CN208609009U - 一种电力线通信系统中的多模通信装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电力线载波通信领域，提供了一种电力线通信系统中的多模通信装置，包括核心处理单元、耦合单元、发送单元和接收单元，所述核心处理单元的输出端通过发送单元与所述耦合单元的输入端连接，所述核心处理单元的输入端通过接收单元与所述耦合单元的输出端连接；所述发送单元包括多载波发送端通信单元、第一单载波发送端通信单元、第二单载波发送端通信单元和第一模拟前端单元；所述接收单元包括多载波接收端通信单元、第一单载波接收端通信单元、第二单载波接收端通信单元和第二模拟前端单元。本实用新型在保证电力线通信性能同时能兼顾各种通信速率应用场景，可以广泛应用于电力线载波通信领域以及单载波多载波混合网络通信领域。

Description

一种电力线通信系统中的多模通信装置

技术领域

本实用新型属于电力线载波通信领域，具体涉及一种用于电力通信系统的多模通信装置。

背景技术

电力线载波通信技术是利用电力线作为媒介进行数据传输的一种通信方式，具有天然的优势。随着国家智能电网的建设，电力线作为一种经济方便的通信媒介受到青睐，然而我国电网环境复杂，诸多接入到电网中的电器带由于自身产生的一些干扰信号使得电力线通信信道上存在多种干扰，尤其是低频段1MHz频段内噪声干扰较大，干扰形式多样，主要有有色背景噪声、窄带干扰、脉冲干扰、同步于工频的周期性噪声和异步于工频的周期性噪声等，同步于工频的脉冲干扰和异步于工频的脉冲干扰可以归为频域的窄带干扰和时域的突发脉冲干扰。

对于单载波系统来说，窄带干扰对系性能的影响较大，一旦干扰频率与系统通信频率重合，将会导致性能大幅下降，目前电力线载波应用中的单载波系统的通信速率较低，单纯的单载波系统无法较好满足当前应用需求。

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，缩写为OFDM)是当前高速应用中使用较多的调制方法，其优点是将频率选择性信道转变为平坦衰落信道，利用循环前缀克服码间干扰(Inter-Symbol Interference，ISI)的影响，为系统带来较高的速率，同时由于信道被划分为多个子信道，对抗窄带干扰的能力提升。然而电力线信道环境中，由于用户负载变化等因素导致多径时延不稳定，在某些情况下利用循环前缀并不能完全消除多径的影响，会对OFDM多载波系统带来性能影响。

现有电力通信通信系统中，采用OFDM调制、DBPSK(二进制差分相移键控)调制、BFSK(二进制频移键控)调制方式中的任意一种都具有其难以克服的缺点，也就是说，单一的通信模式无法完全满足电力线通信领域不同的噪声形态下的系统性能，当存在某个固有频段的噪声和干扰时，将会严重干扰单一通信模式的性能，而且单一的通信模式，不能在保证性能基础上满足不同应用速率需求。因此，需要提出一种可以应用于电力线通信系统的通信装置，以解决上述问题。

实用新型内容

为适应电力线载波通信领域的实际需求，本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种电力线通信系统中的多模通信装置，在保证电力线通信性能同时兼顾各种通信速率应用场景。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种电力线通信系统中的多模通信装置，包括核心处理单元、耦合单元、发送单元和接收单元，所述核心处理单元的输出端通过发送单元与所述耦合单元的输入端连接，所述核心处理单元的输入端通过接收单元与所述耦合单元的输出端连接；所述发送单元包括多载波发送端通信单元、第一单载波发送端通信单元、第二单载波发送端通信单元和第一模拟前端单元，所述多载波发送端通信单元、第一单载波发送端通信单元和第二单载波发送端通信单元的输入端分别与所述核心处理单元的输出端连接，输出端分别通过所述第一模拟前端单元与所述耦合单元的输入端连接；所述接收单元包括多载波接收端通信单元、第一单载波接收端通信单元、第二单载波接收端通信单元和第二模拟前端单元，所述多载波接收端通信单元、第一单载波接收端通信单元和第二单载波接收端通信单元的输入端分别通过所述第二模拟前端单元与所述耦合单元的输出端连接，输出端分别与所述核心处理单元的输入端连接。

