專利名稱：低壓電力線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在低壓配電網(wǎng)實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信的電力線通信系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電力線通信技術(shù)(Power Line Communication Technology)簡稱PLC，是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號的一種通信方式。電力線通信已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史，在中高壓輸電網(wǎng)(35kV以上)上通過電力載波機利用較低的頻率(9-490kHz)以較低速率傳送遠動數(shù)據(jù)或話音，是電力線通信技術(shù)應(yīng)用的主要形式之一。隨著國內(nèi)城鄉(xiāng)配電網(wǎng)改造工作的日益深入，不少廠商開始研制用于中壓(10kV)配電網(wǎng)通信的配網(wǎng)載波機，數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到1200bps。在低壓(220V)領(lǐng)域，PLC技術(shù)首先用于負荷控制、遠程抄表和家居自動化，其傳輸速率一般為1200bps或更低，稱為低速PLC。近幾年國內(nèi)外開展的利用低壓電力線傳輸速率在1Mbps以上的電力線通信技術(shù)稱之為高速PLC。
高速PLC的技術(shù)突破始于1995年，當時英國聯(lián)合電力公司的子公司Norweb通訊公司與加拿大Nortel(北電網(wǎng)絡(luò))公司聯(lián)手，共同開發(fā)DPL(Digital Power Line)技術(shù)。1995-1997年的兩年間，Norweb和Nortel公司已經(jīng)成功地在英國曼徹斯特對20個居民用戶進行了試驗，其中包括話音服務(wù)。1997年10月，這兩家公司聲稱已經(jīng)解決了電力噪聲等問題，取得了電力線載波技術(shù)的重大突破，利用新開發(fā)的數(shù)字電力線載波技術(shù)實現(xiàn)了在低壓配電網(wǎng)上進行1Mbps的遠程通訊，從而將四通八達的電力線轉(zhuǎn)化為信息高速公路。1998年3月25日，成立合資公司NORMEB，進行該技術(shù)的市場推廣。從此以后，許多國家的研究機構(gòu)和公司開展了高速電力線技術(shù)的研究和開發(fā)，產(chǎn)品的傳輸速率也從1Mbps發(fā)展到更高速率。
隨著因特網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，登錄上網(wǎng)的人數(shù)成倍增長。然而，采用何種通信方式使用戶終端連接到最近的寬帶網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，成為長期困擾人們的難點之一，也是因特網(wǎng)普及的瓶頸之一，被業(yè)內(nèi)人士稱為寬帶網(wǎng)絡(luò)接入的“最后一公里”問題。利用四通八達、遍布城鄉(xiāng)、直達用戶的220V低壓電力線傳輸高速數(shù)據(jù)的PLC技術(shù)以其不用布線、覆蓋范圍廣、連接方便的顯著特點，被業(yè)內(nèi)人士認為是提供“最后三百米”解決方案最具競爭力的技術(shù)之一。利用高速PLC可同時傳輸數(shù)據(jù)、語音、視頻和電力，有可能帶來“四網(wǎng)合一”的新趨勢。
45Mpbs電力線高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是目前傳輸速率最高的PLC系統(tǒng)。但是，在現(xiàn)有的系統(tǒng)中，線路距離受到限制，將數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的信息耦合到電力線中的主站設(shè)備不能滿足同一臺低壓變壓器下游的低壓電力線網(wǎng)絡(luò)上所有用戶的需求。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種低壓電力線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，能夠滿足同一配電變壓器范圍內(nèi)低壓電力網(wǎng)上高速數(shù)據(jù)信息的傳輸。本發(fā)明的另一個目的是提供相應(yīng)的通信方法。
為此，本發(fā)明提供了一種低壓電力線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，包括主站設(shè)備，與低壓電力線耦合并與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，作為網(wǎng)關(guān)在低壓電力線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；包括電力線接口和用戶數(shù)據(jù)接口的用戶終端，用于在電力線接口和用戶數(shù)據(jù)接口之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；其特征在于該通信系統(tǒng)還包括中繼器，中繼器在主站設(shè)備和用戶終端之間與低壓電力線耦合，用于中繼主站設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)信號，該中繼器包括與主站設(shè)備以第一頻段通信的第一通信設(shè)備和與用戶終端以第二頻段通信的第二通信設(shè)備。
