CN1734960A - 电力线数字通信家电网络 - Google Patents
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Abstract
一种电力线数字通信家电网络，其包括多个电子设备、连接多个电子设备的电力线路和二设置于上述电力线路两端的高频阻波装置，上述每一电子设备的输出输入端安装有一数字调制解调器，该数字调制解调器与每一电子设备共用一根电力线，上述每一电子设备的电源输入端均安装了一高频阻波器，本发明通过在家电网络中每一电子设备的输出输入端安装数字调制解调器，将通信信号数字化后通过电力线路传输以实现解决目前家电网络中众多电子设备接口连线多和连接复杂的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种家电网络，尤指一种使用电力线实现数字通信的家电网络。
背景技术
目前，随着人们生活水平的提高，各种各样的家用电器，如：电视机、录像机、DVD等，已被人们广泛应用，大大丰富了人们的家庭生活内容，各人们带来无穷的乐趣。
然而，上述众多的家用电器设备之间的信号传输都是通过各式各样的接口和一根或多根信号线连接来实现，使用很不方便，还会影响美观。并且上述家用电器设备的信号输入、输出端口大都采用标注英文，普通用户难以看懂，容易接错。对于用户来说，在使用众多家电设备的时候，最简便的方法就是只需接上电力线，别的连线都不需要另外连接，打开电源开关机器就能正常工作。
用电力线进行载波通信的方法很早就有人使用，但这种载波通信一般只限于语音信号和控制信号传输，其工作频率一般很低，只有几KHz到几MHz范围之内。由于视频信号的带宽一般要求很高，如：我国的PAL电视制式，视频带宽一般为6MHz，如用模拟信号传输技术，同时能够进行电视图像信号和电视伴音信号传输，其载波的频率必须选得很高，达30MHz以上，如要实现多路视频信号传输或者高清视频信号传输，载波频率还要取得更高，需要300MHz以上，而载波频率取得很高，又会带来很多难以解决的技术问题。
由于电力线路结构比较复杂，且大都是开放式结构，即没有金属外壳屏蔽，很容易产生电磁辐射和干扰，并且每段线路对信号的特征阻抗都不一样，容易产生驻波反射，以及用电设备的阻抗不是一个恒定值，因此高频载波信号在电力线路中衰减、辐射、干扰，很严重。另外，电力线路电压很高，安全问题也比较难解决。因此，电力线路载波通信技术一直没有在视频通信技术方面得到应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，而提供一种电力线数字通信家电网络，从而解决目前家电网络中众多电子设备接口连线多和连接复杂的问题。
本发明所采用的技术方案为：一种电力线数字通信家电网络，其包括多个电子设备、连接多个电子设备的电力线路和二设置于上述电力线路两端的高频阻波装置，上述每一电子设备的输出输入端安装有一数字调制解调器，该数字调制解调器与每一电子设备共用一根电力线，上述每一电子设备的电源输入端均安装了一高频阻波器。
所述数字调制解调器安装于每一电子设备内部。
所述数字调制解调器的调制部分依次包括数字信号处理模块、数字信号编码模块和数字信号调制模块，解调部分依次包括数字信号解调模块和数字信号译码模块。
所述高频阻波器由一差模电感组成。
所述高频阻波器由两个分立电感组成。
本发明的有益效果在于：本发明通过在家电网络中每一电子设备的输出输入端安装数字调制解调器，将通信信号数字化后通过电力线路传输以实现解决目前家电网络中众多电子设备接口连线多和连接复杂的问题。
附图说明
图1是本发明电力线数字通信家电网络的信号传输的工作原理图；
图2是本发明电力线数字通信家电网络中需传输的数字信号调制原理图；
图3是本发明电力线数字通信家电网络中需传输的数字信号解调原理图；
图4是本发明电力线数字通信家电网络16QAM调制原理的影射图；
图5是本发明电力线数字通信家电网络QAM调制原理的各种影射图；
