一种双频率电力线载波通信方法

摘要

本发明提供了一种双频率电力线载波通信方法和装置，该方法在信源端任意选择两个频率的载波信号中任一载波信号对数据信号进行调制产生已调信号通过电力线信道传送到信宿端；在信宿端通过侦测锁定接收到的载波频率，选择相应的解调通道对已调信号进行解调获得数据信号。本发明可以将两个不同频率的载波装置整合在一起，由于接收方可即时分辨发送方的频率，因此能够和原来的单频率系统兼容，实现单频向双频的平滑过渡。本发明采用切换式滤波电路，可对两个距离较大的频率分别滤波，单个频率的滤波效果和原系统一致，不需要以增加带宽来覆盖两个频率。使用双频率后，系统可有效的应对同频干扰和选频衰减，通讯更加稳定可靠。

权利要求

1.一种双频率电力线载波通信方法，该方法在信源端任意选择两个频率的载波信号中任一载波信号对数据信号进行调制产生已调信号通过电力线信道传送到信宿端；在信宿端通过侦测锁定接收到的载波频率，选择相应的解调通道对已调信号进行解调获得数据信号；其特征在于：在信源端包括以下步骤：

选择任一频率的载波，采用所选择的载波频率对数据信号进行调制产生已调信号，并将已调信号通过电力线载波发送的步骤；

在信宿端包括以下步骤：

按照以下方法确定载波信号频率的步骤：

A、采用以两个频率中任何一个为中心频率的带通滤波器接收一个电力线载波工频过零点的时间槽内的信号；

B、采用另一个频率为中心频率的带通滤波器接收紧接着的一个电力线载波工频过零点的时间槽内的信号；

C、判断步骤A和步骤B所接收的信号的质量，并将信号质量好的带通滤波器的中心频率初步设定为载波信号频率；

D、采用以初步设定的载波信号频率为中心频率的带通滤波器接收紧接着的下一个电力线载波工频过零点的时间槽内的信号，再次判断接收到的信号质量，如两次信号质量均大于预定的阈值，则确定该频率为载波信号频率，否则，转向步骤A；

对经过带通滤波器的信号进行解调，输出数据信号的步骤。

2.根据权利要求1所述的双频率电力线载波通信方法，其特征在于：两个频率的载波信号分别使用421KHZ和270KHZ。

3.根据权利要求2所述的双频率电力线载波通信方法，其特征在于：所述的调制方式为FSK调制。

4.根据权利要求3所述的双频率电力线载波通信方法，其特征在于：当使用的载波信号频率为421KHZ时，选择过零点前后各1.5ms为传输时间槽，码速率为13.33KHZ；当使用的载波信号频率为270KHZ时，码速率为20.83KHZ，传输方式为连续传输或过零点前后各

1.512ms时间槽内的过零点传输。

说明书

一种双频率电力线载波通信方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力线载波通信领域，特别涉及一种利用不同的频率发送和接收的通信方法和通信装置。

背景技术

[0002] 电力线载波通信是以高频载波信号通过高压或低压电力线传输信息的通信方式。传统的电力线载波装置使用单一的频率进行通信，中心频率经选定后滤波电路即以此为中心来设计。这种单频率系统的缺点是无法处理同频干扰，以及电力线上常见的选频衰减。所谓同频干扰是指干扰频率接近载波中心频率，造成滤波电路无效。而选频衰减是指电力线上分布电感和电容参数形成了带阻滤波，对某一频率衰减严重。另外，两个不同的单频率系统由于无法互联互通，也给电力线载波的实施带来工程上的困难。

发明内容

[0003] 本发明针对目前传统的电力线载波装置使用单一的频率进行通信，无法处理同频干扰，以及电力线上常见的选频衰减的不足，提供一种双频率电力线载波通信方法及通信装置。

[0004] 本发明特别针对目前使用较为广泛的两个频率270KHZ和421KHZ，既能做到与已有系统兼容，又可以作为转换节点使两个不同频率的单频率设备能够互联互通。

[0005] 本发明为了完成其技术目的所采用的技术方案是：一种双频率电力线载波通信方法，该方法在信源端任意选择两个频率的载波信号中任一载波信号对数据信号进行调制产生已调信号通过电力线信道传送到信宿端；在信宿端通过侦测锁定接收到的载波频率，选择相应的解调通道对已调信号进行解调获得数据信号；