所述多载波发送端通信单元采用OFDM调制，所述多载波接收端通信单元采用OFDM解调方式；所述第一单载波发送端通信单元采用DBPSK调制，所述第一单载波接收端通信单元采用DBPSK解调方式；所述第二单载波发送端通信单元采用BFSK调制，所述第二单载波接收端通信单元采用BFSK解调方式。

所述发送单元还包括复用编码单元，所述复用编码单元分别与所述多载波发送端通信单元和所述第一单载波发送端通信单元连接，用于对所述第一单载波发送端通信单元或多载波发送端通信单元接收到的信号进行向前纠错编码；所述接收单元还包括复用译码单元，所述复用译码单元分别与所述多载波接收端通信单元和所述第一单载波接收端通信单元连接，用于对所述第一单载波接收端通信单元或多载波接收端通信单元接收到的信号进行向前纠错译码。

所述多载波发送端通信单元包括第一多载波编码模块、第二多载波编码模块、多载波调制模块；所述第一单载波发送端通信单元包括第一单载波调制模块，所述第二单载波发送端通信单元包括单载波编码模块和第二单载波调制模块；所述第一多载波编码模块的输入端与所述核心处理单元的输出端连接，所述复用编码单元的第一输入端与所述第一多载波编码模块的输出端连接，所述复用编码单元的第二输入端与所述核心处理单元连接，所述复用编码单元的第一输出端依次经所述第二多载波编码模块、多载波调制模块与所述第一模拟前端单元连接，所述复用编码单元的第二输出端经所述第一单载波调制模块与所述第一模拟前端单元连接；所述单载波编码模块的输入端与所述核心处理单元的输出端连接，所述单载波编码模块的输出端经所述第二单载波调制模块与所述第一模拟前端单元连接；

所述多载波接收端通信单元包括第一多载波译码模块、第二多载波译码模块、多载波解调模块和多载波检测模块；所述第一单载波接收端通信单元包括第一单载波解调模块和第一单载波检测模块，所述第二单载波接收端通信单元包括单载波译码模块、第二单载波解调模块和第二单载波检测模块；所述多载波检测模块、第一单载波检测模块和第二单载波检测模块的输入端均通过所述第二模拟前端单元与耦合单元的输出端连接，所述多载波检测模块的输出端依次经所述多载波解调模块、第二多载波接收端译码模块后与所述复用译码单元的第一输入端连接，所述复用译码单元的第一输出端经所述第一多载波接收端译码模块后与所述核心处理单元的输入端连接；所述第一单载波检测模块的输出端经所述第一单载波解调模块后与所述复用译码单元的第二输入端连接，所述复用译码单元的第二输出端与所述核心处理单元连接；所述第二单载波检测模块的输出端依次经所述第二单载波解调模块和单载波译码模块后与所述核心处理单元的输入端连接。

所述复用编码单元包括第一复用编码模块和第二复用编码模块；所述复用译码单元包括第一复用译码模块和第二复用译码模块。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本实用新型提出的一种多模通信装置，包括多种通信模式，当信道环境较好时，可以采用多载波通信系统，提高系统速率，当信道环境噪声干扰影响较大时，可以降低通信速率，采用性能更为鲁棒的单载波通信系统，保证系统可靠性，多载波与单载波融合系统可以实现优势互补，解决了电力线通信信道环境中噪声干扰变化随机导致的通信性能差的问题，此外，本实用新型还可以满足单载波多载波混合网络通信应用需求。

2、本实用新型结合电力线信道环境的特点，将多载波OFDM调制与单载波DBPSK调制、单载波BFSK调制三种不同调制模式融合，形成通信模式互补系统，可以较好的保证电力线通信性能同时兼顾各种通信速率应用场景，同时，该通信装置可以依据使用环境自适应切换。

