[发明专利]一种直流与载波共享的远程通信装置

说明书

本发明涉及一种直流与载波共享的远程通信装置。包括多个直流载波通信模块，直流载波通信模块包括隔离模块、电源模块、数字信号处理器DSP、调制整形模块、功率放大模块、第一耦合模块、信号放大模块、选频整形模块和第二耦合模块。该装置在利用普通双导线远程传输高速数据的同时，向远端的传感器和执行器节点直流供电，用于构建无电区域物联网的远程高速通信链路。

技术领域

本发明涉及远程馈电与通信的复合系统，尤其涉及一种直流与载波共享的远程通信装置。

背景技术

1.油气长输管线：

管道运输是原油和成品油的主要运输方式。管道全长的95％埋于地下，地面仍可耕种，更便于翻山越岭，穿越河流、湖泊。我国已把管道、铁路、水路、公路和空运并列为5种主要的运输方式。

据立木信息咨询发布的《中国油气管线市场调研与投资战略报告（2019版）》显示：油气长输管线作为原油、成品油与天然气的主要运输载体之一，在国民基础建设中扮演着重要的角色，其优点包括低泄漏、低污染、高效率等。

目前，全球在役油气长输管线总量约3,800条，总长196.13万公里，其中，天然气管道占比约64.94%，为最重要的管道构成；原油与成品油管道分别占比18.52%与12.68%。截止至2015年，我国油气长输管线总里程10.87万公里，与全球油气管道格局类似，存量管道占比最高为天然气管道，目前总长度约6.4万公里。按照《规划》，至2020年年底，我国油气长输管道里程数将达到16.9万公里；按国家统计局的统计口径，届时的总里程数将为2015年的1.555倍，5年内新增里程数为6.03万公里。

2.管线物联网：

由于油气管道距离长、环境复杂、测试物量多且经常穿越无人区，很容易想到要利用物联网技术对其进行在线的监测（例如管道自身的沉降、变形和位移，管内流质的温度、压力和流量等）和监控（例如阀门的状态），对此无线传感器网络（简称无线传感网，WSN）安装方便，布设灵活，成为首选。前提当然是，电源的问题和通信的距离能够得到保障。

但是，对于油气长输管线，这一要求常常不能满足。为此，通常的解决方案在移动通信公网（通用分组无线业务GPRS或窄带物联网NB-IoT）信号差，或专网（例如WiFi、ZigBee或LoRa）覆盖距离不够时，可以利用“北斗”卫星的“短报文”功能；而在没有电力供应时，则首先采用的就是太阳能电池板加蓄电池。这不仅会大幅增加监测节点的投入，而且并不能保证一定能可靠地解决问题，因为油气长输管线的地理跨度很大，诸如南方的阴雨季、北方的沙尘暴都会影响甚至损坏太阳能电池板，而在人迹稀少地区对于太阳能发电装置的人为偷盗也并非没有可能。

因此，对于油气管线这类典型链状的物联网应用，利用光纤/铜线复合电缆沿着管线一同敷设，其中光纤传输数据，铜线传输电能，则无论对于通信还是供电，都是一种可行且较理想的选择，这也正是许多城市“管廊”的典型做法。只是对于长距离的油气输送管线，投入肯定较高。

3.有线携能通信：

为了降低用于远程管线自动化的通信和供电的成本，必须尽量减少传输线缆的条数。为此，就希望在输电线路上能够同时传输数据，或者在通信电缆上能够同时携带能量。

1）对于前者，即在输电线路上同时传输数据，早已有电力载波调制解调器产品，就是已经进入家庭的“电力猫”。但用于油气长输管线有两个问题：

一是220V的交流电（AC），尽管在电力线上算“低压”，但在自动化领域已是“强电”，与易燃易爆的油气管线一同敷设，肯定有安全隐患；

二是沿管线各监测监控节点从传感器到执行器，所需要的都是直流电（DC），如果用交流供电，还需要各节点自行整流变换成合适的直流电压，无端增加了成本和传输损耗。