本發(fā)明涉及通信技術領域，尤其涉及一種電力線通信系統(tǒng)及方法。

背景技術：

電力線通信(Power Line Communication，英文簡稱PLC)技術是指利用電力線傳輸數據和媒體信號的一種通信方式。電力線通信把在發(fā)送時，利用調制技術將用戶數據進行調制，把載有信息的高頻加載于電流，然后在電力線上進行傳輸；在接收端，先經過濾波器將調制信號取出，再經過解調，就可得到原通信信號，并將該通信信號傳送至計算機或電話，以實現信息傳遞。

傳統(tǒng)的電力線通信將小電壓信號(峰值24V)通過載波調制模塊載波到220V、50Hz的交流電上。遠端設備通過解調模塊，將小電壓信號解調與示準交流電分離，以達到供電的同時傳輸信號的目的。

載波通信方式在近距離傳輸時尚可，現有技術中也公開了多篇相關專利，例如公開號為CN104579429A的中國專利“電力線載波通信模塊”，其通過設置信號功率放大電路以克服載波通信衰減和失真的問題；又如公開號為CN1988402A的中國專利“電力線載波通信系統(tǒng)的實現方法”，其通過：1)由上位機產生數據流，同時按照系統(tǒng)的幀格式要求發(fā)送；2)將數據流進行卷積編碼，采用的是約束長度為3一個輸入比特對應兩個輸出比特的編碼方式，由兩個寄存器來完成編碼工作；3)在卷積編碼的基礎上對數據流進行QPSK調制，提高信道的帶寬利用率，提高抗干擾能力，取兩比特數據為一組，共有四種狀態(tài)：00，01，11，10，分別映射為星座圖上的(1，1)，(1，-3)，(-3，1)，(-3，-3)，再傳送給下一級進行處理；4)在經過前面的一系列的基帶信號編碼和映射以后，數據進行串并轉換，然后進行IFFT處理將信號放到各個子載波上同時進行信道分配，信號從頻域變換到時域中，在送入下一步處理前先進行并串轉換，將數據變成串行的數據流；5)將數據流加入循環(huán)前綴和同步頭，這個時候我們系統(tǒng)的幀結構就完全形成了，然后進行D/A轉換，D/A轉換后進行成形濾波，然后進行載波搬移，將載波搬移到2MHz～22MHz的中心頻率，然后將信號耦合進入信道傳輸。

上述兩種克服載波通信衰減和失真，以提高電力線通信傳輸距離的方法要么需要增加成本、要么需要復雜的算法調制，均不能從根本上克服電力線載波通信所必然帶來的衰減和失真的問題。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述不足，提出一種直接根據電力線通信信號將電源轉換為傳輸信號從而從根本上克服現有的電力線載波通信遠距離傳輸時衰減和失真的問題的電力線通信系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案是：

