一種利用電力線進行數字通信的方法
2023-04-26 14:54:51
專利名稱：一種利用電力線進行數字通信的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用電力線進行數字通信的方法，尤其涉及的是，一種在家用電器網絡中利用電力線進行數字通信的方法。
背景技術：
目前很多家用電器設備，如電視機、錄像機、DVD等，它們之間的信號傳輸都是通過一根或多根信號線連接來實現的，這樣使用起來很不方便，還會影響美觀，並且很多設備的信號輸入、輸出埠往往都標註英文，一般用戶如果不能看懂，就非常容易接錯信號線。而對於用戶來說，在使用機器設備的時候，如果只需接上電源線，別的連線都不需要另外連接，打開電源開關機器就能正常工作，那將是最簡便的連接方式。
現有技術中也有採用電力線傳輸通信信號的研究，但目前主要是為遠途傳輸控制信號，因為電力線傳輸視頻信號的數據量太大，碼率太高，而遠途損耗嚴重，目前無法實現大數據量的傳輸。
用電源線進行載波通信的方法很早就有人嘗試，但這種載波通信一般只限於語音信號和控制信號傳輸，其工作頻率一般很低，只有幾KHz到幾MHz範圍之內。由於視頻信號的帶寬一般要求很高，其碼量高，數據量大，如我國的PAL電視制式，視頻帶寬一般為6MHz，如用模擬信號傳輸技術，同時能夠進行電視圖像信號和電視伴音信號傳輸，其載波的頻率必須選得很高，達30MHz以上，如要實現多路視頻信號傳輸或者高清視頻信號傳輸，載波頻率還要取得更高，需要300MHz以上，而載波頻率取得很高，又會帶來很多難以解決的技術問題。
由於電源線路結構比較複雜，一般都是開放式結構，即沒有金屬外殼屏蔽，很容易產生電磁輻射和幹擾，並且每段線路對信號的特徵阻抗都不一樣，容易產生駐波反射，以及用電設備的阻抗不是一個恆定值，因此高頻載波信號在電源線路中衰減、輻射、幹擾很嚴重，無法實現信號高質量的傳輸和還原。另外，電源線路電壓很高，安全問題也比較難以解決。因此，電源線路載波通信技術一直沒有在家用電器網絡等視頻通信技術方面得到應用。
發明內容
本發明的一種利用電力線進行數字通信的方法，可通過電源線在短距離的家電設備之間進行數字通信，利用數位訊號的調製新技術，通過電源線將視頻的大量數位訊號進行傳輸，使多個電器設備之間能夠互相進行信號傳輸，解決各種家電設備之間的複雜連線問題。
本發明的技術方案如下一種利用電力線進行數字通信的方法，其中，包括以下步驟通過電力線路連接多個電子設備；在所述電力線路的兩端和每一電子設備的輸入端分別設置高頻阻波裝置；將任一所述電子設備輸出的經過調製編碼後的數位訊號發送到所述電力線路上並通過其傳輸至其他電子設備，所述高頻阻波裝置可防止數位訊號的向外擴散和損耗；所述其他電子設備自電力線路接收數位訊號後解調播放。
所述的利用電力線進行數字通信的方法，其中，所述電子設備輸出的數位訊號的調製編碼包括以下步驟a1)所述電子設備發出信源信號，對該信源信號進行信源編碼壓縮，即數位訊號處理；a2)然後對該經過信源編碼的數位訊號進行信道編碼；a3)將經信道編碼後的數位訊號進行調製在載波上，並在調製的過程中進行調製編碼，經調製編碼後的數位訊號按代碼的方式傳送信號。
所述的利用電力線進行數字通信的方法，其中，所述信源信號為模擬信號時，在所述步驟a1)前還設置有模數轉換電路進行模數轉換為數位訊號。
所述的利用電力線進行數字通信的方法，其中，所述信道編碼過程步驟a2)即是將數位訊號按位進行分組，組與組之間可進行組合，在每組或每大組的前面插入同步信號，在每組或每大組的結尾加上結束信號，形成具有同步和結束信號的一幀。
所述的利用電力線進行數字通信的方法，其中，所述信號調製過程還包括經過調製編碼後的數位訊號被分成兩組，並且還要進行數字/調幅信號轉換，即把每一組數位訊號轉換成一個對應幅度的脈衝信號，得到兩路脈衝調製信號和，然後再分別對正交載波信號進行調製，最後把兩路正交調製信號再相加，輸出一組調幅、調相信號。