附图说明

图1为本实用新型实施例中提出的一种用于电力线通信系统多模通信装置的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例中提出的一种用于电力线通信系统多模通信装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例和附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，为本实用新型实施例提供的一种电力线通信系统中的多模通信装置，包括核心处理单元、耦合单元、发送单元和接收单元，所述核心处理单元的输出端通过发送单元与所述耦合单元的输入端连接，所述核心处理单元的输入端通过接收单元与所述耦合单元的输出端连接；所述发送单元包括多载波发送端通信单元、第一单载波发送端通信单元、第二单载波发送端通信单元和第一模拟前端单元，所述多载波发送端通信单元、第一单载波发送端通信单元和第二单载波发送端通信单元的输入端分别与所述核心处理单元的输出端连接，输出端分别通过所述第一模拟前端单元与所述耦合单元的输入端连接；所述接收单元包括多载波接收端通信单元、第一单载波接收端通信单元、第二单载波接收端通信单元和第二模拟前端单元，所述多载波接收端通信单元、第一单载波接收端通信单元和第二单载波接收端通信单元的输入端分别通过所述第二模拟前端单元与所述耦合单元的输出端连接，输出端分别与所述核心处理单元的输入端连接。

其中，本实施例中，所述多载波发送端通信单元采用OFDM调制，所述多载波接收端通信单元采用OFDM解调方式；所述第一单载波发送端通信单元采用DBPSK调制，所述第一单载波接收端通信单元采用DBPSK解调方式；所述第二单载波发送端通信单元采用BFSK调制，所述第二单载波接收端通信单元采用BFSK解调方式。本实施例中，通过将多载波OFDM调制与单载波DBPSK调制、单载波BFSK调制相结合，形成通信模式互补系统，可以较好的保证电力线通信性能同时兼顾各种通信速率应用场景。本实用新型将电力线载波通信系统中应用的单载波的两种调制方式与多载波调制方式融合到同一个通信芯片中，使通信芯片同时可以支持三种通信模式，使系统应用选择性更多，模式更灵活。

具体地，如图1所示，本实施例提出的一种电力线通信系统中的多模通信装置种，发送单元还包括复用编码单元，所述复用编码单元分别与所述多载波发送端通信单元和所述第一单载波发送端通信单元连接，用于对所述第一单载波发送端通信单元或多载波发送端通信单元接收到的信号进行向前纠错编码；所述接收单元还包括复用译码单元，所述复用译码单元分别与所述多载波接收端通信单元和所述第一单载波接收端通信单元连接，用于对所述第一单载波接收端通信单元或多载波接收端通信单元接收到的信号进行向前纠错译码。本实施例中，多载波发送端波通信单元与第一单载波发送端通信单元复用前向纠错编码模块，多载波接收端波通信单元与第一单载波接收端通信单元复用前向纠错译码模块，可以达到节省设计成本的目的。

如图2所示，为本实用新型另一实施例提供的一种电力线通信系统中的多模通信装置，与前一实施例相同的是，本实施例提供的一种电力线通信系统中的多模通信装置，包括核心处理单元、耦合单元、发送单元和接收单元，所述发送单元包括多载波发送端通信单元、第一单载波发送端通信单元、第二单载波发送端通信单元和第一模拟前端单元，接收单元包括多载波接收端通信单元、第一单载波接收端通信单元、第二单载波接收端通信单元和第二模拟前端单元。与前一实施例不同的是，本实施例中，所述多载波发送端通信单元包括第一多载波编码模块、第二多载波编码模块、多载波调制模块；所述第一单载波发送端通信单元包括第一单载波调制模块，所述第二单载波发送端通信单元包括单载波编码模块和第二单载波调制模块；所述第一多载波编码模块的输入端与所述核心处理单元的输出端连接，所述复用编码单元的第一输入端与所述第一多载波编码模块的输出端连接，所述复用编码单元的第二输入端与所述核心处理单元连接，所述复用编码单元的第一输出端依次经所述第二多载波编码模块、多载波调制模块与所述第一模拟前端单元连接，所述复用编码单元的第二输出端经所述第一单载波调制模块与所述第一模拟前端单元连接；所述单载波编码模块的输入端与所述核心处理单元的输出端连接，所述单载波编码模块的输出端经所述第二单载波调制模块与所述第一模拟前端单元连接。