图6是本发明电力线数字通信家电网络的示意图。
具体实施方式
利用数字技术，把模拟信号转换成数字信号，可以对信号进行压缩处理，同时选用先进的数字信号调制技术，还可以充分利用载波的频谱资源。例如：模拟调制信号的载波频率必须高于调制频率的三倍以上，而数字信号调制，用最简单的QPSK调制(正交调相)，一个赫兹载波信号可以传输2bit数字信号，如用256QAM调制(正交调幅、调相)，一个赫兹载波信号可以传输8bit数字信号，或用OFDM调制(多载波正交调制)，一个赫兹载波信号最高可以传输20bit数字信号。因此，在电力线载波通信中利用数字信号调制技术可以大大降低载波的工作频率，用3.5MHz的带宽就可以实现高清电视信号的传输。
请参阅图1，本发明信号电力线数字通信家电网络之间任意两台设备之间进行信号传输的工作原理如图所示。以一台DVD播放机和一台电视机为例。
DVD输出的视频和音频信号如果不是数字信号，首先要经过A/D模数转换，同时还需要进行信号压缩，即信源编码，这个过程我们简称为数字信号处理。然后数字信号还需要继续进行编码，或称信道编码。数字信号进行信道编码的过程就是把数字信号按bit(位)进行分组，组与组之间还可以进行组合，最后在每组或每大组的前面插入同步信号，在每组或每大组的结尾加上结束信号，这种带有同步和结束信号的一组数字信号就叫做一帧，数字信号都是按一帧一帧地进行传输的。
数字信号进行传输的时候必须要进行调制，把数字信号调制在一个载波上。数字信号在进行调制的过程中，还需要进行一次编码，叫调制编码。调制编码是数字信号在传输过程中最后一次编码，它是一种代码编组过程。如，QPSK调制是四相制调制，用相位表示可以分别是：45°、135°、225°、315°，或其它相位，对应的调制信号可以用两bit数字表示：00、01、10、11，即共有四组代码。同理，对于64QAM调制方式，则有64组代码(6bit编码)。因此，数字信号调制是按代码的方式传送信号的，所以它的传输效率很高。
经过调制编码的数字信号最后被分成两组，并且还要进行数字/调幅信号转换，即把每一组数字信号转换成一个对应幅度的脉冲信号，得到两路脉冲调制信号I和Q，然后再分别对正交载波信号进行调制(调幅)，最后把两路正交调制信号再相加，就可以输出一组QAM调幅、调相信号。
请参阅图2和图3，载波信号经过移相后被分成两路信号，两路信号在相位上相差90°(即正交)，I和Q为两组(相当于一组代码)数字/调幅信号(方波)。解调时必须要先把基准载波信号从调制载波信号中恢复，然后分成两路信号，其中一路须移相，两路信号在相位上相差90°，最后再跟输入信号相乘，即可得到两个正交数字调制信号(一组代码信号)输出。调制信号还需进一步进行译码才能得到数字信号，数字信号还要经过多次解码才能得出音、视频信号输出。
基准载波信号恢复的方法是从同步头中提取基准载波信号的相位信息，然后对锁相环振荡电路进行锁相，相位锁定后，锁相环振荡电路的输出就相当于基准载波，请参阅图3中的基准载波恢复电路LO。
一般QAM调制除了QPSK(也称4QAM)是单纯的调相外，其它多种调制模式都是调相又调幅，即I和Q两路调制信号的幅度和相位同时都要变化。
请参阅图4和图5，QAM调制的阶数越低，编、解码和调制就越简单，但码率也会降低，QAM调制的最高阶数为8(8比特编码，即256个状态)，相当于每赫兹最多能携带8比特信息。
因目前数字电视基本采用MPEG2信源编码，HDTV高清数字电视的码率为19.3Mbps，SDTV标清数字电视的码率为9Mbps，普通数字电视(PAL清晰度)的码率为5Mbps，若选用新的信源编码标准(如AVS或H.264和MPEG4)，码率还可以进一步降低(1-4倍)。因此选用3.5MHz左右高频率的载波，和选用64QAM(6比特编码，每赫兹携带6比特信息)，就能满足传送HDTV高清数字电视的码率要求，基本用不着选用256QAM和OFDM(正交多载波调制)调制模式。