[0006] 在信源端包括以下步骤：

[0007] 选择任一频率的载波，采用所选择的载波信号对数据信号进行调制产生已调信号，并将已调信号通过电力线载波发送的步骤；

[0008] 在信宿端包括以下步骤：

[0009] 按照以下方法确定载波信号频率的步骤：

[0010] A、采用以两个频率中任何一个为中心频率的带通滤波器接收一个电力线载波工频过零点的时间槽内的信号；

[0011] B、采用另一个频率为中心频率的带通滤波器接收紧接着的一个电力线载波工频过零点的时间槽内的信号；

[0012] C、判断步骤A和步骤B所接收的信号的质量，并将信号质量好的信号的带通滤波器的中心频率初步设定为载波信号频率；

[0013] D、采用以初步设定的载波信号频率为中心频率的带通滤波器接收紧接着的下一个电力线载波工频过零点的时间槽内的信号，再次判断接收到的信号质量，如两次信号质量均大于预定的阈值，则确定该频率为载波信号频率，否则，转向步骤A；

[0014] 对经过带通滤波器的信号进行解调，输出数据信号的步骤。

[0015] 进一步的，上述的双频率电力线载波通信方法中：两个频率的载波信号分别使用421KHZ和270KHZ。

[0016] 进一步的，上述的双频率电力线载波通信方法中：所述的调制方式为FSK调制。

[0017] 进一步的，上述的双频率电力线载波通信方法中：当使用的载波信号频率为421KHZ时，工频过零点的时间槽为过零点前后各1.5ms为传输时间槽，码速率为13.33KHZ；
当使用的载波信号频率为270KHZ时，码速率为 20.83KHZ，传输方式为连续传输或过零点前后各1.512ms时间槽内的过零点传输。

[0018] 本发明还提供一种双频率电力线载波通信装置，实现高频率电力线载波通信和低频率电力线载波通信，包括双频率发送装置和双频率接收装置，在所述的双频率接收装置中包括接收信号载波频率确定模块，所述的接收信号载波频率确定模块包括由微处理器控制的以高频率为中心的高频带通滤波器和以低频率为中心的低频带通滤波器。

[0019] 进一步的，上述的双频率电力线载波通信装置中：在所述的双频率接收装置中还包括产生高、低频率之差的差频振荡器和混频器， 所述的混频器的输入端分别接入差频信号和接收的低频率电力线载波通信信号或高频率电力线载波通信信号，所述的差频信号输入混频器由微处理器控制，所述的混频器的输出端接所述的双频率接收装置的中频滤波和解调电路。

[0020] 进一步的，上述的双频率电力线载波通信装置中：所述的高频率为421KHz，低频率为270KHz。

[0021] 进一步的，上述的双频率电力线载波通信装置中：还包括电力线工频过零点检测电路，所述的电力线工频过零点检测电路与微处理器相连。

[0022] 本发明可以将两个不同频率的载波装置整合在一起，由于接收方可即时分辨发送方的频率，因此能够和原来的单频率系统兼容，实现单频向双频的平滑过渡。本发明采用切换式滤波电路，可对两个距离较大的频率分别滤波，单个频率的滤波效果和原系统一致，不需要以增加带宽来覆盖两个频率。使用双频率后，系统可有效的应对同频干扰和选频衰减，通讯更加稳定可靠。

[0023] 下面通过结合附图具体实施例对本发明进行进一步的说明。

附图说明

[0024] 附图1、本发明实施例双频率发送装置原理框图。

[0025] 附图2、本发明实施例双频率接收装置原理框图。

[0026] 附图3、是本发明实施例双频率接收信号示意图。

[0027] 附图4、是本发明实施例双频率接收信号频谱图。

[0028] 附图5、本发明实施例双频率发送装置原理简图。

[0029] 附图6、本发明实施例双频率接收装置原理简图。

[0030] 附图7、本发明实施例双频率通信装置开关图。

[0031] 附图8、本发明实施例双频率接收装置中混频原理简图。

具体实施方式

[0032] 本实施例是一种421KHZ和270KHz的双频率载波通讯装置，发送端选择任一频率载波信号对数据信号进行FSK调制，然后将已调信号通过电力线载波发送；同时，在接收端通过检测确认发送端所采用的载波频率为421KHZ或270KHz载波信号中的一个，并对接收到的已调信号进行解调。

[0033] 本实施例两个信道分别使用421KHZ和270KHZ频率。两个信道均为FSK调制方式，421KHZ 以过零点前后各1.5ms为传输时间槽，即所谓过零传输方式，码速率为13.33KHZ；
270KHZ以3.024ms为一个码片，码速率为 20.83KHZ，传输方式为连续传输或过零点传输。

[0034] 工频过零点检测电路为微处理器提供了A相时间基准。B相和C相过零点可以由软件推算。

[0035] 切换式滤波采用切换开关SGM4717，如图5、6、7所示，变压器 BT1/BT2 电感量分别为94uH/28uH，对应421KHZ时，配对电容量为1.5nF/5.1nF，对应270KHZ时，配对电容量3.7nF/12.4nF。BT1用于接收滤波，BT2用于发送滤波。

