CN102904612B - 基于电力线的全双工通信方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电力线的全双工通信方法和装置，其中，该方法包括：第一装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点(P1、P3)的过零畸变将第一码元传输给第二装置；第一装置接收第二装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的另外两个过零点(P2、P4)的过零畸变传输的第二码元。本发明解决了现有技术中由于利用连续两个周期来表示一个二进制比特位而导致的传输速率低下，且难以实现全双工通信的技术问题，实现了基于电力线的全双工通信的技术效果，同时也提高了电力线的通道利用率。

Description

基于电力线的全双工通信方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种基于电力线的全双工通信方法和装置。

背景技术

WPLC是借助配电网的数字半双工通讯，其基本原理是把电压信号或电流信号的微小畸变定义成“0”或“1”，多个不同的畸变相当于“0”和“1”的延续，类似于借助电力网在“发电报”。由于电压或电流的畸变信号的频带展开一般在200-600Hz之间，因此该畸变能穿越变压器，等效于“0”或“1”跨过了变压器，从而使得可以将整个380V和10KV线路都作为通讯介质。具体而言，原理如下：

电力通讯下行的电压信号是在电网50HZ电压波形过零点附近叠加一个信号，使得50HZ基波在过零附近发生一个微小的畸变。以连续两个周期表示一位，叠加的信号位置不同，分别表示下行电压信号的“1”或“0”。如图1所示，当所叠加的信号在第一个周期，规定为表示bit“0”，如图2所示，当叠加的信号在第二个周期，规定为表示bit“1”。在通讯中，基本的数字位“0”和“1”确定之后，就可以通过对电压的调制进行数据的传输了，然而因为用两个周期对应一个数字信息位“0”或“1”，因此传递速率为25波特。

对于电压调制，由于配电变压器有很高的漏抗因此可防止过电流，且***能量在电压波形过零点附近变为最小，在过零点处调制信号所需的能量要求小，便于进行调制。同时，电压过零点特殊，为信号定位及检测提供了方便。

对于电流调制，首先是通过电压过零点附近调制，对应电压过零点附近的可控硅瞬间导通，电流亦产生尖峰形变。电流调制信号是4个周期定义一个数字位“0”或“1”，通讯速率为12.5波特。

然而，上述两种载波通讯方式最快的通讯速率也只是25HZ，且只能进行半双工通讯无法进行全双工通信，电力线的通道利用率不高。.

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种基于电力线的全双工通信方法和装置，以至少解决现有技术中由于利用连续两个周期来表示一个二进制比特位而导致的传输速率低下，且难以实现全双工通信的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于电力线的全双工通信方法，包括：第一装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点的过零畸变将第一码元传输给第二装置；上述第一装置接收上述第二装置通过上述电力线上传输的上述连续两个周期的波形信号中的上述四个过零点中的另外两个过零点的过零畸变传输的第二码元。

优选地，第一装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点的过零畸变将第一码元传输给第二装置的步骤包括：当传输的上述第一码元为“1”或“0”中的一个时，使上述连续两个周期的波形信号中的第一个周期中的正半周期的下降沿发生过零畸变；当传输的上述第一码元为“1”或“0”中的另一个时，使上述连续两个周期的波形信号中的第二个周期中的正半周期的下降沿发生过零畸变。

优选地，上述第二装置通过上述电力线上传输的上述连续两个周期的波形信号中的上述四个过零点中的另外两个过零点的过零畸变传输的第二码元的步骤包括：当传输的上述第二码元为“1”或“0”中的一个时，使上述连续两个周期的波形信号中的第一个周期中的负半周期的上升沿发生过零畸变；当传输的上述第二码元为“1”或“0”中的另一个时，使上述连续两个周期的波形信号中的第二个周期中的负半周期的上升沿发生过零畸变。