所述的利用電力線進行數字通信的方法，其中，所述方法中的數字調製模式可選用QPSK、8QAM、16QAM或32QAM。
所述的利用電力線進行數字通信的方法，其中，所述電子設備接收的數位訊號後解調過程括以下步驟b1)所述信號解調裝置接收來自電力線路的調製後的載波數位訊號，進行解調，根據代碼解調出對應每幀信號；b2)對解調後的數位訊號進行數位訊號解碼，按所述步驟a2)的逆向方式解碼；b3)然後對解碼後的數位訊號進行信源信號還原解壓。
所述的利用電力線進行數字通信的方法，其中，所述信號解調過程為先把基準載波信號從調製載波信號中恢復，然後分成兩路信號，其中一路須移相，兩路信號在相位上相差一預定相位，最後再跟輸入信號相乘，即可得到兩個數字調製信號，即一組代碼信號的輸出，所述調製信號進一步進行解碼才能得到數位訊號，數位訊號還要經過多次解碼才能得出音、視頻信號輸出。
所述的利用電力線進行數字通信的方法，其中，所述基準載波信號恢復的方法是從同步信號中提取基準載波信號的相位信息，然後對鎖相環振蕩電路進行鎖相，相位鎖定後，鎖相環振蕩電路的輸出就相當於基準載波。
本發明所提供的一種利用電力線進行數字通信的方法，利用數位訊號的調製新技術，將家電設備的視頻信號進行調製和解調後可在電力線上傳輸，從而在短距離內實現家電設備之間的視頻傳輸，無須額外接插其他視頻信號線，並且利用現有的電力傳輸線路，使設備使用起來實現智能化、通用化更為簡單，方便了用戶使用。
圖1為本發明的所述利用電力線進行數字通信的方法的原理示意圖；圖2為本發明的所述利用力線進行數字通信的方法數位訊號調製原理圖；圖3為本發明的所述利用電力線進行數字通信的方法數位訊號解調原理圖；圖4是本發明的利用電力線進行數字通信的方法16QAM調製原理的影射圖；圖5是本發明的所述利用電力線進行數字通信的方法中QAM調製原理的各種影射圖。
具體實施例方式
以下結合附圖，將對本發明的較佳實施例加以詳細描述。
本發明的所述利用電力線進行數字通信的方法，如圖1所示的，是利用數位技術，把模擬信號轉換成數位訊號，然後對信號進行壓縮處理，同時選用先進的數位訊號調製技術，並充分利用載波的頻譜資源，例如模擬調製信號的載波頻率必須高於調製頻率的三倍以上，而數位訊號調製，用最簡單的QPSK調製(正交調相)，一個赫茲載波信號可以傳輸2bit數位訊號，如用256QAM調製(正交調幅、調相)，一個赫茲載波信號可以傳輸8bit數位訊號，或用OFDM調製(多載波正交調製)，一個赫茲載波信號最高可以傳輸20bit數位訊號。因此，在電力線載波通信中利用數位訊號調製技術可以大大降低載波的工作頻率，用3.5MHz的帶寬就可以實現高畫質電視信號的傳輸。
如圖1中所示的是利用電力線，在兩臺設備之間進行信號傳輸的工作原理圖。為了分析簡便，圖中只示意畫出了通信線路中的一部分，即圖1中左邊為信號調製發送，右邊為信號接收解調，左邊向左及右邊向右都是無限延展的電力線網絡。舉例來說，左邊的視頻、音頻、數據應用設備可以理解為DVD播放機，右邊的視頻、音頻、數據應用設備可以理解為電視機，比如DVD播放機可能放置在客廳裡，而多臺電視機可能分別放置在其它房間內。
如果所述視頻、音頻、數據應用設備如DVD播放機輸出的視頻和音頻信號不是數位訊號，首先要經過A/D模數轉換，同時還需要進行信號壓縮，即信源編碼，這個過程簡稱為數位訊號處理，最終產生經過信源編碼的數位訊號。然後數位訊號還需要繼續進行數位訊號編碼，或稱信道編碼。數位訊號進行信道編碼的過程就是把數位訊號按bit(位)進行分組，組與組之間還可以進行組合，最後在每組或每大組的前面插入同步信號，在每組或每大組的結尾加上結束信號。這種帶有同步和結束信號的一組數位訊號就叫做一幀，數位訊號都是按一幀一幀地進行傳輸的。
