一种基于电力线通信的可见光通信系统及方法与流程

本发明涉及可见光通信技术领域，特别涉及一种基于电力线通信的可见光通信系统及方法。

背景技术：

现有的电力线通信与可见光通信的融合大多采用将电力线通信的信号经PLC和微控制器之后与LED驱动电路连接的方式来实现，例如，公开号为CN102752025A的中国发明专利公开了一种基于电力线和可见光的通信系统，电力线通信部分的信号经耦合转接单元到达可见光通信部分，耦合转接单元包括电力线接口、接收滤波、PLC解调芯片、微控制器、LED驱动电路。该系统中，电力线通信部分输出的高频载波信号经接收滤波进行滤波后，到达PLC解调芯片进行解调变为数字信号，然后经微控制器处理变成模拟信号后送入LED驱动电路，结构复杂；另外，微控制器直接与LED驱动电路连接，相当于微控制器的弱电信号直接与LED驱动电路连接，抗干扰性差。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单的基于电力线通信的可见光通信系统及方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于电力线通信的可见光通信系统，包括LED供电线、至少一个的LED灯，还包括电力线、第一信号注入电路、电力线通信模块、第一载波通信模块、第二信号注入电路，所述电力线与所述第一信号注入电路连接，所述第一信号注入电路与所述电力线通信模块连接，所述电力线通信模块与所述第一载波通信模块电连接，所述第一载波通信模块与所述第二信号注入电路电连接，所述第二信号注入电路与所述LED供电线连接，所述LED供电线与所述LED灯电连接。

本发明的有益效果在于：电力线上输出的载波信号依次经第一信号注入电路、电力线通信模块、第一载波通信模块、第二信号注入电路到达LED供电线，最后经LED灯发送出光信号，电力线通信模块和第一载波通信模块具有调制和/或解调的作用，结构简单，数据处理能力强。

一种基于电力线通信的可见光通信方法，

S1电力线上传输的信号进入第一信号注入电路；

S2第一信号注入电路将接收到的电力线的信号传输至电力线通信模块；

S3电力线通信模块将接收到的第一信号注入电路的信号传输至第一载波通信模块；

S4第一载波通信模块将接收到的电力线通信模块的信号转换后送入第二信号注入电路；

S5第二信号注入电路将接收到的第一载波通信模块的信号传输至LED供电线；

S6所述LED供电线将接收到的第二信号注入电路的信号传输至LED灯；

S7所述LED灯将接收到的LED供电线的信号发送出去。

本发明的有益效果在于：电力线的信号经第一信号注入电路直接注入电力线通信模块，电力线通信模块对接收到的信号调制后传输给第一载波通信模块，第一载波通信模块将接收到的信号解调后传输给第二信号注入电路，第二信号注入电路将接收到的信号直接注入LED供电线中，第一信号注入电路和第二信号注入电路具有隔离作用，抗干扰能力强，数据传输质量好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例一的基于电力线通信的可见光通信系统的结构框图；

图2为本发明实施例一的电力线通信模块与第一载波通信模块连接的结构示意图；

图3为本发明实施例一的第二信号注入电路的结构示意图；

图4为本发明实施例一的第一信号注入电路的结构示意图；

图5为本发明实施例一的第一信号注入电路或第三信号注入电路的结构示意图；

图6为本发明实施例二的基于电力线通信的可见光通信系统的结构框图；

图7为本发明实施例三的基于电力线通信的可见光通信系统的结构框图；

图8为本发明实施例四的基于电力线通信的可见光通信系统的结构框图；

图9为本发明实施例五的基于电力线通信的可见光通信方法的流程图；

图10为本发明实施例六的基于电力线通信的可见光通信方法的流程图。

标号说明：

1、LED供电线；2、LED灯；3、第一信号注入电路；4、电力线通信模块；5、第一载波通信模块；6、第二信号注入电路；7、电力线通信设备；8、第三信号注入电路；9、第二载波通信模块；10、电力线；11、可见光接收模块；13、射频发送电路；14、射频发送天线；15、射频接收天线；16、射频接收电路；17、外部网络信号；18、用户终端；

31、磁环；32、电力支线；33、信号线；34、电容；35、变压器；

41、第三带通滤波电路；42、电力线载波通信芯片；43、第三放大电路；

51、第一载波通信芯片；52、第一放大电路；

61、输入线圈；62、输出线圈；

91、第二带通滤波电路；92、第二载波通信芯片。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明最关键的构思在于：通过第一信号注入电路、电力线通信模块、第一载波通信模块、第二信号注入电路将电力线上的载波信号传输至LED供电线，转化为LED灯的光信号，实现可见光通信，结构简单。

请参照图1至图8，本发明提供了一种基于电力线通信的可见光通信系统，包括LED供电线1、至少一个的LED灯2，还包括电力线10、第一信号注入电路3、电力线通信模块4、第一载波通信模块5、第二信号注入电路6，所述电力线10与所述第一信号注入电路3连接，所述第一信号注入电路3与所述电力线通信模块4连接，所述电力线通信模块4与所述第一载波通信模块5电连接，所述第一载波通信模块5与所述第二信号注入电路6电连接，所述第二信号注入电路6与所述LED供电线1连接，所述LED供电线1与所述LED灯2电连接。