此外，与前一实施例不同的地方还在于，本实施例中，所述多载波接收端通信单元包括第一多载波译码模块、第二多载波译码模块、多载波解调模块和多载波检测模块；所述第一单载波接收端通信单元包括第一单载波解调模块和第一单载波检测模块，所述第二单载波接收端通信单元包括单载波译码模块、第二单载波解调模块和第二单载波检测模块；所述多载波检测模块、第一单载波检测模块和第二单载波检测模块的输入端均通过所述第二模拟前端单元与耦合单元的输出端连接，所述多载波检测模块的输出端依次经所述多载波解调模块、第二多载波接收端译码模块后与所述复用译码单元的第一输入端连接，所述复用译码单元的第一输出端经所述第一多载波接收端译码模块后与所述核心处理单元的输入端连接；所述第一单载波检测模块的输出端经所述第一单载波解调模块后与所述复用译码单元的第二输入端连接，所述复用译码单元的第二输出端与所述核心处理单元连接；所述第二单载波检测模块的输出端依次经所述第二单载波解调模块和单载波译码模块后与所述核心处理单元的输入端连接。

此外，与前一实施例不同的地方还在于，本实施例中，复用编码单元包括第一复用编码模块和第二复用编码模块；所述复用译码单元包括第一复用译码模块和第二复用译码模块。

本实施例中，多载波第一编码模块主要作用是随机化发送序列，降低多载波调制信号的峰均比，多载波第一译码模块是对多载波发送端第一编码模块的逆处理单元；第一复用编码模块与第二复用编码模块为前向纠错编码的级联码，在多载波通信单元和第一单载波通信单元中均采用相同编码结构，但其使用不同的编码参数，第一复用译码模块与第二复用译码模块分别为第一复用编码模块与第二复用编码模块的译码处理过程，在设计上多载波发送端波通信单元与第一单载波发送端通信单元复用前向纠错编码模块，多载波接收端波通信单元与第一单载波接收端通信单元复用前向纠错编码模块，可以达到节省设计成本的目的。

本实施例中，多载波第二编码模块的作用主要是用于对数据进行交织处理以及数据重复编码处理，多载波第二译码模块的作用对多载波第二编码模块的逆处理。是在接收端进行译码处理。此外，多载波检测模块、第一单载波检测模块和第二单载波检测模块用于对第二模拟前端通信单元的输出信号进行同步、信道估计，同步过程可以根据不同的接收信号特征结果来确定信号为单载波信号还是多载波信号。

本实用新型的工作原理如下：在发送端，核心处理单元将待发送的数据组帧后送入发送单元，核心处理单元会提前配置好将待发送数据送入多载波发送端通信单元还是单载波发送端通信单元，如果核心处理单元指示待发送数据送入多载波发送端通信单元，待发送数据首先送入第一多载波编码模块进行序列随机化处理，随机化后的数据依次送入第一复用编码模块与第二复用编码模块，进行前向纠错编码处理，以增强接收端数据的抗干扰能力，提高可靠性，第二多载波编码模块将第二复用编码模块的输出数据进行交织与分集处理，以将连续错误离散化，并且进行重复编码，进一步增强数据的鲁棒性，第二多载波编码模块处理完成后的数据送入到多载波调制单元进行多载波调制，调制完成后的数据经过第一模拟前端单元转换为模拟信号，并通过耦合单元送入到电力线中进行数据通信；如果核心处理单元指示待发送数据送入单载波发送通信单元，则对待发送数据进行单载波通路处理，如果核心处理单元指示通过第一单载波通信单元处理数据，则将待发送数据送入到第一复用编码模块与第二复用编码模块，进行前向纠错编码处理，编码完成后的数据输出到第一单载波调制单元，进行单载波调制处理，调制完成后的数据经过第一模拟前端单元转换为模拟信号，并通过耦合单元送入到电力线中进行数据通信；如果核心处理单元指示第二单载波通信单元处理数据，则待发送数据被送入单载波编码模块，进行扩频编码处理，以增强抗干扰性，编码完成后的数据送入到第二单载波调制单元进行单载波调制处理，调制完成后的数据经过第一模拟前端单元转换为模拟信号，并通过耦合单元送入到电力线中进行数据通信。

