專利名稱：一種低壓電力線通信系統和設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及低壓電力線通信領域，具體涉及一種低壓電力線通信系統及設備。
背景技術：
電力線通信(Power Line Communication)技術簡稱PLC技術，是目前發展前景十分看好的一種寬帶接入技術，是利用配電網低壓線路傳輸數據、話音、圖像等多媒體業務的一種通信方式。研究開發此項技術，對于充分利用電力設施、發揮電力資源優勢、發展電力通信產業、為電力企業提供進入電信公共服務的技術手段、為電信用戶提供方便的價格合理的寬帶接入(訪問Internet)手段、實現數據、語音、視頻和電力的“四網合一”，具有十分廣闊的前景。早在20世紀90年代初，一些國家開始在這方面進行研究，由于技術不成熟， 發展速度緩慢。進入21世紀以來，PLC芯片技術有所突破，此項技術的發展速度明顯加快， 目前正朝著實用化方向發展。根據PLC通信技術的發展和應用，PLC技術可應用在高壓輸電網(35kV以上)、中壓輸電網(10kV-35kV)以及低壓配電網(IOkV以下)等各個領域，或者更細化為家庭低壓配電網領域中的應用。在不同的應用領域，PLC有不同的技術標準、規范和設計要求。目前關于電力線通信的標準主要有三家，分別是家庭插電聯盟(HomePlugAssociation，ΗΡΑ)，代表性廠家是htellon ；通用電力線聯盟 (UniversalPowerline Association，UPA)，代表性廠家是DS2 ；以及消費電子電力線通信聯盟(CE-Powerline Communication Alliance, CEPCA),主要代表性廠家是 Panasonic。這三個標準的產品都已經廣泛應用于歐洲、北美以及亞洲的日、韓等發達國家。圖1是現有技術的典型的低壓電力線通信系統結構圖。這種電力通信系統的通信帶寬限定在2 30MHz之間，用戶終端提供的通信速率可以達到200Mbit/s，主要采用以 OFDM為核心的多種擴頻通信技術。在用戶側，用戶終端通過以太網接口或USB接口與電力線通信設備(或PLC調制解調器)相連，而電力線通信設備(或PLC調制解調器)直接插入墻上電源插座。低壓電力線連接插座、用戶電表以及其它用電系統，在樓宇配電間和另一側的電力通信設備(或PLC調制解調器)相連，再通過交換機以及出口路由器和傳統通信方式如光纖、CATV (Cable Television，有線電視)、xDSL (Digital SubscribeLine，各種數字用戶線路的總稱)等連接至hternet。盡管電力線通信技術取得了長足進步，但是電力線通信仍然存在需要改進與提高之處。我們知道，電力線主要是用來傳輸電能的，是一種惡劣的通信介質。其上接入了大量的電器系統，存在不同的系統和隨機噪聲，對通信信道的影響就是噪聲、阻抗、信號衰減特性復雜，且時變性、隨機性大，這樣就使得該通信信道上的載波信號容易受到嚴重衰減和干擾，實際傳輸速率遠達不到理論值。
發明內容[0007]本實用新型實施例提供了一種低壓電力線通信系統，與傳統低壓電力線通信系統采用相線-零線承載載波信號的方式不同，該低壓電力線通信系統改用零線-地線承載載波信號，并且優化和改進了耦合與隔離電路。采用零線-地線耦合方式的低壓電力線通信系統傳輸數據，不但可以提高線路上數據傳輸的可靠性、傳輸速率，還保證了設備的安全性。為此，本實用新型實施例提供了如下技術方案。一種低壓電力線通信系統，包括低壓電力線通信設備A、電力線路、低壓電力線通信設備B，其中低壓電力線通信設備A，連接用戶終端并且接收來自用戶終端的數據，并且將數據變成高頻載波信號然后耦合到電力線路上，以及接收來自電力線路的高頻載波信號并且經過解調處理的數據傳送給用戶終端；電力線路，將電力線中的零線-地線耦合連接到低壓電力線通信設備A和低壓電力線通信設備B上，利用零線與地線構成的回路在低壓電力線通信設備A和低壓電力線通信設備B之間傳送高頻載波信號；低壓電力線通信設備B，接收來自電力線路的高頻載波信號并且將經過解調處理的數據傳送給交換機或路由器，以及接收來自交換機或路由器的數據并且變成高頻載波信號通過電力線路傳送給低壓電力線通信設備A。