其中，所述主站設(shè)備、用戶終端、第一通信設(shè)備和第二通信設(shè)備最好包括OFDM(正交頻分多路復(fù)用)調(diào)制解調(diào)器。從而可以采用OFDM調(diào)制在所述主站設(shè)備、中繼器和用戶終端之間進行數(shù)據(jù)通信。
所述主站設(shè)備可以包括網(wǎng)絡(luò)管理模塊，例如使用SNMP(simplenetwork management protocol，簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)管理低壓電力線網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。
所述中繼器還可以包括網(wǎng)關(guān)模塊，用于連接其它數(shù)據(jù)接入服務(wù)。
在該低壓電力線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以是任何數(shù)據(jù)，包括語音、視頻數(shù)據(jù)等。相應(yīng)地，所述用戶終端中的用戶數(shù)據(jù)接口可以包括多種接口，比如以太網(wǎng)接口、USB接口、電話線接口等等。
如果一個中繼器下游連接多個所述用戶終端，各用戶終端可以通過該中繼器構(gòu)成局域網(wǎng)。
所述用戶終端還包括各種其它模塊，以實現(xiàn)例如路由器、VPN(Virtual Private Network，虛擬個人網(wǎng)絡(luò))、NAT(Network AddressTranslation，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換)、DHCP(動態(tài)主機配置協(xié)議，Dynamic HostConfiguration Protocol)以及防火墻等功能。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種在低壓電力線上進行數(shù)據(jù)通信的方法，包括提供主站設(shè)備，與低壓電力線耦合并與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，作為網(wǎng)關(guān)在低壓電力線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；提供包括電力線接口和用戶數(shù)據(jù)接口的用戶終端，用于在電力線接口和用戶數(shù)據(jù)接口之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；其特征在于還提供在主站設(shè)備和用戶終端之間與低壓電力線耦合的中繼器，用于中繼主站設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)信號，其中，該中繼器以第一頻段與主站設(shè)備通信，以第二頻段與用戶終端通信。
其中，所述數(shù)據(jù)的傳輸最好采用OFDM調(diào)制方式。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，可用的系統(tǒng)頻段由多個子頻段組成，根據(jù)相應(yīng)線路的條件來確定所述第一頻段、第二頻段以及前述局域網(wǎng)分別采用哪一個子頻段。
子頻段的確定可以在布設(shè)低壓電力線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)時進行，或者在低壓電力線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)運行過程中實時進行。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細說明。附圖中
圖1是本發(fā)明的低壓電力線通信系統(tǒng)的優(yōu)選實施例的示意框圖；圖2是本發(fā)明的低壓電力線通信方法中的子頻段劃分的示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的低壓電力線通信系統(tǒng)包括三個主要的組成部分，即主站(HE，Head End)、用于信號放大和再生的中繼器(HG，HomeGateway)以及用戶終端(CPE，Customer Premises Equipment)。其中信息流為HE-HG，HG-CPE或HE-CPE方向的通信叫下行通信；信息流為HG-HE，CPE-HG或CPE-HE方向的通信叫上行通信。