本实用新型设计中，在接收端分别根据多载波检测模块与第一和第二单载波检测模块的检测结果来解析接收信号的特征，根据信号特征的判定结果自适应确定后续模块的接收模式。也就是说，在接收端，首先根据接收到检测模块的检测结果来确定后续数据是进行单载波通信单元处理还是多载波通信单元处理，针对不同的处理，依据优先级确定第一复用译码模块和第二复用译码模块是被多载波接收端通信单元占用还是被第一单载波接收端通信单元占用，默认支持多载波通信单元优先占用，以保证多载波应用模式的系统效率。如果接收端单载波检测模块检测到接收的信号为单载波信号时，则通过单载波通信单元进行处理，并会依据信号的特征自适应选择接收信号是送入第一单载波解调模块中处理还是被送入第二单载波解调模块中处理，如果送入第一单载波解调模块中处理，那么在解调处理完成后，第一单载波接收端通信单元会通过核心处理单元去获取第一复用译码模块与第二复用译码模块的占用信息来确定当前第一复用译码模块与第二复用译码模块是否空闲，如果非空闲，那么会等待一段设定时间，时间到后会再次获取第一复用译码模块与第二复用译码模块的占用情况，如果未被占用，那么核心处理单元会将第一单载波解调模块后的数据送入到第二复用译码模块中处理，处理完成后继续送入到第一复用译码模块中处理，第一复用译码模块处理完成后，送入核心处理单元，完成单载波接收过程；如果被占用，那么将接收到的报文舍弃，停止接收；如果信号被送入第二单载波解调模块中处理，第二单载波解调模块不占用复用译码模块，所以无需通过核心处理单元去获取第一复用译码模块与第二复用译码模块占用信息，直接将第二单载波检测模块处理后的信息送入到第二单载波解调模块进行处理，处理后送入单载波译码模块进行译码处理，最后送入核心处理单元，完成单载波接收过程；如果接收端多载波检测模块检测到接收的信号为多载波信号时，在多载波检测模块之后将数据送入多载波解调模块，多载波解调模块处理完成后数据送入第二多载波译码模块进行处理，通过核心处理单元来确认复用第一译码模块与复用第二译码模块的占用信息，如果被占用，则将第二多载波译码模块处理完成的数据缓存下来，直到第一复用译码模块与第二复用译码模块解除占用，然后将数据送入第二复用译码模块进行处理，第二复用译码模块处理完成后将数据送入第一复用译码模块进行处理，处理完成后将数据发送至第一多载波译码模块进行处理，最终数据送入核心处理单元。

由于电力线通信信道环境中噪声干扰变化随机，本实用新型提出的一种多模通信装置，包括多种通信模式，当信道环境较好时，可以采用多载波通信系统，提高系统速率，当信道环境噪声干扰影响较大时，可以降低通信速率，采用性能更为鲁棒的单载波通信系统，保证系统可靠性，多载波与单载波融合系统可以实现优势互补，本实用新型还可以满足单载波多载波混合网络通信应用需求。

上面结合附图对本实用新型的实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.一种电力线通信系统中的多模通信装置，其特征在于，包括核心处理单元、耦合单元、发送单元和接收单元，所述核心处理单元的输出端通过发送单元与所述耦合单元的输入端连接，所述核心处理单元的输入端通过接收单元与所述耦合单元的输出端连接；