優選地，所述低壓電力線通信設備A與低壓電力線通信設備B組成相同，并且包括至少一個以太網控制器、基帶處理器、模擬前端處理、系統電源、發送濾波、接收濾波、驅動放大和耦合與隔離，其中至少一個以太網控制器，用于對來自用戶終端的數據提供以太網控制和獨立的以太網接口 ；基帶處理器，與以太網控制器之間進行數據交換、實現數據緩存、實現電力線載波數據鏈路控制、進行數據格式轉換、以及OFDM調制與解調，對來自以太網控制器的數據進行OFDM調制，對來自模擬前端處理的OFDM信號進行解調；模擬前端處理，包括A/D轉換、D/A轉換以及低噪聲放大器，分別用于將從接收濾波接收的OFDM信號進行A/D轉換然后傳送給基帶處理器、將來自基帶處理器的OFDM信號進行D/A轉換然后傳送給發送濾波、以及對從接收濾波接收的OFDM信號進行低噪聲放大；發送濾波，用于對來自模擬前端處理的OFDM信號進行濾波，抑制帶外干擾信號；接收濾波，用于對來自耦合與隔離的高頻載波信號進行濾波，消除噪聲和抑制干擾；驅動放大，對發送濾波后的高頻載波信號進行驅動放大；耦合與隔離，將來自驅動放大的高頻載波信號耦合到零線上，對發送的高頻載波信號和接收的高頻載波信號進行初步濾波，并且對來自電力線的高電壓信號進行隔離； 系統電源，從電力線上獲取電能提供給該低壓電力線通信系統。優選地，所述耦合與隔離進一步包括隔離電容，用于隔離來自零線的高電壓信號，將來自零線的高頻載波信號傳送給無源帶通濾波器；無源帶通濾波器，用于濾除干擾信號，分離出高頻載波信號傳送給接收濾波，加載來自驅動放大的高頻載波信號然后通過隔離電容傳送到零線上；壓敏電阻，連接在隔離電容與地之間，用于將穿過隔離電容的瞬時高電壓信號接地。一種低壓電力線通信設備，包括至少一個以太網控制器、基帶處理器、模擬前端處理、系統電源、發送濾波、接收濾波、驅動放大和耦合與隔離，其中至少一個以太網控制器，用于對來自用戶終端的數據提供以太網控制和獨立的以太網接口 ；基帶處理器，與以太網控制器之間進行數據交換、實現數據緩存、實現電力線載波數據鏈路控制、進行數據格式轉換、以及OFDM調制與解調，對來自以太網控制器的數據進行OFDM調制，對來自模擬前端處理的OFDM信號進行解調；模擬前端處理，包括A/D轉換、D/A轉換以及低噪聲放大器，分別用于將從接收濾波接收的OFDM信號進行A/D轉換然后傳送給基帶處理器、將來自基帶處理器的OFDM信號進行D/A轉換然后傳送給發送濾波、以及對從接收濾波接收的OFDM信號進行低噪聲放大；發送濾波，用于對來自模擬前端處理的OFDM信號進行濾波，抑制帶外干擾信號；接收濾波，用于對來自耦合與隔離的高頻載波信號進行濾波，消除噪聲和抑制干擾；驅動放大，對發送濾波后的高頻載波信號進行驅動放大；耦合與隔離，將來自驅動放大的高頻載波信號耦合到零線上，對發送的高頻載波信號和接收的高頻載波信號進行初步濾波，并且對來自電力線的高電壓信號進行隔離；系統電源，從電力線上獲取電能提供給該低壓電力線通信系統。本實用新型所提供的低壓電力線通信系統利用零線-地線承載載波信號，不但可以提高線路上數據傳輸的可靠性和傳輸速率，還提高了安全性。
圖1為現有技術的低壓電力線通信系統的結構圖；圖2為本實用新型實施例提供的低壓電力線通信系統的結構圖；圖3為本實用新型實施例提供的低壓電力線通信設備的結構圖；圖4為本實用新型實施例提供的耦合與隔離的電路結構圖。
具體實施方式
為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型實施例的方案，
