一种增强通信能力的双模通信方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种增强通信能力的双模通信方法及装置，在不对现有数据链路层协议进行扩展的条件下，适当修改芯片设计，通过无线和电力线两种物理通路对数据进行传输，可以有效地解决电力线载波通信面临的绝大多数问题。并且本发明专利技术所设计的双模方案可以自动兼容现有的电力线载波单模通信方案，实现在现有电力线载波网络中的单点替换，避免大范围全网替换，节省更新升级成本。

【技术实现步骤摘要】
一种增强通信能力的双模通信方法及装置
本专利技术涉及无线通信和电力线载波通信
，尤其涉及同时使用无线通信和电力线载波通信的双模通信

技术介绍
随着高速电力线载波通信(HPLC)芯片在国家电网公司的规模化推广，其全寿命周期内的技术支撑和维护越来越迫切。但是随着电力线载波通信的深化应用，越来越多的问题也逐渐暴露出来，特别是在国内的通电线路中，通信环境恶劣导致电线的连接质量问题、接入电器的质量问题、大功率电器本身产生的噪声等问题，使得通电线路中存在大量不可预测的噪声干扰，大幅降低了电力线载波通信网络的可靠性。为了解决这个问题，各厂商也在积极寻求解决方案。目前得到充分支持的一种解决方案就是在电力线载波通信的基础上，增加无线通信方式，对于电力线载波通信不能满足的场景下，切换到无线通信方式进行通信。从而通过无线通信方式对电力线载波通信方式进行补充，达到通信网络的可靠覆盖。这种解决方案的实现，依赖于在现有电力线载波通信的物理层和链路层标准上进行增补，甚至是引入一套新的无线物理层和链路层标准，在解决问题的同时也大幅增加了芯片设计和通信协议的复杂度。同时，有专业调研报告显示，随着能源智能化应用的深化推广，仅国家电网的未来智能用电的应用对高速电力线载波通信的业务通信需求就超过了128kbps。而在大多数应用场景下，因为受到各方面因素的制约，大幅限制了电力线载波通信的通信速率，平均网络通信速率在100kbps左右，明显满足不了应用需求。而在目前的解决方案中，因为无线通信也只能作为电力线载波通信的补充，所设计的通信性能总体弱于电力线载波通信，所构成的双模网络的通信能力受到了电力线载波通信或无线通信中单一通信方式的通信速率的限制，因此理论上也无法超过平均网络性能约束的瓶颈。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术基于现有的电力线载波通信系统和无线通信方案，提出一种能够提升整体网络通信能力以及通信速率的双模通信方案。本方案不需要扩展现有数据链路层协议，也不需要过多的芯片设计的修改，可以有效地解决电力线载波通信面临地绝大多数问题。本专利技术具体采用如下技术方案：一种增强通信能力的双模通信方法，其特征在于：节点间采用电力线载波和无线两种传输通道进行连通，数字基带的调制信号同时从所述两种传输通道上发出，也同时从所述两种传输通道上进行数据接收解调；发送节点将数字基带的发送数据的实部和虚部分别进行数模转换，其中一路进行滤波处理后分成两支路，其中一支路进行混频调制到载波频率，另一支路进行功率放大后发送至电力线；另一路经滤波、混频调制到载波频率后与已经调制到载波频率的所述其中一支路进行混合，然后送至射频天线；接收节点将来自射频天线的无线信号进行功率放大、滤波处理后分成两路，两路信号分别经混频、电压放大、滤波、模数转换处理，转换成两路数字信号进行数字基带处理；接收节点将来自电力线的基带信号进行滤波、电压放大、模数转换处理，转换成单路数字信号进行数字基带处理。一种增强通信能力的双模通信装置，其特征在于包括模拟前端发送侧和接收侧；所述发送侧包括数模转换器DAC，滤波器FilterI1、FilterQ1，混频器MixerI1、MixerQ1，信号混合模块，功率放大器PA0、PA1；所述DAC将数字基带的发送数据的实部和虚部分别转换成模拟基带信号的I路和Q路，Q路信号经滤波器FilterQ1滤波后输入混频器MixerQ1进行载波调制，然后输入信号混合模块；I路信号经滤波器FilterI1滤波后分为两个分支，一个分支经混频器MixerI1输入信号混合模块，与载波调制后的Q路信号混合后，经功率放大器PA1送至射频天线发送，另一个分支经功率放大器PA0发送至电力线；所述接收侧包括功率放大器LNA，滤波器FilterI2、FilterQ2、FilterO、Filter1，混频器MixerI2、MixerQ2，电压放大器VGAI2、VGAQ2、VGAO，滤波器I2、Q2和模数转换器ADC0、ADC1，来自射频天线的无线信号经功率放大器LNA和滤波器Filter1后分成I、Q两路，分别经各自通路上的混频器MixerI2、MixerQ2，各自通路上的电压放大器VGAI2、VGAQ2，各自通路上的模拟滤波器FilterI2、FilterQ2后进入模数转换器ADC1，转换成I路和Q路的数字信号进入无线接收机进行数字基带处理；来自电力线的基带信号，依次经过模拟滤波器Filter0、电压放大器VGA0后进入模数转换器ADC0，转换成单路数字信号进入电力线载波接收机进行数字基带处理。本专利技术有益效果：本专利技术在不对数据链路层现有协议进行扩展的条件下，适当修改芯片设计，通过无线和电力线两种物理通路对数据进行传输，可以有效地解决电力线载波通信面临的绝大多数问题。并且本专利技术所设计的双模方案可以自动兼容现有的电力线载波单模通信方案，实现在现有电力线载波网络中的单点替换，避免大范围全网替换，节省更新升级成本。附图说明图1本专利技术的组网链路连接示意图；图2本专利技术的无线接收侧模拟设计方案的频谱示意图；其中(a)为无线发送侧频谱；(b)为无线接收侧模拟部分的频谱响应；图3本专利技术的模拟前端发送侧架构示意图；图4本专利技术的模拟前端接收侧架构示意图；图5本专利技术的数字基带接收侧的架构示意图；图6双模芯片与双模芯片通信实施示意图；图7双模芯片与单模芯片通信实施示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案进行详细描述。本专利技术提出的双模通信解决方案依赖于实现一种双模通信单芯片设计，该设计主要内容是将数字基带的调制信号同时从电力线载波和无线两种传输通道上发出，对端接收机也同时工作在这两个传输通道上进行数据接收解调。因为基带数字信号是同时发送和同时接收的(无线电传输与电流在电线中传输的百米端到端传输时间差在微秒量级，远小于OFDM符号时间长度，所以可以忽略不计)，因此数据通路上，电力线载波通信与无线通信可以说是互为备份的通信方式。收发两端的数据通路上，只要有电力线载波通路或者无线通路是相通的，就可以实现两点间的互联互通。并且因为它们之间传输通道是相互独立的，因此可以充分利用空间分集特性，在不增加传输时间的前提下，提升端到端的通信性能。在数据链路层设计方面，现行的电力线载波通信标准的采用的组网方式是树形组网方式，树形网络中的每个节点都有一颗电力线载波通信芯片，其物理层通路采用电力线载波通信方式与其它树节点进行互联互通。本专利技术提出的双模通信解决方案沿用这种树形组网方式，链路层协议也与电力线载波通信方式保持一致，如图1所示。双模通信在物理连接上与单一的电力线载波通信的区别是，每个网络节点都有一颗双模通信芯片，其物理层通路采用电力线载波通信和无线通信两种方式与其它节点进行联通。图中双模节点1与双模节点2的电力线载波通路和无线通路都能够正常通信，因此它们之间建立的是双模通信连接；节点2与节点4之间的电力线载波通道连接不通，因此它们之间建立的是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强通信能力的双模通信方法，其特征在于：节点间采用电力线载波和无线两种传输通道进行连通，数字基带的调制信号同时从所述两种传输通道上发出，也同时从所述两种传输通道上进行数据接收解调；/n发送节点将数字基带的发送数据的实部和虚部分别进行数模转换，其中一路进行滤波处理后分成两支路，其中一支路进行混频调制到载波频率，另一支路进行功率放大后发送至电力线；另一路经滤波、混频调制到载波频率后与已经调制到载波频率的所述其中一支路进行混合，然后送至射频天线；/n接收节点将来自射频天线的无线信号进行功率放大、滤波处理后分成两路，两路信号分别经混频、电压放大、滤波、模数转换处理，转换成两路数字信号进行数字基带处理；接收节点将来自电力线的基带信号进行滤波、电压放大、模数转换处理，转换成单路数字信号进行数字基带处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种增强通信能力的双模通信方法，其特征在于：节点间采用电力线载波和无线两种传输通道进行连通，数字基带的调制信号同时从所述两种传输通道上发出，也同时从所述两种传输通道上进行数据接收解调；
发送节点将数字基带的发送数据的实部和虚部分别进行数模转换，其中一路进行滤波处理后分成两支路，其中一支路进行混频调制到载波频率，另一支路进行功率放大后发送至电力线；另一路经滤波、混频调制到载波频率后与已经调制到载波频率的所述其中一支路进行混合，然后送至射频天线；
接收节点将来自射频天线的无线信号进行功率放大、滤波处理后分成两路，两路信号分别经混频、电压放大、滤波、模数转换处理，转换成两路数字信号进行数字基带处理；接收节点将来自电力线的基带信号进行滤波、电压放大、模数转换处理，转换成单路数字信号进行数字基带处理。