如圖1所示，用于將數(shù)據(jù)信息耦合到低壓電力線中的主站設(shè)備的位置沒有特別的要求，但最好與MV/LV(Medium Voltage/Low Voltage，中壓-低壓)配電變壓器一道安裝在小區(qū)的配電間。主站作為一個網(wǎng)關(guān)在電力線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。主站的主要部分是一個高速的數(shù)字調(diào)制解調(diào)器，它通過耦合器將信號注入到低壓電力線。所述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)例如是因特網(wǎng)(如圖1所示)，或者以太網(wǎng)、ATM(AsynchronousTransmission Mode，異步傳輸模式)網(wǎng)絡(luò)等。主站是PLC網(wǎng)絡(luò)的控制者和管理者，通過它可以實現(xiàn)不同用戶之間的資源共享以及用戶服務(wù)質(zhì)量的設(shè)置。此外，主站中可以內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)管理模塊，從而可以使用SNMP管理PLC網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。
作為一個例子，主站設(shè)備內(nèi)部可以包含DS2公司的45Mbps高速電力線通信數(shù)字芯片DSS5100，并含有標準的WAN(Wide Area Network，廣域網(wǎng))模塊。
根據(jù)低壓電力線網(wǎng)絡(luò)的大小，可以使用一個或者多個中繼器，以改善PLC傳輸距離。根據(jù)本發(fā)明，中繼器包括第一通信設(shè)備M1和第二通信設(shè)備M2。第一通信設(shè)備M1與主站設(shè)備通信，第二通設(shè)備M2與用戶終端設(shè)備通信。本發(fā)明的中繼器通過頻率劃分實現(xiàn)這兩種通信的同時進行。即，第一通信設(shè)備與主站設(shè)備的通信使用第一頻段，而第二通信設(shè)備和用戶終端設(shè)備采用第二頻段。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，第一頻段低于第二頻段。但是，根據(jù)線路的狀態(tài)，也可以使第二頻段低于第一頻段。中繼器用于中繼主站設(shè)備發(fā)送的信號，以解決信道衰減的問題。
中繼器的主要部分也是高速數(shù)字調(diào)制解調(diào)器，其位置沒有特別的要求，只要能夠?qū)崿F(xiàn)中繼的目的即可。但是，中繼器最好放置在電表間。作為一個具體的例子，中繼器可以包含DS2公司的45Mbps電力線高速通信數(shù)字芯片DSS4200和DSS5100各一片。
同樣，一個中繼器的下游可以連接多個用戶終端。當存在多個用戶終端時，可通過中繼器構(gòu)成局域網(wǎng)LAN(如圖1所示)。這樣，相對于用戶終端設(shè)備而言，中繼器可作為PLC局域網(wǎng)的局端設(shè)備。另外，中繼器還可包括一個網(wǎng)關(guān)模塊，作為家庭內(nèi)部PLC網(wǎng)絡(luò)(用戶終端或者局域網(wǎng))的網(wǎng)關(guān)，從而連接其他的數(shù)據(jù)接入服務(wù)(如圖1所示)，比如ISDN(Integrated Services Digital Network，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò))、xDSL、CATV(CAble TeleVision，有線電視)，等等。
用戶終端可以安裝在用戶家中、辦公室等處。它包含電力線接口I1和用戶數(shù)據(jù)接口I2，在電力線接口I1和數(shù)據(jù)接口I2之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。用戶終端的主要部分也是高速數(shù)字調(diào)制解調(diào)器。一方面，它通過耦合器將信號注入到用戶的電力線中；另一方面，從電力線提取有用的數(shù)據(jù)信號。作為一個具體的例子，用戶終端設(shè)備可以包含DS2公司的45Mbps高速電力線通信數(shù)字芯片DSS4200。
所述數(shù)據(jù)接口可以包括一個或者多個任何類型的接口，例如以太網(wǎng)接口、USB(Universal Serial Bus，通用串行總線架構(gòu))接口和電話線接口，等等。與接口的多樣化相應(yīng)，用戶終端上可以連接各種用戶數(shù)據(jù)設(shè)備，實現(xiàn)各種功能，例如連接電話機實現(xiàn)IP語音通信(VoIP，Voice overIP)、連接計算機訪問因特網(wǎng)，等等。
所述主站設(shè)備還可以包括實現(xiàn)其它輔助功能的模塊，例如路由器、VPN(Virtual Private Network，虛擬個人網(wǎng)絡(luò))、NAT(Network AddressTranslation，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換)、DHCP(動態(tài)主機配置協(xié)議，Dynamic HostConfiguration Protocol)以及防火墻，等等。
順便說明，上面的說明中未提及低壓電力線上的用電設(shè)備如何連接，但如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，對于用電設(shè)備而言，通信功能的加入對其連接方式和使用方式?jīng)]有任何影響。