进一步的，还包括射频发送电路13、射频发送天线14、射频接收天线15、射频接收电路16，所述射频发送电路13与所述第二载波通信模块9电连接，所述射频发送电路13还与所述射频发送天线14电连接，所述射频接收天线15用于接收所述射频发送天线14发送的信号，所述射频接收电路16与所述射频接收天线15电连接，所述射频接收电路16还与所述第一载波通信模块5电连接。

由上述描述可知，通过与第二载波通信模块9连接的射频发送电路13、射频发送天线14，以及与第一载波通信模块5连接的射频接收电路16、射频接收天线15，实现射频上行通信，结构简单合理，数据处理能力强。

进一步的，还包括电力线通信设备7、第三信号注入电路8，外部网络信号17与所述电力线通信设备7连接，所述电力线通信设备7与所述第三信号注入电路8连接，所述第三信号注入电路8与所述电力线10连接。

由上述描述可知，外部网络信号17经电力线通信设备7调制后进入第三信号注入电路8，第三信号注入电路8将接收到的载波信号直接注入至电力线10中，机构简单合理，数据处理快速。

进一步的，所述第一载波通信模块5包括第一载波通信芯片51、第一放大电路52，所述第一载波通信芯片51与所述电力线通信模块4连接，所述第一载波通信芯片51还与所述第一放大电路52电连接，所述第一放大电路52与所述第二信号注入电路6电连接。

由上述描述可知，第一载波通信芯片51处理的信号经第一放大电路52放大后到达第二信号注入电路6，结构简单，信号传输质量好且稳定。

进一步的，所述第一载波通信芯片51为电力线载波通信芯片42、同轴电缆载波通信芯片中的任意一种。

由上述描述可知，电力线载波通信芯片42、同轴电缆载波通信芯片中包含AFE单元，可处理多种的载波信号，具有数据处理能力强，数据处理快速的优点，使所述第一载波通信模块5具有较强的数据处理能力及较快的数据处理速度，并且开发周期短。

进一步的，还包括至少一个的可见光接收模块11、第二载波通信模块9，所述可见光接收模块11用于接收所述LED灯2的光信号，所述第二载波通信模块9包括第二带通滤波电路91、第二载波通信芯片92，所述可见光接收模块11与所述第二带通滤波电路91电连接，所述第二带通滤波电路91与所述第二载波通信芯片92电连接，所述第二载波通信芯片92与用户终端18连接。

由上述描述可知，可见光接收模块11将接收到的LED灯2的光信号发送给第二载波通信模块9，可见光接收模块11输出的信号经第二带通滤波电路91滤波并经第二载波通信芯片92转换后到达用户终端18，结构简单，数据处理能力强。

进一步的，所述第二载波通信芯片92为电力线载波通信芯片42、同轴电缆载波通信芯片中的任意一种。

由上述描述可知，电力线载波通信芯片42、同轴电缆载波通信芯片中包含AFE单元，可处理多种的载波信号，具有数据处理能力强，数据处理快速的优点，使所述第二载波通信模块9具有较强的数据处理能力及较快的数据处理速度，系统开发周期短。

进一步的，所述电力线通信模块4包括第三带通滤波电路41、电力线载波通信芯片42，所述第三带通滤波电路41与所述第一信号注入电路3连接，所述第三带通滤波电路41还与所述电力线载波通信芯片42连接，所述电力线载波通信芯片42与所述第一载波通信模块5连接。

由上述描述可知，第一信号注入电路3输出的信号经第三带通滤波电路41滤波后到达电力线载波通信芯片42，电力线载波通信芯片42将接收到的信号解调后发送至第一载波通信模块5，信号传输质量好。

进一步的，所述电力线通信模块4还包括第三放大电路43，所述第三放大电路43的输入端与所述电力线载波通信芯片42电连接，输出端与所述第一信号注入电路3电连接。

由上述描述可知，电力线载波通信芯片42输出的信号经第三放大电路43放大后到达第一信号注入电路3，信号传输质量稳定。

进一步的，请参照图3，所述第二信号注入电路6包括输入线圈61和输出线圈62，所述第二信号注入电路6的输入线圈61与所述第一载波通信模块5电连接，所述第二信号注入电路6的输出线圈62串联在所述LED供电线1的负极。

由上述描述可知，第一载波通信模块5输出的高频载波信号与输入线圈61连接，输出线圈62与LED供电线1的负极连接，高频载波信号以差分信号的形式经输入线圈61和输出线圈62转换后到达LED供电线1的负极，输入线圈61和输出线圈62传输的都是高频载波信号，结构简单合理，数据传输较为直接快速；输入线圈61与输出线圈62具有将第一载波通信模块5与LED供电线1隔离开来的作用，具有较强的防干扰能力，信号传输质量稳定。