2.如权利要求1所述的一种增强通信能力的双模通信方法，其特征在于：电力线载波通信带宽与无线通信带宽相同，使用相同的调制方式，无线连接的节点与电力线载波连接的节点可以互为代理节点。


3.如权利要求1所述的一种增强通信能力的双模通信方法，其特征在于：电力线载波通信使用基带传输方式，使用单边带频谱发送，在不改变任何基带设计的前提下，直接将电力线载波通信的数据上变频到载波频率进行发送。


4.如权利要求1所述的一种增强通信能力的双模通信方法，其特征在于：无线通信和电力线载波通信采用相同的数字信号帧格式，两种传输通道共用解分集拷贝模块，共用的解分集拷贝模块一方面对每个信道各自的分集拷贝部分进行解分集处理，另一方面是对两个信道的信息进行如下加权处理：
Y(n)＝p*Yplc(n)+(1-p)*Ywl(n)，0≤p≤1；
其中，Y(n)是加权处理后的数据，Yplc是电力线载波通路的频域接收数据，Ywl是无线通路的频域接收数据，p是两数据通路的数据权重。


5.如权利要求4所述的一种增强通信能力的双模通信方法，其特征在于：按照如下原则对权重p进行配置：
1)如果电力线载波通道和无线通道都完成了同步，则根据信噪比的差异进行配置；



其中，SNRplc是电力线载波的接收信噪比，SNRwl是无线通信的接收信噪比；
2)如果电力线载波通道完成同步，但是无线通道没有完成同步，则p＝1；
3)如果无线通道完成同步，但是电力线载波通道没有完成同步，则p＝0。


6.一种增强通信能力的双模通信装置，其特征在于包括模拟前端发送侧和接收侧；
所述发送侧包括数模转换器DAC，滤波器FilterI1、Filte...

【专利技术属性】
技术研发人员：程晨，汤灏，房爱兵，郭坤飞，和王峰，
申请(专利权)人：南京杰思微电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32