根據(jù)本發(fā)明的方法，在實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸時，將可用的系統(tǒng)頻段分成三個頻段。根據(jù)本地線路傳輸特性和網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，確定采用哪一頻段傳輸電力線數(shù)據(jù)信號。下面的表1是頻段劃分的一個具體例子。
表1

一般而言，頻段1適合于遠距離傳輸，這個頻段符合國際標注組織建議的電力線傳輸頻段。頻段2適合于短距離傳輸、家庭內(nèi)聯(lián)網(wǎng)。頻段3適合于家庭內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，以便接入其它數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)比如ADSL、CABLE等。頻段1翻轉(zhuǎn)適合于在用頻段1傳輸信號不好的情況下，將頻段1的上、下行傳輸頻段互換，即用頻段1的上行頻段傳輸頻段1翻轉(zhuǎn)的下行數(shù)據(jù)，用頻段1的下行頻段傳輸頻段1翻轉(zhuǎn)的上行數(shù)據(jù)，如圖2所示。圖2為頻段劃分的一個示意圖。由于頻段邊界可以變化，因此圖中僅粗略地標示了頻率值。從圖中可以看出，大致1到10MHz為頻段1，大致10到20MHz為頻段2，大致20到30MHz為頻段3。每一個頻段又劃分為上行頻段(US)和下行頻段(DS)。頻段1翻轉(zhuǎn)就是將頻段1的上行、下行頻段調(diào)換的結(jié)果。
在本發(fā)明中，一般而言，可以將頻段1和頻段1翻轉(zhuǎn)用于主站設(shè)備和中繼器之間的傳輸(即作為前述第一頻段)，頻段2或者頻段3用于中繼器與用戶終端之間的數(shù)據(jù)傳輸(即作為前述第二頻段)，而頻段3用于同一中繼器下的局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸。但是，上述安排不是限制性的，根據(jù)線路的具體狀態(tài)，各PLC節(jié)點可以采用另外的頻段。例如，如前所所述，第一頻段也可以高于第二頻段。又例如，其它頻段的上行頻段和下行頻段也可以相互調(diào)換。關(guān)于具體頻段的確定，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，完全可以在現(xiàn)場通過簡單的試驗來確定采用通信效果好的頻段。
需要說明的是，上述頻段的劃分只是一個例子，不應(yīng)視為對本發(fā)明的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，頻段的數(shù)量以及頻段的邊界是可以變化的，實際上可以是任意值，只不過一旦調(diào)整頻段數(shù)量和頻段邊界，就需要相應(yīng)調(diào)整設(shè)備硬件的相關(guān)參數(shù)，而這是本領(lǐng)域技術(shù)人員在知曉本發(fā)明的技術(shù)后能夠通過常規(guī)的工作可以實現(xiàn)的。還可以注意到上表中的各頻段的邊界不是完全銜接的，這是為了避免干擾其它無線服務(wù)而避開某些頻率。如果其它無線服務(wù)的頻率有變化，或者由于實際地點的情況而不存在相互干擾問題，則無需避開所述頻率，從而可以隨意確定各頻段之間的邊界，并且邊界可以銜接起來。事實上，本發(fā)明在頻段使用方面的要點在于將可用系統(tǒng)頻段劃分為多個子頻段，根據(jù)實際線路條件在不同的PCL節(jié)點選用合適的子頻段。
此外，所述子頻段的確定可以在布設(shè)低壓電力線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)時進行，或者在低壓電力線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)運行過程中實時進行。
本發(fā)明的低壓電力線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)最好采用OFDM調(diào)制方式。也就是說，如圖1所示，主站、中繼器(其第一通信設(shè)備和第二通信設(shè)備)以及用戶終端都最好包括OFDM調(diào)制模塊。
OFDM不是一個新的技術(shù)，它已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于許多其他的通信系統(tǒng)中，例如ADSL、VDSL(very-height-speed digital subscriber line，超高速數(shù)字用戶線路)、DAB(數(shù)字音頻廣播)、DVB(數(shù)字視頻廣播)等等，使用OFDM調(diào)制技術(shù)能夠保證信號在不利的傳輸條件下，達到很高的傳輸速率。
利用電力線傳輸信號可以采用很多形式的調(diào)制方式，但是在我們做了大量的現(xiàn)場試驗后，我們認為OFDM調(diào)制方式最適合在電力線上進行信號傳輸，首先它具有很強的抗干擾性，其次它能夠提供最高的頻率效率和性能，特別是對信道間的頻率選擇性衰減和時延具有很強的抗干擾性。這是多載波通信的特例，使用幾個子載波進行通信。它也是調(diào)制和多路復(fù)用技術(shù)的結(jié)合，可以使用1000或更多的載波進行通信，提高了系統(tǒng)的靈活性。當某個載波傳輸過程中在這個頻點有很多的干擾，我們可以改用其他的頻點進行通信，避免了這個頻點的干擾，保證了系統(tǒng)通信的可靠性。