一種電力線通信系統(tǒng)，其包括：

高壓變頻編碼模塊：用于根據待傳輸電力線通信信號改變電源波頻率并進行編碼；

傳輸模塊：用于傳輸編碼后的電源波；

數模感應轉換模塊：檢測編碼后的電源波的電壓和/或電流值并輸出數字信號。

進一步地，所述數模感應轉換模塊包括電壓感應轉換模塊和/或電流感應轉換模塊。

進一步地，還包括逆編碼模塊，用于接收數字信號并根據高壓變頻編碼模塊的編碼方法進行逆編碼以獲得電力線通信信號。

進一步地，所述高壓變頻編碼模塊根據待傳輸電力線通信信號通過鎖相模塊改變原始電力波頻率。

進一步地，所述原始電力波為220V、50HZ交流電。

進一步地，所述傳輸模塊為電線。

本發(fā)明還提供一種電力線通信方法，其包括如下步驟：

根據待傳輸電力線通信信號改變電源波頻率；

編碼電源波并傳輸；

感應編碼后的電源波的電壓值和/或電流值并輸出數字信號；

解碼數字信號。

進一步地，檢測待傳輸電力線通信信號的高低電平變化，根據高低電平變化驅動鎖相模塊以改變電源波頻率。

進一步地，還包括轉換編碼后的電源波電壓以給終端設備供電。

進一步地，在給終端設備供電前還包括調整編碼后的電源波頻率的步驟。

本發(fā)明相對現有技術具有如下有益效果：

1、直接將高壓電源波轉換為帶有PLC(Power Line Communication)信號的電源波，其在傳輸時的損耗小，傳輸距離遠；

2、無需額外增設成本較高的功率放大模塊或者額外設置復雜的算法；

3、編碼后的電源波的電壓值和電流值均可作為轉換編碼信號，其傳輸信息量更大，單位時間內傳輸數據量大；

4、編碼后的電源波通過感應解碼，不會對電源能量造成損失，不會影響后續(xù)電壓供電。

附圖說明

圖1為現有技術中PLC載波通信的原理圖。

圖2為本發(fā)明一較佳實施例中電源波編碼原理圖。

圖3為本發(fā)明一較佳實施例中電源波感應解碼原理圖。

具體實施方式

以下是本發(fā)明的具體實施例并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。

請參照圖1，圖1示出了現有技術中PLC載波通信的原理圖。在現有技術中，低電壓(通常為24V)的PLC信號被通過載波調制模塊加載到高電壓(220V或380V)交流電上，并隨著電壓傳輸。載波調制是指以電源波為載波信號，以需要傳輸的PLC通信信號去改變電源波的幅值(見圖1中毛刺部分)，此時電源波的頻率并未改變。

然而，現有的傳輸電線是依照高電壓傳輸損耗進行選材和制造的。傳輸電線的阻值相對于高電壓來說較低，但是，相對于PLC信號則較高。若制造阻值相對于PLC信號也較低的傳輸電線，則成本變得十分高昂，不適合市場需求。為此，現有的PLC載波通信一般用于傳輸距離較短的應用場景，例如家庭或公司內部數據傳輸。

為解決上述問題，本申請?zhí)峁┮韵聨讉€具體實施例。

實施例1

請參照圖2、圖3，本申請不采用現有的載波通信方式，而是直接將高壓電源波進行編碼后解碼，具體實現過程如下：

本實施例中，電力線通信系統(tǒng)包括高壓變頻編碼模塊，高壓電源波以及PLC信號均輸入該高壓變頻編碼模塊。

在本實施例中，高壓電源波為220V、50Hz電源波，當然也可為常見的380V工業(yè)用電，或者符合其他國家傳輸標準的高壓電源波。

本實施例中，PLC信號峰值為24V，當然也可為其他12V或36V等常見PLC信號峰值。

PLC信號一般為正弦波信號，其頻率一般不同于電源波頻率。為此，高壓變頻編碼模塊檢測PLC信號的高低電平變化，并根據該高低電平變化驅動內置于高壓編碼模塊或者額外設置的鎖相模塊以改變高壓電源波頻率。

根據高低電平變化以改變電源波頻率的鎖相技術是本領域技術人員的常規(guī)手段。

通常來說，鎖相是完成兩個電信號相位同步的自動控制閉環(huán)系統(tǒng)。本申請中，兩個電信號即指電源波信號和PLC信號。電源波信號和PLC信號的相位必然不相同，因此需要通過鎖相技術以調節(jié)輸出后的電源波信號。

一個典型的鎖相環(huán)系統(tǒng)，通常由鑒相器(phase detector)、壓控蕩器(voltage control oscillator)、環(huán)路濾波器(loop filter)構成。鑒相器為相位比較裝置，其將輸入信號和壓控振蕩器的輸出信號的相位進行比較，產生對應于兩個信號相位差的誤差電壓。

環(huán)路濾波器的作用是濾除誤差電壓中的高頻成分和噪聲以保證環(huán)路所要求的性能，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

壓控振蕩器受控制電壓的控制，使壓控振蕩器的頻率向輸入信號的頻率靠攏，直至消除頻差而鎖定。

常見的鎖相環(huán)芯片有CD4046、MC145152、CC046等。本領域技術人員可根據需求自行設計鎖相環(huán)系統(tǒng)或者將現有的鎖相環(huán)芯片集成至本實施例的高壓變頻編碼模塊中。

