CN1734961B - 一种利用电力线进行数字通信的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种利用电力线进行数字通信的方法，其包括：通过电力线路连接多个电子设备；在所述电力线路的两端和每一电子设备的输入端分别设置高频阻波装置；将任一所述电子设备输出的经过调制编码后的数字信号发送到所述电力线路上并通过其传输至其他电子设备，所述高频阻波装置可防止数字信号的向外扩散和损耗；所述其他电子设备自电力线路接收数字信号后解调播放。本发明方法利用数字信号的调制新技术，将家电设备的视频信号进行调制和解调后可在电力线上传输，从而在短距离内实现家电设备之间的视频传输，无须额外接插其他视频信号线，并且利用现有的电力传输线路，使设备使用起来实现智能化、通用化更为简单，方便了用户使用。

Description

一种利用电力线进行数字通信的方法 

技术领域

本发明涉及一种利用电力线进行数字通信的方法，尤其涉及的是，一种在家用电器网络中利用电力线进行数字通信的方法。 

背景技术

目前很多家用电器设备，如：电视机、录像机、DVD等，它们之间的信号传输都是通过一根或多根信号线连接来实现的，这样使用起来很不方便，还会影响美观，并且很多设备的信号输入、输出端口往往都标注英文，一般用户如果不能看懂，就非常容易接错信号线。而对于用户来说，在使用机器设备的时候，如果只需接上电源线，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，那将是最简便的连接方式。 

现有技术中也有采用电力线传输通信信号的研究，但目前主要是为远途传输控制信号，因为电力线传输视频信号的数据量太大，码率太高，而远途损耗严重，目前无法实现大数据量的传输。 

用电源线进行载波通信的方法很早就有人尝试，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，其码量高，数据量大，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。 

由于电源线路结构比较复杂，一般都是开放式结构，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源线路中衰减、辐射、干扰很严重，无法实现信号高质量的传输和还原。另外，电源线路电压很高，安全问题也比较难以解决。因此，电源线路载波通信技术一直没有在家用电器网络等视频通信技术方面得到应用。

发明内容

本发明的一种利用电力线进行数字通信的方法，可通过电源线在短距离的家电设备之间进行数字通信，利用数字信号的调制新技术，通过电源线将视频的大量数字信号进行传输，使多个电器设备之间能够互相进行信号传输，解决各种家电设备之间的复杂连线问题。 

本发明的技术方案如下： 

一种利用电力线进行数字通信的方法，其中，包括以下步骤： 

通过电力线路连接多个电子设备； 

在所述电力线路的两端和每一电子设备的输入端分别设置一个QAM或OFDM正交调制信号高频阻波装置； 

将任一所述电子设备输出的经过调制编码后的数字信号发送到所述电力线路上并通过其传输至其他电子设备，所述QAM或OFDM正交调制信号高频阻波装置可防止数字信号的向外扩散和损耗； 

所述其他电子设备自电力线路接收数字信号后解调播放。 

所述的利用电力线进行数字通信的方法，其中，所述电子设备输出的数字信号的调制编码包括以下步骤： 

a1)所述电子设备发出信源信号，对该信源信号进行信源编码压缩，即数字信号处理； 

a2)然后对该经过信源编码的数字信号进行信道编码； 

a3)将经信道编码后的数字信号进行调制在载波上，并在调制的过程中进行调制编码，经调制编码后的数字信号按代码的方式传送信号

所述的利用电力线进行数字通信的方法，其中，所述信源信号为模拟信号时，在所述步骤a1)前还设置有模数转换电路进行模数转换为数字信号。 

所述的利用电力线进行数字通信的方法，其中，所述信道编码过程步骤a2)即是将数字信号按位进行分组，组与组之间可进行组合，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，形成具有同步和结束信号的一帧。 