优选地，上述波形信号为电压信号，上述过零畸变为上述电压信号的过零畸变。

优选地，在第一装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点的过零畸变将第一码元传输给第二装置之前，上述方法还包括：配置上述第一装置与上述第二装置之间的主从关系，其中，上述主从关系用于指示上述第一装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的上述两个过零点的过零畸变将第一码元传输给第二装置，并指示上述第一装置接收上述第二装置通过上述电力线上传输的上述连续两个周期的波形信号中的上述四个过零点中的上述另外两个过零点的过零畸变传输的第二码元。

优选地，上述配置上述第一装置与上述第二装置之间的主从关系的步骤包括以下至少之一：第三方通信设备配置上述第一装置与上述第二装置之间的上述主从关系；通过内置于上述第一装置和上述第二装置的配置文件对上述第一装置与上述第二装置之间的上述主从关系进行配置；或者上述第一装置与上述第二装置进行协商以确定上述第一装置与上述第二装置之间的上述主从关系。

优选地，上述第一装置和上述第二装置中的一个是位于终端内的通讯模块，上述第一装置和上述第二装置中的另一个是位于集中器中的通讯模块。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于电力线的全双工通信装置，包括：传输单元，用于通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点的过零畸变将第一码元传输给另一基于电力线的全双工通信装置；接收单元，用于接收上述另一基于电力线的全双工通信装置通过上述电力线上传输的上述连续两个周期的波形信号中的上述四个过零点中的另外两个过零点的过零畸变传输的第二码元。

优选地，上述传输单元包括：第一调制模块，用于当传输的上述第一码元为“1”或“0”中的一个时，使上述连续两个周期的波形信号中的第一个周期中的正半周期的下降沿发生过零畸变；第二调制模块，用于当传输的上述第一码元为“1”或“0”中的另一个时，使上述连续两个周期的波形信号中的第二个周期中的正半周期的下降沿发生过零畸变。

优选地，上述装置还包括：配置单元，用于在上述传输单元通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点的过零畸变将第一码元传输给上述另一基于电力线的全双工通信装置之前，配置与上述另一基于电力线的全双工通信装置之间的主从关系。

在本发明中，基于电力线的过零畸变的特点，即，可以利用零点是否发生畸变来表示比特0和1，利用其中的两个过零点的过零畸变实现数据的上行传输，再通过另外两个过零点实现数据的下行传输。通过上述方式解决了现有技术中由于利用连续两个周期来表示一个二进制比特位而导致的传输速率低下，且难以实现全双工通信的技术问题，实现了基于电力线的全双工通信的技术效果，同时也提高了电力线的通道利用率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的电力线载波通信方式中比特1的表示方法；

图2是根据相关技术的电力线载波通信方式中比特1的表示方法；

图3是根据本发明实施例的基于电力线的全双工通信方法的一种优选流程图；

图4是根据本发明实施例的基于电力线的全双工通信方法中通过正半周期表示比特0和1的示意图；

图5是根据本发明实施例的基于电力线的全双工通信方法中通过负半周期表示比特0和1的示意图；

图6是根据本发明实施例的基于电力线的全双工通信的***的一种优选结构框图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例提供了一种优选的基于电力线的全双工通信方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤S302：第一装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点的过零畸变将第一码元传输给第二装置；例如，可以以图4中的P1和P3这两个过零点的过零畸变传输第一码元。

步骤S304：第一装置接收第二装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的另外两个过零点的过零畸变传输的第二码元。例如，相应的以图4中的P2和P4这两个过零点的过零畸变传输第二码元。

在上述优选实施方式中，基于电力线的过零畸变的特点，即，可以利用零点是否发生畸变来表示比特0和1，利用其中的两个过零点的过零畸变实现数据的上行传输，再通过另外两个过零点实现数据的下行传输。通过上述方式解决了现有技术中由于利用连续两个周期来表示一个二进制比特位而导致的传输速率低下，且难以实现全双工通信的技术问题，实现了基于电力线的全双工通信的技术效果，同时也提高了电力线的通道利用率。