所謂的OFDM就是將可用頻段分成若干低速傳輸?shù)淖虞d波，非常適合作為高容量PLC系統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)。由于OFDM不需要復(fù)雜的均衡器，因此是一個極有前途的調(diào)制技術(shù)。OFDM的基本思想就是把可用信道帶寬分成若干子信道，每一個信道都可近似看作理想信道。每個子信道采用QAM(正交幅值調(diào)制)調(diào)制低速數(shù)據(jù)流。由于在OFDM系統(tǒng)中，符號間隔很長，因此具有很強的抗脈沖噪聲和快速衰落的能力。將信道可用帶寬分劃為若干相對窄的子帶，其總傳輸速率接近設(shè)計的信道容量。如果子站之間的功率分配以及每個符號包含的比特位(調(diào)制電平)的選擇遵循保證每個子信道的誤碼率均衡的原則，那末實現(xiàn)總速率最大化是可能的。對于較低SNR(信噪比)的子信道，采用較低調(diào)制電平(即每個符號包含的比特位較少)，較高SNR的子信道，采用較高調(diào)制電平(即每個符號包含的比特位較多)。在自適應(yīng)OFDM系統(tǒng)中，根據(jù)信道條件，采用最優(yōu)調(diào)制電平和功率分配可以實現(xiàn)更高速率的數(shù)據(jù)傳輸。在OFDM系統(tǒng)中，實現(xiàn)信道均衡，縮短有效信道的脈沖響應(yīng)，調(diào)制電平的自適應(yīng)調(diào)節(jié)以及功率的自動分配，都需要對信道狀態(tài)進行評估。隨著對利用時變和頻率選擇性信道傳輸高速數(shù)據(jù)的需求的逐漸增強，無需對信道訓(xùn)練和學(xué)習(xí)就可以識別一個盲信道的方法引起了人們越來越大的興趣。
通過在OFDM的數(shù)據(jù)塊(符號)間插入循環(huán)前綴(稱為保護間隔)，可以減輕頻率選擇性信道所具有的時間色散特性的影響，為了避免OFDM碼間干擾，OFDM的保護間隔應(yīng)大于信道脈沖響應(yīng)時間。具有循環(huán)前綴的OFDM可以消除碼間干擾(ISI)和信道間干擾(ICI)，而且無需采用復(fù)雜的均衡器。在OFDM信號中插入循環(huán)前綴帶來了寬范圍的循環(huán)穩(wěn)態(tài)，這可以用于OFDM系統(tǒng)中的盲信道識別。
把信號作循環(huán)穩(wěn)態(tài)處理可改進數(shù)字信號處理。循環(huán)穩(wěn)態(tài)信號處理技術(shù)利用了下面將要闡述的信號周期特性。循環(huán)穩(wěn)態(tài)表征了處于移位狀態(tài)的頻譜各個部分之間的相關(guān)性。利用頻譜相關(guān)性開發(fā)頻譜的內(nèi)在冗余，有利于在困難的通信環(huán)境下進行各種信號處理，如在PLC中。頻譜相關(guān)密度(SCD)評估和循環(huán)特征分析對于提出一個恰當?shù)难h(huán)穩(wěn)定信號處理方法往往是非常關(guān)鍵的。
具有前綴的OFDM信號就是循環(huán)穩(wěn)態(tài)的一個例子。OFDM信號x(t)是由N重QAM信號組成的，表示為x(t)＝Re{w(t)·ej2πfct} (1.1)其中fc是子載波頻率，w(t)是N重QAM信號的復(fù)包絡(luò)。具有循環(huán)前綴的OFDM信號的復(fù)包絡(luò)為w(t)=ΣkΣn=0N-1γn,k·ej(2Σ/Ts)nt·q(t-kT)---(1.2)]]>其中，(γn，k)為獨立和均勻分布的信號序列(一般為復(fù)數(shù))，N是子載波數(shù)量，q(t)為持續(xù)時間為T的矩形脈沖，Ts是OFDM源信號周期。保護間隙為Tg，帶有保護間隔的完整OFDM信號的持續(xù)時間是T＝Ts+Tg。加入循環(huán)前綴會損壞多重QAM信號的正交性。
傳統(tǒng)的OFDM用于固定子信道調(diào)制。然而，在自適應(yīng)的OFDM第I子信道(使用QAM調(diào)制)中，每個信號具有相同的傳輸速率，為fs＝1/Ts，但可能具有不同的調(diào)制電平Mi＝2mi，每一個OFDM符號的傳輸比特數(shù)是常量L=Σi=1Nmi---(1.3)]]>有效的OFDM基帶調(diào)制解調(diào)采用了離散傅里葉反變換/變換，Ts/N是采樣間隔。
信息信號為復(fù)數(shù)序列{γn，k}
γn,k∈{Cm}m=1M---(1.4)]]>同相分量為ac，m＝Re{cm}，正交分量為bs，m＝Im{γn，k}，組成M元復(fù)數(shù)信號(ac，m，bs，m)，組成 矩形信號集合。
M元PSK(相移鍵控，Phase-Shift Keying)信號的同相和正交分量的cos-sin運算形成循環(huán)信號集合γn,k∈{Cm}m=1M={ejπ(2m-1)/M}m=1M---(1.5)]]>因此，M元PSK信號，是包絡(luò)恒定的QAM信號。而且用差分編碼的調(diào)制方式可以減少頻率選擇性信道由于時間彌散性造成的均衡問題。
典型的頻率分配數(shù)據(jù)系統(tǒng)將頻率劃分為N個不重疊的頻道，因為沒有重疊，所以沒有字符間的干擾，但是如果這樣做，系統(tǒng)的頻率利用率不高，從另一方面講，OFDM使用重疊的子載波通信，并且不同的調(diào)制載波進行正交，正交使載波線性獨立，載波間隔是1/T的幾倍。OFDM由很多調(diào)制子載波組成，調(diào)制方式可以是PSK和QAM。45Mbps電力線高速通信系統(tǒng)使用m-QAM對每個子載波進行調(diào)制。