數位訊號在進行傳輸前必須要進行調製，把數位訊號調製在一個載波上。數位訊號在進行調製的過程中，還需要再進行一次編碼，叫調製編碼。調製編碼是數位訊號在傳輸過程中的最後一次編碼，它是一種代碼編組過程，如QPSK調製是四相制調製，用相位表示可以分別是45°、135°、225°、315°，或其它相位，對應的調製信號可以用二進位兩bit數字表示00、01、10、11，即共有四組代碼。同理，對於64QAM調製方式，則有64組代碼(6bit編碼)。因此，數位訊號經過調製後是按代碼的方式傳送信號的，它的傳輸效率很高。
經過調製編碼後的數位訊號最後被分成兩組，並且還要進行數字/調幅信號轉換，即把每一組數位訊號轉換成一個對應幅度的脈衝信號，得到兩路脈衝調製信號I和Q，然後再分別對正交載波信號進行調製(調幅)，最後把兩路正交調製信號再相加，就可以輸出一組QAM調幅、調相信號。
該經過調製編碼後的數位訊號發送到電力網上，由於在電力網傳輸的兩端設置有高頻阻波器，比如將高頻阻波器設置在某段電力網上，使用本發明方法的DVD播放機和電視機都設置在該電力網的上述兩高頻阻波器之間，從而防止數位訊號的向外擴散和損耗。在該高頻阻波器之間還設置有信號接收過程，即設置在信號接收裝置，如電視機中。在信號接收後，對信號還原的過程與上述調製過程逆反，經過數位訊號解調、數位訊號解碼、數位訊號處理後到視頻、音頻、數據應用設備進行播放，其具體過程不再詳述。
如圖2所示的是數位訊號調製原理圖。所述基準載波信號RF in經過移相後被分成兩路信號，兩路信號在相位上相差90°(即正交)，I和Q為兩組數字/調幅信號(方波)，相當於一組代碼，經過調製形成調製載波信號輸出RF out。如圖3是數位訊號解調原理圖，解調時必須要先把基準載波信號從調製載波信號中恢復，然後分成兩路信號，其中一路須移相，兩路信號在相位上相差90°，最後再跟輸入信號相乘，即可得到兩個正交數字調製信號I和Q即一組代碼信號的輸出。所述調製信號還需進一步進行解碼才能得到數位訊號，數位訊號還要經過多次解碼才能得出音、視頻信號輸出。
所述基準載波信號恢復的方法是從同步幀頭中提取基準載波信號的相位信息，然後對鎖相環振蕩電路進行鎖相，相位鎖定後，鎖相環振蕩電路的輸出就相當於基準載波，圖3中的LO就是基準載波恢復電路。
一般QAM調製除了QPSK(也稱4QAM)是單純的調相外，其它多種調製模式都是調相又調幅，即I和Q兩路調製信號的幅度和相位同時都要變化。圖4是16QAM調製原理的影射圖，圖5是QAM調製原理的各種影射圖，也叫星座圖。
從圖4、圖5中可以看出，QAM調製的階數越低，編、解碼和調製就越簡單，但碼率也會降低，所能傳輸的數據量也愈低，QAM調製的最高階數為8，即8比特編碼，256個狀態，相當於每赫茲最多能攜帶8比特信息。
目前數位電視基本採用MPEG2信源編碼，HDTV高清數位電視的碼率為19.3Mbps，SDTV標清數位電視的碼率為9Mbps，普通數位電視如PAL清晰度的碼率為5Mbps，若選用新的信源編碼標準如AVS或H.264和MPEG4，碼率還可以進一步降低1-4倍。因此選用3.5MHz左右高頻率的載波，和選用64QAM，即6比特編碼，每赫茲攜帶6比特信息，就能滿足傳送HDTV高清數位電視的碼率要求，基本用不著選用256QAM和OFDM(正交多載波調製)調製模式。
如果選用3.5MHz載波信號，其波長約等於60米，由於載波信號在電源線中的傳播速度約等於光速的三分之二，其四分之一波長為15米。只要信號在電源線中的傳輸距離小於四分之一波長，信號在線路中產生來回反射造成的駐波幹擾就很小。一般家庭中的電源線路都會小於15米，因此，載波信號最高頻率最好選在3.5MHz附近。當碼率不需要很高的時候，如傳輸控制信號、音頻信號或標準清晰度的數位電視信號，載波信號的頻率還可以進一步降低，數字調製的模式也可以降低，如選用QPSK、8QAM、16QAM、32QAM等，以提高信號的抗幹擾能力。
綜上，本發明的所述利用電力線進行數字通信的方法，其實現了在家用電器中採用電力線傳輸數位訊號，尤其是傳輸視頻信號，無需採用過高頻率載波信號，傳輸數位訊號清晰，並且僅有一根電力線，大大方便了用戶的使用，而且可以在家庭內分布自由。