为了实现全双工通信，因在两个周期内有四个过零点，可以利用正半周期传输上行信号，利用负半周期传输下行信号，从而实现全双工通信。优选地，第一装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点的过零畸变将第一码元传输给第二装置的步骤可以包括：当传输的第一码元为“1”或“0”中的一个时，使连续两个周期的波形信号中的第一个周期中的正半周期的下降沿(对应于P1)发生过零畸变；当传输的第一码元为“1”或“0”中的另一个时，使连续两个周期的波形信号中的第二个周期中的正半周期的下降沿(对应于P3)发生过零畸变。即，可以如4图所示，以第一个周期的正半周期下降沿的信号畸变作为1，然后以第二个周期的正半周期的下降沿的信号作为0，当然以上只是一种优选的实施方式，可以“0”和“1”的表示方法反过来，在此不再赘述。

在用正半周期传输上行信号的情况下，当然就可以用负半周期传输下行信号，值得注意的是，上述实施例中是以第一装置向第二装置发送码元叫做上行，第二装置向第一装置发送码元叫做下行为例进行说明的。在第二装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的另外两个过零点的过零畸变传输的第二码元(下行码元)的步骤可以包括：当传输的第二码元为“1”或“0”中的一个时，使连续两个周期的波形信号中的第一个周期中的负半周期的上升沿(对应于P2)发生过零畸变；当传输的第二码元为“1”或“0”中的另一个时，使连续两个周期的波形信号中的第二个周期中的负半周期的上升沿(对应于P4)发生过零畸变。即，可以如图5所示，以第一个周期的负半周期下降沿的信号畸变作为1，然后以第二个周期的负半周期的下降沿作为0，当然以上只是一种优选的实施方式，可以“0”和“1”的表示方法反过来，在此不再赘述。

优选的，也可以用正半周期传输下行信号，用负半周期传输上行信号，本实施例在此不作限定。

鉴于电流调制时首先是电压过零点附近调制，对应电压过零点附近的可控硅瞬间导通，电流亦产生尖峰形变，对于电流调制信号时4个周期定义一个数字位“0”或者“1”，因此，其对应的传输速率比电压调制要低一倍。在一个优选实施方式中，上述的波形信号优选为电压信号，相应的上述的过零畸变优选为电压信号的过零畸变。

对于是上行信号用正半周期进行承载，下行信号用负半周期进行承载；还是下行信号用正半周期进行承载，上行信号用负半周期进行承载需要在传输信号之前进行配置，优选的，可以依据两个相互通信的装置之间的主从关系来确定采用哪种方式。在一个优选实施方式中，在第一装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点的过零畸变将第一码元传输给第二装置之前，上述方法还包括：配置第一装置与第二装置之间的主从关系，其中，主从关系用于指示第一装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点的过零畸变将第一码元传输给第二装置，并指示第一装置接收第二装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的另外两个过零点的过零畸变传输的第二码元。即，可以先配置两个装置之间的主从关系，然后，可以定义用正半周期传输主设备发送的数据，用负半周期传输从设备发送的数据，从而实现数据的有效发送。

下面给出三种配置两个终端之间的主从关系的方式，然而本发明不限于此，还可以采用其它的配置方式进行配置：

1)第三方通信设备配置第一装置与第二装置之间的主从关系；

2)通过内置于第一装置和第二装置的配置文件对第一装置与第二装置之间的主从关系进行配置；或者

3)第一装置与第二装置进行协商以确定第一装置与第二装置之间的主从关系。

在上述各个优选实施方式的基础上，第一装置和第二装置中的一个可以是位于终端内的通讯模块，第一装置和第二装置中的另一个可以是位于集中器中的通讯模块。

本发明实施例还提供了一种优选的基于电力线的全双工通信的***，如图6所示，包括第一装置602和第二装置604，其中，

第一装置602包括：第一传输单元6022，用于通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点的过零畸变将第一码元传输给第二装置；第一接收单元6024，用于接收第二装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的另外两个过零点的过零畸变传输的第二码元。