總結(jié)起來，OFDM調(diào)制方式的主要優(yōu)點是*對電力線上有時延的多徑信道衰減有很好的抑制作用；*每個載波的速率可以根據(jù)在這個頻點監(jiān)測到的信噪比情況，來確定每個子載波的速率；*干擾僅能影響一些載波而其余的子載波仍能保證可靠的通信；對于45Mbps電力線高速通信系統(tǒng)，每個傳輸頻段的載波數(shù)目是上行信道512個載波，下行信道768個載波，總共1280個載波。也就是說，每個頻段(頻段l、頻段2，頻段3，頻段1翻轉(zhuǎn))都有1280個子載波，45Mbps電力線高速通信系統(tǒng)根據(jù)每個用戶和每個載波的品質(zhì)因數(shù)，調(diào)制參數(shù)可以進行實時調(diào)整，保證系統(tǒng)能夠正常、可靠的通信。
需要說明的是，上面以45Mbps系統(tǒng)為例進行說明，但是，顯而意見，傳輸速率可以是任何速率。
上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了詳細描述。可以看出，相對于現(xiàn)有的高速電力線通信系統(tǒng)，本發(fā)明的電力線通信系統(tǒng)具有以下優(yōu)點1.由于使用中繼器，減少了通信距離增大時的信號衰減，從而有效增加系統(tǒng)的通信距離，理論上沒有距離限制，因而能夠滿足同一配電變壓器范圍內(nèi)低壓電力網(wǎng)上高速數(shù)據(jù)信息的傳輸；2.通過頻段的細分，可根據(jù)實際線路情況來選擇所使用的頻段，具有很強的組網(wǎng)靈活性，并且所占用的頻譜寬度少于10MHz；3.進一步，通過采用OFDM技術(shù)，可以很好地解決電力線上的噪聲和干擾問題，使得每一個子頻段上的傳輸速率可達45Mbps；4.通過配備輔助模塊，可使系統(tǒng)具備完善的網(wǎng)絡(luò)管理功能，兼容標準協(xié)議(如SNMP等)，可遠程監(jiān)視和調(diào)整設(shè)備參數(shù)；還可通過設(shè)置虛擬局域網(wǎng)(VLAN，Virtual LAN)，將用戶分成不同的虛擬局域網(wǎng)。虛擬局域網(wǎng)可以隔離各種流量，避免廣播包對網(wǎng)絡(luò)性能的影響。還可支持QoS(服務(wù)質(zhì)量，quality of service)設(shè)置，可以確保關(guān)鍵應(yīng)用(如語音、視頻應(yīng)用等)的服務(wù)質(zhì)量，同時其他的普通應(yīng)用也能得到服務(wù)。
需要注意的是，本發(fā)明的保護范圍僅受權(quán)利要求書的限制，而不是說明書所公開的實施例的限制。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，完全可以在本說明書的公開的基礎(chǔ)上作出一些仍然在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)的變動。
權(quán)利要求
1.一種低壓電力線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，包括主站設(shè)備，與低壓電力線耦合并與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，作為網(wǎng)關(guān)在低壓電力線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；包括電力線接口和用戶數(shù)據(jù)接口的用戶終端，用于在電力線接口和用戶數(shù)據(jù)接口之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；其特征在于該通信系統(tǒng)還包括中繼器，中繼器在主站設(shè)備和用戶終端之間與低壓電力線耦合，用于中繼主站設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)信號，該中繼器包括與主站設(shè)備以第一頻段通信的第一通信設(shè)備和與用戶終端以第二頻段通信的第二通信設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述主站設(shè)備、用戶終端、第一通信設(shè)備和第二通信設(shè)備均包括OFDM調(diào)制模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述主站設(shè)備還包括網(wǎng)絡(luò)管理模塊，使用SNMP管理低壓電力線網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。
4.如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述中繼器還包括網(wǎng)關(guān)模塊，用于連接其它數(shù)據(jù)接入服務(wù)。
5.如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述用戶終端中的用戶數(shù)據(jù)接口可以包括以下接口中的至少一種以太網(wǎng)接口，USB接口，電話線接口。