權利要求
1.一種利用電力線進行數字通信的方法，其特徵在於，包括以下步驟通過電力線路連接多個電子設備；在所述電力線路的兩端和每一電子設備的輸入端分別設置高頻阻波裝置；將任一所述電子設備輸出的經過調製編碼後的數位訊號發送到所述電力線路上並通過其傳輸至其他電子設備，所述高頻阻波裝置可防止數位訊號的向外擴散和損耗；所述其他電子設備自電力線路接收數位訊號後解調播放。
2.如權利要求1所述的利用電力線進行數字通信的方法，其特徵在於，所述電子設備輸出的數位訊號的調製編碼包括以下步驟a1)所述電子設備發出信源信號，對該信源信號進行信源編碼壓縮，即數位訊號處理；a2)然後對該經過信源編碼的數位訊號進行信道編碼；a3)將經信道編碼後的數位訊號進行調製在載波上，並在調製的過程中進行調製編碼，經調製編碼後的數位訊號按代碼的方式傳送信號。
3.如權利要求2所述的利用電力線進行數字通信的方法，其特徵在於，所述信源信號為模擬信號時，在所述步驟a1)前還設置有模數轉換電路進行模數轉換為數位訊號。
4.如權利要求2所述的利用電力線進行數字通信的方法，其特徵在於，所述信道編碼過程步驟a2)即是將數位訊號按位進行分組，組與組之間可進行組合，在每組或每大組的前面插入同步信號，在每組或每大組的結尾加上結束信號，形成具有同步和結束信號的一幀。
5.如權利要求1或2所述的利用電力線進行數字通信的方法，其特徵在於，所述信號調製過程還包括經過調製編碼後的數位訊號被分成兩組，並且還要進行數字/調幅信號轉換，即把每一組數位訊號轉換成一個對應幅度的脈衝信號，得到兩路脈衝調製信號和，然後再分別對正交載波信號進行調製，最後把兩路正交調製信號再相加，輸出一組調幅、調相信號。
6.如權利要求5所述的利用電力線進行數字通信的方法，其特徵在於，所述方法中的數字調製模式可選用QPSK、8QAM、16QAM或32QAM。
7.如權利要求1所述的利用電力線進行數字通信的方法，其特徵在於，所述電子設備接收的數位訊號後解調過程括以下步驟b1)所述信號解調裝置接收來自電力線路的調製後的載波數位訊號，進行解調，根據代碼解調出對應每幀信號；b2)對解調後的數位訊號進行數位訊號解碼，按所述步驟a2)的逆向方式解碼；b3)然後對解碼後的數位訊號進行信源信號還原解壓。
8.如權利要求7所述的利用電力線進行數字通信的方法，其特徵在於，所述信號解調過程為先把基準載波信號從調製載波信號中恢復，然後分成兩路信號，其中一路須移相，兩路信號在相位上相差一預定相位，最後再跟輸入信號相乘，即可得到兩個數字調製信號，即一組代碼信號的輸出，所述調製信號進一步進行解碼才能得到數位訊號，數位訊號還要經過多次解碼才能得出音、視頻信號輸出。
9.如權利要求8所述的利用電力線進行數字通信的方法，其特徵在於，所述基準載波信號恢復的方法是從同步信號中提取基準載波信號的相位信息，然後對鎖相環振蕩電路進行鎖相，相位鎖定後，鎖相環振蕩電路的輸出就相當於基準載波。
全文摘要
本發明的一種利用電力線進行數字通信的方法，其包括通過電力線路連接多個電子設備；在所述電力線路的兩端和每一電子設備的輸入端分別設置高頻阻波裝置；將任一所述電子設備輸出的經過調製編碼後的數位訊號發送到所述電力線路上並通過其傳輸至其他電子設備，所述高頻阻波裝置可防止數位訊號的向外擴散和損耗；所述其他電子設備自電力線路接收數位訊號後解調播放。本發明方法利用數位訊號的調製新技術，將家電設備的視頻信號進行調製和解調後可在電力線上傳輸，從而在短距離內實現家電設備之間的視頻傳輸，無須額外接插其他視頻信號線，並且利用現有的電力傳輸線路，使設備使用起來實現智能化、通用化更為簡單，方便了用戶使用。
文檔編號H04B3/54GK1734961SQ20041007768
公開日2006年2月15日 申請日期2004年12月17日 優先權日2004年12月17日
發明者陶顯芳 申請人:康佳集團股份有限公司