如果选用3.5MHz载波信号，其波长约等于60米(载波信号在电力线中的传播速度约等于光速的三分之二)，四分之一波长为15米。只要信号在电力线中的传输距离小于四分之一波长，信号在线路中产生来回反射造成的驻波干扰就很小。一般家庭中的电力线路都会小于15米，因此，载波信号最高频率最好选在3.5MHz附近。当码率不需要很高的时候，如：传输控制信号、音频信号或标清数字电视信号，载波信号的频率还可以降低，数字调制的模式也可以降低(如选用QPSK、8QAM、16QAM、32QAM等)，以提高信号的抗干扰能力。
请参阅图6，本发明电力线数字通信家电网络包括多个电子设备(音视频应用设备A和音视频应用设备B)、连接多个电子设备的电力线路和二高频阻波器。
本发明电力线数字通信家电网络的每一个电子设备的输出、输入口均需安装一个数字调制、解调器。且本实施例的数字调制、解调器都安装在电子设备之中，其与电子设备共同使用一根电力线，其包括有数字信号处理模块、数字信号编码模块、数字信号调制模块、数字信号解调模块和数字信号译码模块。由于电子设备在电源的输入端都安装有差模滤波电容器，对高频信号会造成短路，因此本发明电力线数字通信家电网络的每一电子设备电源的输入端均安装了一个高频阻波器，本实施例的高频阻波器采用一个差模电感或两个分立电感组成，其作用是对高频阻抗很大，而对50Hz或60Hz的交流电，阻抗很小。
本发明电力线数字通信家电网络的高频阻波器设置于的电力线路的两端，以防止高频信号逃逸。可以理解，如果两个或多个电子设备的电力线都是同插在一组电源插座上，则只需要这组电源插座用高频阻波器对其它电力线路进行隔离即可；如果两个或多个电子设备的电力线不是同插在一组电源插座上，而是插在不同地方电源插座上，如：一个在客厅，另一个在厨房或卧房，则同一电力线路上的其它设备或电源插座均需要用高频阻波器进行隔离。
可以理解，本发明电力线数字通信家电网络的每一个电子设备的调制、解调器最好具有频谱管理功能，在多个载波频率中根据不同传送码率和用途及干扰程度选取最佳之一来进行通信。其可以通过监视锁相环工作频率失调的情况来实现。
载波频率的选择以载波中心频率的1.3倍带宽为原则，如：最高载波频率约为3.5MHz，则下一个相邻载波频率应为2.7MHz，再下一个相邻的载波频率应为2.07MHz等等，但具体频率数字还要由选用的晶体振荡频率来确定。晶体振荡频率是各载波频率的公倍数，因为载波频率一般都是通过对晶体振荡频率的倍频来产生。
此外，在两个或多个电子设备的电力线通信过程中，一般都是非对称式的，即以一个为主，另一个为辅。如：DVD与电视机，DVD主要为发送数字信号，电视机主要为接收数字信号，但电视机也可以向DVD发送遥控信号，即：对于发送来说，是DVD为主，电视机为辅，而对于接收来说，正好相反，是以电视机为主，DVD为辅。因此，不同功能的电子设备可以选用不同的调制、解调器工作模式。
Claims (5)
1.一种电力线数字通信家电网络，其特征在于包括多个电子设备、连接多个电子设备的电力线路和二设置于上述电力线路两端的高频阻波装置，上述每一电子设备的输出输入端安装有一数字调制解调器，该数字调制解调器与每一电子设备共用一根电力线，上述每一电子设备的电源输入端均安装了一高频阻波器。
2.如权利要求1所述的电力线数字通信家电网络，其特征在于：所述数字调制解调器安装于每一电子设备内部。
3.如权利要求2所述的电力线数字通信家电网络，其特征在于：所述数字调制解调器的调制部分依次包括数字信号处理模块、数字信号编码模块和数字信号调制模块，解调部分依次包括数字信号解调模块和数字信号译码模块。
4.如权利要求1所述的电力线数字通信家电网络，其特征在于：所述高频阻波器由一差模电感组成。
5.如权利要求1所述的电力线数字通信家电网络，其特征在于：所述高频阻波器由两个分立电感组成。
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