以下結合附圖和實施方式對本實用新型實施例做進一步的詳細說明。如圖2所示，是本實用新型實施例的低壓電力線通信系統的結構圖。該低壓電力線通信系統包括用戶終端1、低壓電力線通信設備A2、低壓電力線通信設備B3、交換機4、電力線路5。與圖1所示的現有技術的低壓電力線通信系統不同之處在于，來自用戶終端1的數據在低壓電力線通信設備A2中進行OFDM擴頻之后，使用電力線路5的零線-地線耦合方式來承載載波信號，代替現有技術中使用電力線的相線-地線耦合方式承載載波信號。采用這種零線-地線耦合方式的低壓電力線通信系統，通信帶寬可以在2 30MHz之間，由于電力線路5上的干擾大大減少，因此電力線路5上的數據傳輸的可靠性以及實際傳輸速率可以進一步提高。該系統的工作過程如下在用戶側，用戶終端1例如集中器、攝像機等等通過以太網接口與低壓電力線通信設備A2相連，低壓電力線通信設備A2把數據例如用電數據或數字視頻信號耦合到電力線的零線上，低壓電力線中的零線與地線構成回路，采用零線-地線的耦合方式承載載波信號。低壓電力線連接插座、用戶電表以及其它用電系統，在樓宇配電間和另一側的低壓電力線通信設備B3相連，低壓電力線通信設備B3分離出所述信息，最后通過交換機4和其它網絡，將所述數據發送到電力信息網或hternet。其中，交換機4在該實施例中為以太網交換機，也可以是以太網路由器。用戶終端1接收來自交換機4的數據的過程與上述過程正好相反，這里不再敷述。圖3是圖2所示的系統中的低壓電力線通信設備A2的結構圖，低壓電力線通信設備B3的結構與圖3的完全相同，這里不再敷述。該設備包括至少一個以太網控制器21、基帶處理器22、模擬前端處理23、系統電源M、發送濾波25、接收濾波沈、驅動放大27和耦合與隔離20，其中至少一個以太網控制器21，完成基于IEEE 802. 3或者IEEE 802. 局域網標準的以太網控制功能，對來自用戶終端1的信息提供以太網控制和獨立的以太網接口，例如快速以太網接口。基帶處理器22，與以太網控制器21之間進行數據交換、實現數據緩存、實現PLC數據鏈路控制、進行數據格式轉換、以及OFDM調制與解調。OFDM是一種多載波調制技術，可以把一個高速率的數據流分解成很多低速率的子數據流，以并行的方式在多個子信道上傳輸，同時，子載波之間的正交性適用OFDM信號經由多個子載波傳輸而不干擾，從而使得數據可以在較大延遲的信道上，以較高的速率傳輸。模擬前端處理23，包括D/A轉換、A/D轉換以及低噪聲放大器等功能模塊，其中A/ D轉換、D/A轉換可以分別是IObit ADC^nmDit的DAC，轉換速率分別達到50M s/s和100M s/s。基帶處理器22和模擬前端處理23通過并行接口相連接。D/A轉換將來自基帶處理器22的OFDM信號進行D/A轉換然后傳送給發送濾波器25，A/D轉換將來自接收濾波沈的 OFDM信號進行A/D轉換然后通過IObit雙向并行數據總線傳送給基帶處理器22進行OFDM 解調；當接收的信號過于微弱、滿足不了系統載噪比要求時，在模擬前端處理23中先要采用低噪聲放大器對信號進行放大，以提高載噪比，然后再進行A/D轉換。系統電源M，從電力線上獲取電能提供給低壓電力線通信設備A2作為工作電源；發送濾波25，用于對來自模擬前端處理23的OFDM信號進行濾波，抑制帶外干擾信號；接收濾波沈，用于對來自耦合與隔離20的接收信號進行濾波，消除噪聲和抑制干擾；驅動放大27，對發送濾波25處理后的載波信號進行放大，提升信號的驅動能力；耦合與隔離20，將來自驅動放大27的載波信號耦合到零線-地線上，對發送信號和接收信號進行初步濾波，并且對來自電力線的高電壓信號進行隔離。耦合與隔離20的具體電路將參照圖3進行描述。這里，與傳統的電力線通信所采用的相線-零線承載載波信號的方式不同，太實用新型利用零線-地線承載載波信號，這里載波信號指的是通過電力線路5發送或接收的高頻信號。