第二装置604包括：第二传输单元6042，与第一接收单元6024耦合，用于通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点的过零畸变将第一码元传输给第一装置；第二接收单元6044，与第一传输单元6022耦合，用于接收第一装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的另外两个过零点的过零畸变传输的第二码元。

在一个优选实施方式中，上述第一传输单元包括：第一调制模块，用于当传输的第一码元为“1”或“0”中的一个时，使连续两个周期的波形信号中的第一个周期中的正半周期的下降沿发生过零畸变；第二调制模块，用于当传输的第一码元为“1”或“0”中的另一个时，使连续两个周期的波形信号中的第二个周期中的正半周期的下降沿发生过零畸变。

上述第二传输单元包括：第三调制模块，用于当传输的第一码元为“1”或“0”中的一个时，使连续两个周期的波形信号中的第一个周期中的负半周期的下降沿发生过零畸变；第四调制模块，用于当传输的第一码元为“1”或“0”中的另一个时，使连续两个周期的波形信号中的第二个周期中的负半周期的下降沿发生过零畸变。

优选的，上述的基于电力线的全双工通信的***还包括：配置单元，用于在传输单元通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点的过零畸变将第一码元传输给第二装置之前，配置与另一装置之间的主从关系。其中，主从关系用于指示第一装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点的过零畸变将第一码元传输给第二装置，并指示第一装置接收第二装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的另外两个过零点的过零畸变传输的第二码元。即，可以先配置两个装置之间的主从关系，然后，可以定义用正半周期传输主设备发送的数据，用负半周期传输从设备发送的数据，从而实现数据的有效发送。

配置单元可以按照以下三种方式之一配置两个终端之间的主从关系：

1)第三方通信设备配置第一装置与所述第二装置之间的所述主从关系，即，配置单元是第三方通信设备；

2)通过内置于所述第一装置和所述第二装置的配置文件对所述第一装置与所述第二装置之间的所述主从关系进行配置，即配置单元为装置内的一个模块或单元；或者

3)第一装置与第二装置进行协商以确定第一装置与第二装置之间的主从关系。

在一个优选实施方式中，第一装置和第二装置是位于终端内的通讯模块或者位于集中器中的通讯模块。优选地，当第一装置是位于终端内的通讯模块时，第二装置是位于集中器中的通讯模块；当第一装置是位于集中器中的通讯模块时，第二装置是位于终端内的通讯模块。

对于上述使用的术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

在上述各个优选实施方式中，码元是数据中的一种，上述仅是以码元为例进行说明的，相应的还可以是其它类型的数据，本发明在此不做限定。

本发明提供了一种优选的实施例来进一步对本发明进行解释，但是值得注意的是，该优选实施例只是为了更好的描述本发明，并不构成对本发明不当的限定。

对于相关技术中的电力线载波的通讯方式最快的通讯速率也就是25HZ，而且仅能实现半双工通讯，(即，同一时间电力线上只能传输一种载波信号)。在本发明实施例中可以将电力线的正半周期作为下行专用通讯通道，将电力线的负半周期作为上行专用通讯通道。对应的0和1的编码方式如图4和5所示，在此不再赘述。

基于上述的全双工通信，对应的控制方式如下：

位于终端的载波通讯模块，只采集电力线上正半周期的信号，并对采集到的信号进行解调。由于电力线的负半周期作为上行专用通讯通道，因此当终端的载波通信模块需要发送载波时，将编码后的载波信号只调制电力线的负半周波。

同理，集中器的载波通讯模块，只采集电力线上负半周期的信号，并对采集到的信号进行解调。由于电力线的正半周期作为下行专用通讯通道，因此当集中器的载波通讯模块要发送载波时，将编码后的载波信号只调制电力线的正半周波。