當然，本領域技術人員也可以采用其他技術改變電源波頻率。

本實施例的高壓變頻編碼模塊在對電源波信號變頻的同時還對其波形根據預設的編碼算法進行編碼。

預設的編碼算法可為與非門組合邏輯算法或其他現有算法，經過編碼后，PLC信號與電源波信號合二為一，成為高壓波形信號。或者也可看做以PLC信號為基準按照預定規(guī)則(編碼規(guī)則)改變高壓電源波。

經過變頻編碼后的電源波的電壓幅值不變，但是頻率不再為原來的50Hz或60Hz頻率，波形也不是標準的正弦波。

變頻編碼后的電源波通過傳輸模塊(本實施例中為電線)向遠端傳輸。本實施例中，由于傳輸的電源波波形即為信號本身，并且電源波仍保持較高的電壓幅值，所以線路損耗很小。

常見的電線阻值一般為50豪歐，若流經的電流為2A，則線路電壓損失為2X5＝10V。而10V的壓降相對于220V的電壓幅度來說，信號失真損失僅為4.5％。若按照圖1所示現有的PLC載波通信方式進行傳輸，當PLC信號加載到電源波上時，信號的幅值即為圖1中的毛刺部分，該部分的幅值僅為24V。此時，傳統(tǒng)PLC載波通信的電壓損失依然為10V，則失真比例為10/24，即約41.6％，相比本實施例，提高了10倍左右。由此可見，本實施例的信號失真情況遠小于傳統(tǒng)PLC載波通信方式，因此可以具備遠距離傳輸能力，使得PLC通信不局限于家庭等短途通信。

遠端設備接收到變頻編碼后的電源波后，通過數模感應轉換模塊將電源波模擬信號轉換為數字信號。本實施例中，數模感應轉換模塊為電壓感應模塊，其可感應電源波電壓。在一較佳實施例中，若電源波波幅在70V以上時，電壓感應模塊轉換為1,若電源波波幅在50V以下時，電壓感應模塊轉換為0，如此將高低變換的電源波信號轉換為11001····的數字信號。

具體的，數模感應轉換模塊每隔一定周期對編碼后電源波進行采樣，例如每隔10秒對編碼后的電源波進行采樣，在采樣點時，以該編碼后的電源波實際電壓值為基準判斷是輸出數字0還是數字1。

該數字信號通過解碼模塊解碼后即得到原始PLC信號。解碼模塊的解碼方式按照高壓變頻編碼模塊進行逆編碼即可。

本實施例中，電壓感應模塊通過感應的方式獲得電壓幅值，不會造成電源能量損失，對于電源波的電壓基本無損，此時電源波即可經過變壓器轉換后輸送給終端設備供電。

在一優(yōu)選實施例中，雖然電源波的幅值變化，但是其頻率不再是標準的50Hz，可能對終端電器造成損傷。為此，可在其傳輸至終端設置之前再次對其頻率進行調整。

當然，某些終端電器對電源波的頻率要求不高，則可以直接將編碼后的電源波輸出給其使用。

實施例2

本實施例相對實施例1的不同之處在于：

本實施例中，遠端設備接收到變頻編碼后的電源波后感應電流信號。帶有編碼的高低變化的電源波信號的電流值高于第一預設值值轉換為1，低于第二預設值時轉換為O，從而形成類似001110···數字信號。

由于本申請中，編碼后的電源波不僅電壓幅值較高，其電流幅值也較高，從而使得本實施例通過檢測電流值變化來確定數字信號成為可能。現有技術中的電壓值僅為24V，經過損耗傳輸到目的地的電壓值僅為14V左右，其電流值更微乎其微，幾乎不可能通過檢測電流值來達到轉換數字信號的目的。