6.如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，每一個中繼器下游連接多個所述用戶終端，各用戶終端通過該中繼器構(gòu)成局域網(wǎng)。
7.如權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述主站設(shè)備還包括以下模塊中的至少一種路由器，VPN，NAT，DHCP，防火墻。
8.一種在低壓電力線上進行數(shù)據(jù)通信的方法，包括提供主站設(shè)備，與低壓電力線耦合并與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，作為網(wǎng)關(guān)在低壓電力線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；提供包括電力線接口和用戶數(shù)據(jù)接口的用戶終端，用于在電力線接口和用戶數(shù)據(jù)接口之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；其特征在于還提供在主站設(shè)備和用戶終端之間與低壓電力線耦合的中繼器，用于中繼主站設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)信號，其中，該中繼器以第一頻段與主站設(shè)備通信，以第二頻段與用戶終端通信。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采用OFDM調(diào)制。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，系統(tǒng)頻段由多個子頻段組成，根據(jù)相應(yīng)線路的條件來確定所述第一頻段、第二頻段分別采用哪一個子頻段。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在每一個中繼器下游連接多個所述用戶終端，各用戶終端通過該中繼器構(gòu)成局域網(wǎng)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，系統(tǒng)頻段由多個子頻段組成，根據(jù)相應(yīng)線路的條件來確定所述第一頻段、第二頻段和所述局域網(wǎng)中的通信分別采用哪一個子頻段。
13.如權(quán)利要求10或12所述的方法，其特征在于，所述確定子頻段的步驟在布設(shè)低壓電力線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)時進行，或者在低壓電力線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)運行過程中實時進行。
14.如權(quán)利要求10或12所述的方法，其特征在于，所述子頻段中的每一個分別分為上行頻段和下行頻段。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，根據(jù)相應(yīng)線路的條件互換所述上行頻段和下行頻段。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，互換所述上行頻段和下行頻段的步驟在布設(shè)低壓電力線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)時進行，或者在低壓電力線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)運行過程中實時進行。
全文摘要
本申請公開了一種低壓電力線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和方法。其中，主站設(shè)備與低壓電力線耦合并與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，作為網(wǎng)關(guān)在低壓電力線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，包括電力線接口和用戶數(shù)據(jù)接口的用戶終端在電力線接口和用戶數(shù)據(jù)接口之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。其中，還使用中繼器，中繼器在主站設(shè)備和用戶終端之間與低壓電力線耦合，用于中繼主站設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)信號，該中繼器包括與主站設(shè)備以第一頻段通信的第一通信設(shè)備和與用戶終端以第二頻段通信的第二通信設(shè)備。本發(fā)明有效增加了系統(tǒng)的通信距離，從而能夠滿足同一配電變壓器范圍內(nèi)低壓電力網(wǎng)上高速數(shù)據(jù)信息的傳輸。
文檔編號H04B3/54GK1571291SQ200410036640
公開日2005年1月26日 申請日期2004年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月29日
發(fā)明者趙丙鎮(zhèn), 李祥珍, 劉家亮, 沈志民, 王麗平, 李建岐 申請人:中國電力科學(xué)研究院