零線上正常情況下是沒有電能信號的，所以用零線傳送載波信號就有效地避免了傳統電力線上噪聲大、信號衰減特性復雜、且時變性、隨機性大的缺點，這樣就使得該通信信道上的高頻載波信號不容易受到嚴重衰減和干擾，使得線路上的實際傳輸速率以及數據傳輸的可靠性可以大大提高；同時，由于數據不是耦合到電力線的相線上，而是通過耦合與隔離電路耦合到零線與地線上，從而提高了設備的安全性。低壓電力線通信設備A2的工作過程可以描述如下當用戶終端1發送數據時，通過以太網控制器21將所發數據發送到基帶處理器 22，經過OFDM調制處理，發送到模擬前端處理器23，進行D/A轉換，然后經過發送濾波25、 驅動放大27以及耦合與隔離20，耦合到低壓電力線路的零線上，與傳統的電力線載波通信方式不同，這里采用零線-地線承載載波信號；用戶終端1接收數據時，通過耦合與隔離 20，將接收的載波信號從零線耦合提取出來，經過接收濾波沈、模擬前端處理23中的低噪聲放大以及A/D轉換的一系列處理之后發送到基帶處理器22，經過OFDM解調處理，通過以太網控制器21傳送到用戶終端1。圖4是圖3所示的設備2中的耦合與隔離20的電路結構圖，包括電容203、電容 204、電感202、電感205、電感206、耦合變壓器201以及壓敏電阻207，其中電容204是耦合電容，起隔離高電壓作用，當電力線路出現用電不平衡時，可能在零線上出現較高電壓，電容204可以起到隔離作用，防止高電壓信號漏到設備上去，保證了設備和人的安全；壓敏電阻207起過壓保護的作用，當電力線路因雷擊或其他情況出現瞬時高電壓時，來自零線的瞬時高電壓通過壓敏電阻207接地，從而對低壓電力線通信設備2起到保護作用，提高了該設備的安全性；電容203、電感202、電感205、電感206以及耦合變壓器201組成一個無源帶通濾波器，通頻帶為2 30MHz ；無源帶通濾波器可以對發送信號和接收信號以外的其它干擾信號，起到初步濾波作用，可以分離出接收信號以及加載發送信號，這樣通過耦合與隔離20， 可以將來自用戶終端1的數據經過處理后耦合到電力線的零線上，并且可以將從零線接收的數據分離出來。其中，發送信號和接收信號均指的是通過電力線路5傳送的高頻載波信號。以上對本實用新型實施例進行了詳細介紹，本文中應用了具體實施方式
對本實用新型進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的系統及設備；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本實用新型的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。
權利要求1.一種低壓電力線通信系統，其特征在于，包括低壓電力線通信設備A、電力線路、低壓電力線通信設備B，其中低壓電力線通信設備A，連接用戶終端并且接收來自用戶終端的數據，并且將數據變成高頻載波信號然后耦合到電力線路上，以及接收來自電力線路的高頻載波信號并且經過解調處理的數據傳送給用戶終端；電力線路，將電力線中的零線-地線耦合連接到低壓電力線通信設備A和低壓電力線通信設備B上，利用零線與地線構成的回路在低壓電力線通信設備A和低壓電力線通信設備B之間傳送高頻載波信號；低壓電力線通信設備B，接收來自電力線路的高頻載波信號并且將經過解調處理的數據傳送給交換機或路由器，以及接收來自交換機或路由器的數據并且變成高頻載波信號通過電力線路傳送給低壓電力線通信設備A。
2.根據權利要求1所述的低壓電力線通信系統，其特征在于，低壓電力線通信設備A和低壓電力線通信設備B結構相同，并且包括至少一個以太網控制器、基帶處理器、模擬前端處理、系統電源、發送濾波、接收濾波、驅動放大和耦合與隔離，其中至少一個以太網控制器，用于對來自用戶終端的數據提供以太網控制和獨立的以太網接口 ；基帶處理器，與以太網控制器之間進行數據交換、實現數據緩存、實現電力線載波數據鏈路控制、進行數據格式轉換、以及OFDM調制與解調，對來自以太網控制器的數據進行 