[发明专利]一种物联网中通信模块的物理层双模设计方法

说明书

本发明涉及一种物联网中通信模块的物理层双模设计方法，属于物联网通信领域。该方法为：在物联网通信中，两种通信模式共享应用层和协议栈部分，物理层分别由两种传输模式组成，这两种物理层传输模式都可以发送协议栈的数据块。与此同时，这两个物理层模式收到的数据块都上报给协议栈处理。在通信过程中协议栈不关心物理层采用何种物理层传输模式进行传输。本发明在复杂的物联网通信传输场景中，采用两种物理层通信模式，提高了物联网中的通信能力，有利于提高物联网的性能。

技术领域

本发明属于物联网通信领域，涉及一种物联网中通信模块的物理层双模设计方法。

背景技术

电力线通信(PowerLine Communication,PLC)技术是指利用电力线传输数据和媒体信号的一种通信方式。该技术是把载有信息的高频加载于电流之上然后用电线传输接受信息的适配器再把高频从电流中分离出来并传送到计算机或电话上以实现信息传递。

电力通信的基本原理是在发送时，利用调制技术将用户数据进行调制，把载有信息的高频加载于电流之上，然后在电力线上进行传输；在接收端，先经过滤波器将调制信号取出，再经过解调，就可得到原通信信号，并传送到计算机或电话，以实现信息传递。PLC设备分局端和调制解调器，局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的Internet。

在目前宽带电力线系统中，通常采用的调试方式为OFDM，即正交频分复用。OFDM是在严重电磁干扰的通信环境下保证数据稳定完整传输的技术措施，HomePLUG 1.0的规范覆盖4-21MHz通信频段，在这个频段内划分了84个OFDM通信信道。OFDM的原理是几个通信信道按90度的相位作频分，即当某一个信道波形过零点时相邻信道的波形恰好是幅值最大值，保证了信道间的波形不会因外来的干扰而交叠、串扰。目前，我国发布的《低压电力线宽带载波通信技术规范》就是基于HomePLUG改进升级的版本，以便更好适合中国电力线通信的国情。

然而，最初设计电力线只是为了传输电能，若要将其用来传输高速数据，则会受到电力线信道中各种噪声的影响，电力线中存在5种类型的噪声，分别是：有色背景噪声、窄带噪声、与工频异步的周期性脉冲噪声、与工频同步的周期性脉冲噪声、非周期性脉冲噪声。其中，非周期性脉冲噪声对系统性能的影响最大，主要是由电源开关的瞬时启闭引起。脉冲噪声具有突发性，持续时间很短，发生概率很低，但是幅度却很大，严重时甚至会比背景噪声高出50dB。脉冲噪声一旦出现，将会严重降低系统性能。

除此之外，电力线上的阻抗动态变换，通信模块的阻抗设计很难满足实际现场电力线阻抗的动态变化，导致了实际通信信号在电力线系统中很强的发射以及绕射干扰，大大降低了通信距离，同时影响了通信质量。

加之在实际应用中，电力线部署非常复杂，虽然整网满足PLC通信需求，但是在一些小场景仍不能满足，必须采用辅助手段来协助完成，根据电力线中信号特性，电力能量传输是通过50Hz进行传输，我国定义电力线上通信频段是2MHz～12MHz，并且可支持分段使用。但是50Hz和2M-12MHz信号对传输线路要求是不同的，例如如果将电力线部署在地下的时候，线路对2M-12MHz信号的衰减将远远大于对50Hz的衰减，虽然电力传输是没有问题，但是造成了不能进行正常的电力通信。