所述的利用电力线进行数字通信的方法，其中，所述电子设备输出的数字信号的调制编码后还包括以下步骤：经过调制编码后的数字信号被分成两组，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和，然后再分别对正交载波信号进行调制，最后把两路正交调制信号再相加，输出一组调幅、调相信号。 

所述的利用电力线进行数字通信的方法，其中，所述方法中的数字调制模式可选用QPSK、8QAM、16QAM或32QAM。 

所述的利用电力线进行数字通信的方法，其中，所述其他电子设备接收的数字信号后解调过程包括以下步骤： 

b1)对接收来自电力线路的调制后的载波数字信号进行信号解调，根据代码解调出对应每帧信号； 

b2)对解调后的数字信号进行数字信号译码，按所述步骤a2)的逆向方式译码； 

b3)然后对译码后的数字信号进行信源信号还原解压。 

所述的利用电力线进行数字通信的方法，其中，所述信号解调过程为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一预定相位，最后再跟输入信号相乘，即可得到两个数字调制信号，即一组代码信号的输出，所述调制信号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。 

所述的利用电力线进行数字通信的方法，其中，所述基准载波信号恢复的方法是从同步信号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。 

本发明所提供的一种利用电力线进行数字通信的方法，利用数字信号的调制新技术，将家电设备的视频信号进行调制和解调后可在电力线上传输，从而在短距离内实现家电设备之间的视频传输，无须额外接插其他视频信号线，并且利用现有的电力传输线路，使设备使用起来实现智能化、通用化更为简单，方便了用户使用。 

附图说明

图1为本发明的所述利用电力线进行数字通信的方法的原理示意图； 

图2为本发明的所述利用力线进行数字通信的方法数字信号调制原理图； 

图3为本发明的所述利用电力线进行数字通信的方法数字信号解调原理图； 

图4是本发明的利用电力线进行数字通信的方法16QAM调制原理的影射图； 

图5是本发明的所述利用电力线进行数字通信的方法中QAM调制原理的各种影射图。 

具体实施方式

以下结合附图，将对本发明的较佳实施例加以详细描述。 

本发明的所述利用电力线进行数字通信的方法，如图1所示的，是利用数字技术，把模拟信号转换成数字信号，然后对信号进行压缩处理，同时选用先进的数字信号调制技术，并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。 

如图1中所示的是利用电力线，在两台设备之间进行信号传输的工作原理图。为了分析简便，图中只示意画出了通信线路中的一部分，即图1中左边为信号调制发送，右边为信号接收解调，左边向左及右边向右都是无限延展的电力线网络。举例来说，左边的视频、音频、数据应用设备可以理解为DVD播放机，右边的视频、音频、数据应用设备可以理解为电视机，比如DVD播放机可能放置在客厅里，而多台电视机可能分别放置在其它房间内。 

如果所述视频、音频、数据应用设备如DVD播放机输出的视频和音频信号不是数字信号，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，这个过程简称为数字信号处理，最终产生经过信源编码的数字信号。然后数字信号还需要继续进行数字信号编码，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。 

数字信号在进行传输前必须要进行调制，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，还需要再进行一次编码，叫调制编码。调制编码是数字信号在传输过程中的最后一次编码，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二进制两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，数字信号经过调制后是按代码的方式传送信号的，它的传输效率很高。 

经过调制编码后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。 

该经过调制编码后的数字信号发送到电力网上，由于在电力网传输的两端设置有高频阻波器，比如将高频阻波器设置在某段电力网上，使用本发明方法的DVD播放机和电视机都设置在该电力网的上述两高频阻波器之间，从而防止数字信号的向外扩散和损耗。在该高频阻波器之间还设置有信号接收过程，即设置在信号接收装置，如电视机中。在信号接收后，对信号还原的过程与上述调制过程逆反，经过数字信号解调、数字信号解码、数字信号处理后到视频、音频、数据应用设备进行播放，其具体过程不再详述。 