OFDM調制，對來自模擬前端處理的OFDM信號進行解調；模擬前端處理，包括A/D轉換、D/A轉換以及低噪聲放大器，分別用于將從接收濾波接收的OFDM信號進行A/D轉換然后傳送給基帶處理器、將來自基帶處理器的OFDM信號進行 D/A轉換然后傳送給發送濾波、以及對從接收濾波接收的OFDM信號進行低噪聲放大； 發送濾波，用于對來自模擬前端處理的OFDM信號進行濾波，抑制帶外干擾信號； 接收濾波，用于對來自耦合與隔離的高頻載波信號進行濾波，消除噪聲和抑制干擾； 驅動放大，對發送濾波后的高頻載波信號進行驅動放大；耦合與隔離，將來自驅動放大的高頻載波信號耦合到零線上，對發送的高頻載波信號和接收的高頻載波信號進行初步濾波，并且對來自電力線的高電壓信號進行隔離； 系統電源，從電力線上獲取電能提供給該低壓電力線通信。
3.根據權利要求2所述的低壓電力線通信系統，其中所述耦合與隔離進一步包括隔離電容，用于隔離來自零線的高電壓信號，將來自零線的高頻載波信號傳送給無源帶通濾波器；無源帶通濾波器，用于濾除干擾信號，分離出高頻載波信號傳送給接收濾波，加載來自驅動放大的高頻載波信號然后通過隔離電容傳送到零線上；壓敏電阻，連接在隔離電容與地之間，用于將穿過隔離電容的瞬時高電壓信號接地。
4.一種低壓電力線通信設備，其特征在于，包括至少一個以太網控制器、基帶處理器、 模擬前端處理、系統電源、發送濾波、接收濾波、驅動放大和耦合與隔離，其中至少一個以太網控制器，用于對來自用戶終端的數據提供以太網控制和獨立的以太網接口 ；基帶處理器，與以太網控制器之間進行數據交換、實現數據緩存、實現電力線載波數據鏈路控制、進行數據格式轉換、以及OFDM調制與解調，對來自以太網控制器的數據進行 OFDM調制，對來自模擬前端處理的OFDM信號進行解調；模擬前端處理，包括A/D轉換、D/A轉換以及低噪聲放大器，分別用于將從接收濾波接收的OFDM信號進行A/D轉換然后傳送給基帶處理器、將來自基帶處理器的OFDM信號進行 D/A轉換然后傳送給發送濾波、以及對從接收濾波接收的OFDM信號進行低噪聲放大； 發送濾波，用于對來自模擬前端處理的OFDM信號進行濾波，抑制帶外干擾信號； 接收濾波，用于對來自耦合與隔離的高頻載波信號進行濾波，消除噪聲和抑制干擾； 驅動放大，對發送濾波后的高頻載波信號進行驅動放大；耦合與隔離，將來自驅動放大的高頻載波信號耦合到零線上，對發送的高頻載波信號和接收的高頻載波信號進行初步濾波，并且對來自電力線的高電壓信號進行隔離； 系統電源，從電力線上獲取電能提供給該低壓電力線通信系統。
5.根據權利要求4所述的低壓電力線通信設備，其中所述耦合與隔離進一步包括 隔離電容，用于隔離來自零線的高電壓信號，將來自零線的高頻載波信號傳送給無源帶通濾波器；無源帶通濾波器，用于濾除干擾信號，分離出高頻載波信號傳送給接收濾波，加載來自驅動放大的高頻載波信號然后通過隔離電容傳送到零線上；壓敏電阻，連接在隔離電容與地之間，用于將穿過隔離電容的瞬時高電壓信號接地。
專利摘要本實用新型具體涉及一種低壓電力線通信系統和設備。本實用新型的低壓電力線通信系統利用零線-地線承載載波信號，相比采用相線-零線來承載載波信號的通信方式，提高了數據傳輸的可靠性和線路上的傳輸速率，還保證了設備的安全性。該低壓電力線通信系統包括低壓電力線通信設備A、電力線路、以及低壓電力線通信設備B，其中電力線路將電力線中的零線-地線耦合連接到低壓電力線通信設備A和低壓電力線通信設備B上，利用零線與地線構成的回路在低壓電力線通信設備A和低壓電力線通信設備B之間傳送高頻載波信號。低壓電力線通信設備包括耦合與隔離，用于將高頻載波信號耦合到零線上，并且對來自電力線的高電壓信號進行隔離。
文檔編號H04B3/54GK202135124SQ20112010291
公開日2012年2月1日 申請日期2011年4月2日 優先權日2011年4月2日
發明者于海俊, 崔維新, 李春東, 牛立峰, 霍剛 申請人:遼寧電能發展股份有限公司