所述发送单元包括多载波发送端通信单元、第一单载波发送端通信单元、第二单载波发送端通信单元和第一模拟前端单元，所述多载波发送端通信单元、第一单载波发送端通信单元和第二单载波发送端通信单元的输入端分别与所述核心处理单元的输出端连接，输出端分别通过所述第一模拟前端单元与所述耦合单元的输入端连接；

所述接收单元包括多载波接收端通信单元、第一单载波接收端通信单元、第二单载波接收端通信单元和第二模拟前端单元，所述多载波接收端通信单元、第一单载波接收端通信单元和第二单载波接收端通信单元的输入端分别通过所述第二模拟前端单元与所述耦合单元的输出端连接，输出端分别与所述核心处理单元的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种电力线通信系统中的多模通信装置，其特征在于，所述多载波发送端通信单元采用OFDM调制，所述多载波接收端通信单元采用OFDM解调方式；所述第一单载波发送端通信单元采用DBPSK调制，所述第一单载波接收端通信单元采用DBPSK解调方式；所述第二单载波发送端通信单元采用BFSK调制，所述第二单载波接收端通信单元采用BFSK解调方式。

3.根据权利要求1或2所述的一种电力线通信系统中的多模通信装置，其特征在于，所述发送单元还包括复用编码单元，所述复用编码单元分别与所述多载波发送端通信单元和所述第一单载波发送端通信单元连接，用于对所述第一单载波发送端通信单元或多载波发送端通信单元接收到的信号进行向前纠错编码；

所述接收单元还包括复用译码单元，所述复用译码单元分别与所述多载波接收端通信单元和所述第一单载波接收端通信单元连接，用于对所述第一单载波接收端通信单元或多载波接收端通信单元接收到的信号进行向前纠错译码。

4.根据权利要求3所述的一种电力线通信系统中的多模通信装置，其特征在于，所述多载波发送端通信单元包括第一多载波编码模块、第二多载波编码模块、多载波调制模块；所述第一单载波发送端通信单元包括第一单载波调制模块，所述第二单载波发送端通信单元包括单载波编码模块和第二单载波调制模块；所述第一多载波编码模块的输入端与所述核心处理单元的输出端连接，所述复用编码单元的第一输入端与所述第一多载波编码模块的输出端连接，所述复用编码单元的第二输入端与所述核心处理单元连接，所述复用编码单元的第一输出端依次经所述第二多载波编码模块、多载波调制模块与所述第一模拟前端单元连接，所述复用编码单元的第二输出端经所述第一单载波调制模块与所述第一模拟前端单元连接；所述单载波编码模块的输入端与所述核心处理单元的输出端连接，所述单载波编码模块的输出端经所述第二单载波调制模块与所述第一模拟前端单元连接；

所述多载波接收端通信单元包括第一多载波译码模块、第二多载波译码模块、多载波解调模块和多载波检测模块；所述第一单载波接收端通信单元包括第一单载波解调模块和第一单载波检测模块，所述第二单载波接收端通信单元包括单载波译码模块、第二单载波解调模块和第二单载波检测模块；所述多载波检测模块、第一单载波检测模块和第二单载波检测模块的输入端均通过所述第二模拟前端单元与耦合单元的输出端连接，所述多载波检测模块的输出端依次经所述多载波解调模块、第二多载波接收端译码模块后与所述复用译码单元的第一输入端连接，所述复用译码单元的第一输出端经所述第一多载波接收端译码模块后与所述核心处理单元的输入端连接；所述第一单载波检测模块的输出端经所述第一单载波解调模块后与所述复用译码单元的第二输入端连接，所述复用译码单元的第二输出端与所述核心处理单元连接；所述第二单载波检测模块的输出端依次经所述第二单载波解调模块和单载波译码模块后与所述核心处理单元的输入端连接。

5.根据权利要求3所述的一种电力线通信系统中的多模通信装置，其特征在于，所述复用编码单元包括第一复用编码模块和第二复用编码模块；所述复用译码单元包括第一复用译码模块和第二复用译码模块。