本實施例其它內容可參考實施例1。

實施例3

本實施例中，遠端設備接收到變頻編碼后的電源波后不僅感應其電壓信號還感應電流信號。

如實施例1或實施例2中所述，若電源波波幅在70V以上時，電壓感應模塊轉換為1,若電源波波幅在50V以下時，電壓感應模塊轉換為0，如此將高低變換的電源波信號轉換為11001····的數字信號。電流值高于第一預設值值轉換為1，低于第二預設值時轉換為O，從而形成類似001110···數字信號。電壓感應模塊轉換的數字信號稱為第一維信號。電流感應模塊轉換的數字信號稱為第二維信號。

第一維信號和第二維信號均可按照高壓變頻編碼模塊編碼方法在解碼模塊中進行逆編碼。

本實施例中，采用電壓與電流兩個不同維度的信息，對于同一PLC信號來說，傳輸信息量相比傳統(tǒng)的僅通過電壓識別提高一倍。

并且，由于本實施例中，電壓信號和電流信號均可作為數字信號的轉換對象，在初始PLC信號與電源波編碼時，可對兩個不同的PLC信號編碼在一個電源波中。編碼方式分別對應電源波電壓和電流。從而使得本實施例的PLC信號的傳輸效率提高一倍。

本實施例其它內容可參考實施例1或實施例2。

本申請還提供一種電力線通信的方法，其包括如下步驟：

S1：根據待傳輸電力線通信信號改變電源波頻率；

S2：編碼電源波并傳輸；

S3：感應編碼后的電源波的電壓值和/或電流值并輸出數字信號；

S4：解碼數字信號。

電源波頻率改變和編碼可同時進行也可分開進行，上述步驟順序不應理解為必須按步驟順序執(zhí)行。

根據待傳輸電力線通信信號改變電源波頻率的方式有多種，本實施例中通過鎖相環(huán)方式改變電源波頻率。即通過檢測待傳輸電力線通信信號的高低電平變化，根據該高低電平變化驅動鎖相模塊以改變電源波頻率。

通過鎖相改變電源波頻率的步驟為本領域技術人員的常規(guī)步驟，在此不再贅述。

根據電力線通信信號編碼電源波的方式可采用與非門組合邏輯編碼方式。即，在同一采樣時刻，將電力線通信信號的電壓值和/或電流值與電源波信號的電壓值和/或電流值進行與非比較，進而對電源波信號波形進行改變。當然也可采用其他通用的波形編碼方法。

同樣，數字信號的解碼與感應也可同時進行，也可分開進行。本實施例的步驟順序同樣不應局限為必須按順序進行。

數字信號解碼后即可通過計算機或路由器等通訊設備傳遞。

與此同時，電源波按照原需求給供電設備供電。

更為優(yōu)選地，本發(fā)明電力線通信方法在給供電設備供電之前還包括將編碼后的電源波變更為50HZ標準頻率的步驟。

上述電力線通信系統(tǒng)以及方法可應用于現有的各類需要傳輸數據的通信方法中。尤其是，將上述電力線通信系統(tǒng)與方法廣泛應用于現有的電網中，可構建遍布全國的智能電網網絡，用戶僅需在用電終端配置對應的解碼模塊即可。

本發(fā)明還可應用于其他諸如交通數據傳輸、監(jiān)控數據傳輸、醫(yī)療衛(wèi)生數據傳輸以及各類家用電器的信號傳輸。

本發(fā)明通過上述電力線通信系統(tǒng)與方法改變了現有弱電控制的缺點，無需額外布置弱電控制線，直接在設備的電源線接口即可獲取相關數據或者控制指令。

因此，本發(fā)明的技術方案具有如下特點：實現成本低，無需額外布線，減少網絡投資；覆蓋范圍廣，所有的電力網絡均可滲透；速率高；即插即用，無需撥號；便捷的優(yōu)點。

更為重要的，由于本申請電力線通信系統(tǒng)及方法傳輸損耗小、傳輸數據量大，可以直接取代現有家庭使用的網絡路由器。家庭內各設備進行數據通信時，無需再另接一根網線或者使用wifi等無線傳輸方式，各類家庭智能電器只要插上電源插頭即可與家庭集中控制器(例如手機)進行通信。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。