中的软件完成对组帧单元(142)内的组帧及解帧单元(162)内的解帧，由所述组帧单元(142)到所述第一频段发送数据缓冲存储区(149)至所述第i频段发送数据缓冲存储区(151)的数据程控传递及由所述第一频段接收数据缓冲存储区(156)至第i频段接收数据缓冲存储区(160)到所述解帧单元(162)的数据程控传递的任务，由可编程定时系统单元(146)产生的不同速率的定时信号，分别接到所述第一频段发送数据缓冲存储区(149)至所述第i频段发送数据缓冲存储区(151)，使其数据信息信号分别传送到40及53等；由可编程定时系统单元产生的不同频率的定时信号，接到所述第一频段内宽M时分多路复用分路器(40)至所述第i频段内宽M时分多路复用分路器(53)及所述第一频段宽内M时分多路复用合路器(81)至所述第i频段内宽M时分多路复用合路器(92)，完成第一至第i频段内宽M时分多路复用分路及合路任务。

9.根据权利要求7所述的基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网，其特征是，所述的分频段设计的超宽带复合调制器(192)，是由第一频段内的宽M调制器(11)、(42)至宽M调制器的(1h)、(43)及第i频段内的宽M调制器(i1)、(56)至宽M调制器(ij)、(57)，第一频段内的中频单边带调制器(44)至中频单边带调制器(45)，第i频段内的中频单边带调制器(58)至中频单边带调制器(59)，第一频段内的高频单边带调制器(11)(46)至高频单边带调制器(1h)、(47)，第i频段内的高频单边带调制器(i1)、(60)至高频单边带调制器(ij)(61)，中、高频(余弦波)载频序列信号产生器(67)，第一频段频分多路复用合路器(48)，第i频段频分多路复用合路器(62)，功率放大器(1)、(49)及功率放大器(i)、(63)，第一频段的高频差分网络(50)及第i频段的高频差分网络(64)和第一频段的可调节低噪声放大器(73)及第i频段的可调节低噪声放大器(84)，第一频段频分多路复用分路器(74)及第i频段频分多路复用分路器(85)，第一频段内的高频单边带解调器(11)、(75)至高频单边带解调器(1h)、(76)及第i频段内的高频单边带解调器(i1)(86)至高频单边带解调器(ij)(87)，第一频段内的中频单边带解调器(77)至中频单边带解调器(78)，第i频段内的中频单边带解调器(88)至中频单边带解调器(89)，第一频段内的宽M解调器(11)、(79)至宽M解调器(1h)、(80)，第i频段内的宽M解调器(i1)、(90)至宽M解调器(ij)、(91)，中频载频信号恢复器(93)所构成。

10.根据权利要求9所述的基于数字电力线路联接干线光缆的农村信息网，其特征是，所述的宽M调制器，是由调制器输入接口(12)，可编程串行数字接口(13)，数字信号处理器-DSP(14)，数/模变模器-DAC(15)，滚降滤波器(16)，调制器输出接口(17)，调制器时钟系统(18)，解调器输入接口(21)，低通滤波器(22)，模/数变换器-ADC(23)，可编程串行数字接口(25)，解调器输出接口(26)，解调器时钟系统(27)所构成。

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