优选的，控制模块只要可以同时进行调制和解调就可以同时进行上行和下行的载波通讯。

通过上述改进后的电力线载波通讯方式，能够同时进行上下行全双工通讯，电力线上同时有上行和下行两种载波信号在传输，提高了电力线的通道利用率。同时由原来的同时只能上行或者下行的载波通讯方式，改进到当前能同时进行上下行的通讯方式，也提高了载波的通讯速率，当载波上下行同时在传输时，相当于载波的通讯速率为50HZ。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：基于电力线的过零畸变的特点，即，可以利用零点是否发生畸变来表示比特0和1，利用其中的两个过零点的过零畸变实现数据的上行传输，再通过另外两个过零点实现数据的下行传输。通过上述方式解决了现有技术中由于利用连续两个周期来表示一个二进制比特位而导致的传输速率低下，且难以实现全双工通信的技术问题实现了基于电力线的全双工通信的技术效果，同时也提高了电力线的通道利用率。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于电力线的全双工通信方法，其特征在于，包括：

第一装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点的过零畸变将第一码元传输给第二装置；

所述第一装置接收所述第二装置通过所述电力线上传输的所述连续两个周期的波形信号中的所述四个过零点中的另外两个过零点的过零畸变传输的第二码元；

其中，第一装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点的过零畸变将第一码元传输给第二装置的步骤包括：当传输的所述第一码元为“1”或“0”中的一个时，使所述连续两个周期的波形信号中的第一个周期中的正半周期的下降沿发生过零畸变；当传输的所述第一码元为“1”或“0”中的另一个时，使所述连续两个周期的波形信号中的第二个周期中的正半周期的下降沿发生过零畸变；

其中，所述第二装置通过所述电力线上传输的所述连续两个周期的波形信号中的所述四个过零点中的另外两个过零点的过零畸变传输的第二码元的步骤包括：当传输的所述第二码元为“1”或“0”中的一个时，使所述连续两个周期的波形信号中的第一个周期中的负半周期的上升沿发生过零畸变；当传输的所述第二码元为“1”或“0”中的另一个时，使所述连续两个周期的波形信号中的第二个周期中的负半周期的上升沿发生过零畸变。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波形信号为电压信号，所述过零畸变为所述电压信号的过零畸变。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点的过零畸变将第一码元传输给第二装置之前，所述方法还包括：

配置所述第一装置与所述第二装置之间的主从关系，其中，所述主从关系用于指示所述第一装置通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的所述两个过零点的过零畸变将第一码元传输给第二装置，并指示所述第一装置接收所述第二装置通过所述电力线上传输的所述连续两个周期的波形信号中的所述四个过零点中的所述另外两个过零点的过零畸变传输的第二码元。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述配置所述第一装置与所述第二装置之间的主从关系的步骤包括以下至少之一：

第三方通信设备配置所述第一装置与所述第二装置之间的所述主从关系；

通过内置于所述第一装置和所述第二装置的配置文件对所述第一装置与所述第二装置之间的所述主从关系进行配置；或者

所述第一装置与所述第二装置进行协商以确定所述第一装置与所述第二装置之间的所述主从关系。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一装置和所述第二装置中的一个是位于终端内的通讯模块，所述第一装置和所述第二装置中的另一个是位于集中器中的通讯模块。

6.一种基于电力线的全双工通信装置，其特征在于，包括：

传输单元，用于通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点的过零畸变将第一码元传输给另一基于电力线的全双工通信装置；

接收单元，用于接收所述另一基于电力线的全双工通信装置通过所述电力线上传输的所述连续两个周期的波形信号中的所述四个过零点中的另外两个过零点的过零畸变传输的第二码元；

其中，所述传输单元包括：第一调制模块，用于当传输的所述第一码元为“1”或“0”中的一个时，使所述连续两个周期的波形信号中的第一个周期中的正半周期的下降沿发生过零畸变；第二调制模块，用于当传输的所述第一码元为“1”或“0”中的另一个时，使所述连续两个周期的波形信号中的第二个周期中的正半周期的下降沿发生过零畸变。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

配置单元，用于在所述传输单元通过电力线上传输的连续两个周期的波形信号中的四个过零点中的两个过零点的过零畸变将第一码元传输给所述另一基于电力线的全双工通信装置之前，配置与所述另一基于电力线的全双工通信装置之间的主从关系。