[0036] 发送装置如图1和图5所示，421KHz或者270KHz的已调载波信号通过一个带通滤波器滤波以后，通过电力线载波发送，如图1所示，本实施例中，带通滤波器由一个开关控制，当选择的是高频率的已调载波信号时，利用处理器MCU控制并联的两个电容断开，这里，带通滤波器的中心频率将是421KHz，如果选择的是要发送低频率的信号时，MCU控制开关闭合，此时，带通滤波器的中心频率是270KHz。两种信号带通滤波的频谱如图4所示。

[0037] 如图5、图7所示，发送时，微处理器MCU产生相应频率的方波输出SSCOUT或SSCOUT1，两者的发送功率有区别，软件可根据需要选择强度。BT2和C26 C27 组成421KHZ滤波网络，而当模拟开关如图7所示接通NO2和COM2时，增加C4 C5组成270KHZ滤波网络。BT2滤波网络产生两个反向正弦波驱动VT1和VT2，将信号发送到BT1 并耦合到电力线。

[0038] 同样，在接收装置中也有类似的通过变换电容大小改变带通滤波器中心频率的装置，如图2所示，具体电路如图6所示，同时，如图8所示，还通过开关，将接收到的低频率信号进行混频率，产生与高频率信号一致的信号，然后进行解调，接收到低频率的信号时，本实施例中是270KHz的信号，需要经过MC3361的混频芯片进行混频后产生中频信号，这里差为151KHz，产生的中频信号就是421KHz的高频率信号。因此，这里可以接收421KHz或者270KHz的两种载波信号，如果是接收到270KHz的信号，还需要通过混频与本地产生的151KHz的差频率信号混频产生421KHz信号，混频率器加入与否是由MCU控制定时器输出实现的。如果接收到的是421KHz信号MCU将控制不向混频器中加入151KHz的差频率信号，加入0Hz的信号，这样MC3361的混频芯片将仅仅是一个放大器，将421KHz信号放大，以便于以后解调。因此，本接收电路与单频接收器相比，只增加了这个混频电路，另外在接收滤波器中增加了一个选择是否并联电容的选择开关，该开关与输入到混频电路中的差信号同步。

[0039] 信号频率确认工作过程：以A相过零点为基准的3ms用于接收421KHZ，微处理器切换断开 COM1 和 NC1 的连接，此时 C16 C17 和 BT1_6 BT1_8 连接，组成421KHZ 选频网络，同时MCU关闭151KHz时钟，MC3361 混频器作为放大器使用，对信号放大后从FM解调器输出解调信号。微处理器对FSK解调信号进行AD采样，检测其中是否存在有效帧头数据，如果有则记录一次确认。第二个过零点（B相过零点）时间槽的3.024ms，微处理器切换导通 COM1 和 NC1，此时 C1 C2 串联 C21 后与 C16 C17 和 BT1_6 BT1_8 并联，组成 270KHZ选频网络，同时MCU打开151KHZ时钟，MC3361混频器工作，将270KHZ信号混频后得到421kHz 中频，经陶瓷滤波器滤波后解调输出。微处理器对解调信号进行采样，检测其中是否有有效的帧头数据，如有则记录一次确认。第三个过零点（C相过零点时），对采样到有效信号的频率进行再次确认，如两个频率都有信号，则对信号的质量进行比较，在第三个过零点仅对信号质量较好的频率进行再次确认。

[0040] 本实施例的工作过程如下：

[0041] 一种双频率电力线载波通信方法，该方法在信源端可任意选择270KHz或421KHz两个频率的载波信号中任一载波信号对数据信号进行调制产生已调信号通过电力线信道传送到信宿端；在信宿端通过侦测锁定接收到的载波频率，选择相应的解调通道对已调信号进行解调获得数据信号；

[0042] 在信源端包括以下步骤：

[0043] 选择任一频率的载波信号，采用所选择的载波信号对数据信号进行调制产生已调信号，并将已调信号从电力线载波工频过零点时间槽中发送的步骤；

[0044] 在信宿端包括以下步骤：

[0045] 1、按照以下方法确定载波信号频率的步骤：如图3所示

[0046] A、采用以两个频率中任何一个为中心频率的带通滤波器接收一个电力线载波工频过零点的时间槽内的信号；

[0047] B、采用另一个频率为中心频率的带通滤波器接收紧接着的一个电力线载波工频过零点的时间槽内的信号；

[0048] C、判断步骤A和步骤B所接收的信号的质量，并将信号质量好的信号的带通滤波器的中心频率初步设定为载波信号频率；

[0049] D、采用以初步设定的载波信号频率为中心频率的带通滤波器接收紧接着的下一个电力线载波工频过零点的时间槽内的信号，再次判断接收到的信号质量，如两次信号质量均大于预定的阈值，则确定该频率为载波信号频率，否则，转向步骤A。

[0050] 2、对经过带通滤波器的信号进行解调，输出调制信号的步骤。