如图2所示的是数字信号调制原理图。所述基准载波信号RF in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为两组数字/调幅信号(方波)，相当于一组代码，经过调制形成调制载波信号输出RF out。如图3是数字信号解调原理图，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I和Q即一组代码信号的输出。所述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。 

所述基准载波信号恢复的方法是从同步帧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，图3中的LO就是基准载波恢复电路。 

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。图 4是16QAM调制原理的影射图，图5是QAM调制原理的各种影射图，也叫星座图。 

从图4、图5中可以看出，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，所能传输的数据量也愈低，QAM调制的最高阶数为8，即8比特编码，256个状态，相当于每赫兹最多能携带8比特信息。 

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，普通数字电视如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，即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，由于载波信号在电源线中的传播速度约等于光速的三分之二，其四分之一波长为15米。只要信号在电源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。一般家庭中的电源线路都会小于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、音频信号或标准清晰度的数字电视信号，载波信号的频率还可以进一步降低，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。 

综上，本发明的所述利用电力线进行数字通信的方法，其实现了在家用电器中采用电力线传输数字信号，尤其是传输视频信号，无需采用过高频率载波信号，传输数字信号清晰，并且仅有一根电力线，大大方便了用户的使用，而且可以在家庭内分布自由。 

Claims (9)

1.一种利用电力线进行数字通信的方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过电力线路连接多个电子设备；

在所述电力线路的两端和每一电子设备的输入端分别设置一个QAM或OFDM正交调制信号高频阻波装置；

将任一所述电子设备输出的经过调制编码后的数字信号发送到所述电力线路上并通过其传输至其他电子设备，所述QAM或OFDM正交调制信号高频阻波装置可防止数字信号的向外扩散和损耗；

所述其他电子设备自电力线路接收数字信号后解调播放。

2.如权利要求1所述的利用电力线进行数字通信的方法，其特征在于，所述电子设备输出的数字信号的调制编码包括以下步骤：

a 1)所述电子设备发出信源信号，对该信源信号进行信源编码压缩，即数字信号处理；

a2)然后对该经过信源编码的数字信号进行信道编码；

a 3)将经信道编码后的数字信号进行调制在载波上，并在调制的过程中进行调制编码，经调制编码后的数字信号按代码的方式传送信号。

3.如权利要求2所述的利用电力线进行数字通信的方法，其特征在于，所述信源信号为模拟信号时，在所述步骤a1)前还设置有模数转换电路进行模数转换为数字信号。

4.如权利要求2所述的利用电力线进行数字通信的方法，其特征在于，所述信道编码过程步骤a2)即是将数字信号按位进行分组，组与组之间可进行组合，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，形成具有同步和结束信号的一帧。

5.如权利要求2所述的利用电力线进行数字通信的方法，其特征在于，所述电子设备输出的数字信号的调制编码后还包括以下步骤：经过调制编码后的数字信号被分成两组，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和，然后再分别对正交载波信号进行调制，最后把两路正交调制信号再相加，输出一组调幅、调相信号。

6.如权利要求5所述的利用电力线进行数字通信的方法，其特征在于，所述方法中的数字调制模式可选用QPSK、8QAM、16QAM或32QAM。

7.如权利要求2所述的利用电力线进行数字通信的方法，其特征在于，所述其他电子设备接收的数字信号后解调过程包括以下步骤：

b1)对接收来自电力线路的调制后的载波数字信号进行信号解调，根据代码解调出对应每帧信号；

b2)对解调后的数字信号进行数字信号译码，按所述步骤a2)的逆向方式译码；

b3)然后对译码后的数字信号进行信源信号还原解压。

8.如权利要求7所述的利用电力线进行数字通信的方法，其特征在于，所述信号解调过程为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一预定相位，最后再跟输入信号相乘，即可得到两个数字调制信号，即一组代码信号的输出，所述调制信号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。

9.如权利要求8所述的利用电力线进行数字通信的方法，其特征在于，所述基准载波信号恢复的方法是从同步信号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。

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