进一步的，所述第二信号电路的输出线圈62的一端与信号地连接。

由上述描述可知，所述第二信号电路的输出线圈62的一端与信号地连接，方便输入线圈61与输出线圈62之间进行信号的调节，以使第二信号注入电路6传输信号质量高。

进一步的，所述第二信号注入电路6与所述LED供电线1阻抗匹配。

由上述描述可知，第二信号注入电路6与LED供电线1阻抗匹配，以保证第二信号注入电路6的信号传输至LED供电线1的完整性。

进一步的，所述LED供电线1两端的电源为直流恒流源。

由上述描述可知，LED供电线1两端的电源为直流恒流源，使LED灯2中具有稳定的电流，有效保证LED灯2传输信号的稳定性。

进一步的，请参照图4，所述第一信号注入电路3为耦合电路，所述耦合电路包括磁环31、穿设磁环31中的电力支线32和至少卷绕一圈的信号线33，所述电力支线32为零线或火线中的其中一根。

由上述描述可知，通过耦合的方式实现电力线通信模块4与电力线10之间的数据传输，结构简单，信号传输稳定。

进一步的，请参照图5，所述第一信号注入电路3包括电容34和变压器35，所述变压器35的原边绕组两端头中的其中一端头通过电容34与电网零线或者电网火线中的其中一条连接，另一端头接地。其中，接地所指的为变压器35中性点的地，或者指线路板的地。所述变压器35为可变变压器，所述电容34为可变电容。

由上述描述可知，所述第一信号注入电路3传输方式简单，线路干扰少，信号传输过程受电网负载影响小，干扰信号少。

进一步的，请参照图5，所述第三信号注入电路8包括电容34和变压器35，所述变压器35的原边绕组两端头中的其中一端头通过电容34与电网零线或者电网火线中的其中一条连接，另一端头接地。其中，接地所指的为变压器35中性点的地，或者指线路板的地。所述变压器35为可变变压器，所述电容34为可变电容。

由上述描述可知，所述第三信号注入电路8传输方式简单，线路干扰少，信号传输过程受电网负载影响小，干扰信号少。

请参照图1至图5，本发明的实施例一为：

一种基于电力线通信的可见光通信系统，包括LED供电线1、至少一个的LED灯2，还包括电力线10、第一信号注入电路3、电力线通信模块4、第一载波通信模块5、第二信号注入电路6，所述电力线10与所述第一信号注入电路3连接，所述第一信号注入电路3与所述电力线通信模块4连接，所述电力线通信模块4与所述第一载波通信模块5电连接，所述第一载波通信模块5与所述第二信号注入电路6电连接，所述第二信号注入电路6与所述LED供电线1连接，所述LED供电线1与所述LED灯2电连接。

所述第一载波通信模块5包括第一载波通信芯片51、第一放大电路52，所述第一载波通信芯片51与所述电力线通信模块4连接，所述第一载波通信芯片51还与所述第一放大电路52电连接，所述第一放大电路52与所述第二信号注入电路6电连接，所述第一载波通信芯片51为电力线载波通信芯片42、同轴电缆载波通信芯片中的任意一种。

所述电力线通信模块4包括第三带通滤波电路41、电力线载波通信芯片42，所述第三带通滤波电路41与所述第一信号注入电路3连接，所述第三带通滤波电路41还与所述电力线载波通信芯片42连接，所述电力线载波通信芯片42与所述第一载波通信模块5连接。

请参照图3，所述第二信号注入电路6包括输入线圈61和输出线圈62，所述第二信号注入电路6的输入线圈61与所述第一载波通信模块5电连接，所述第二信号注入电路6的输出线圈62串联在所述LED供电线1的负极，所述输出线圈62的一端或与信号地连接或不与信号地连接，所述第二信号注入电路6与所述LED供电线1阻抗匹配，所述LED供电线1两端的电源为直流恒流源。

请参照图4，所述第一信号注入电路3为耦合电路，所述耦合电路包括磁环31、穿设磁环31中的电力支线32和至少卷绕一圈的信号线33，所述电力支线32为零线或火线中的其中一根。

请参照图5，所述第一信号注入电路3包括电容34和变压器35，所述变压器35的原边绕组两端头中的其中一端头通过电容34与电网零线或者电网火线中的其中一条连接，另一端头接地。其中，接地所指的为变压器35中性点的地，或者指线路板的地。所述变压器35为可变变压器，所述电容34为可变电容；所述第三信号注入电路8与所述第一信号注入电路3相同。

所述系统实现了将电力线10上的信号传输至LED供电线1中。

请参照图6，本发明的实施例二为：

一种基于电力线通信的可见光通信系统，在实施例一的基础上，还包括电力线通信设备7、第三信号注入电路8，外部网络信号17与所述电力线通信设备7连接，所述电力线通信设备7与所述第三信号注入电路8连接，所述第三信号注入电路8与所述电力线10连接。

所述系统实现了将外部网络信号17传输至LED供电线1中。

请参照图7，本发明的实施例三为：

一种基于电力线通信的可见光通信系统，在实施例二的基础上，还包括至少一个的可见光接收模块11、第二载波通信模块9，所述可见光接收模块11用于接收所述LED灯2的光信号，所述第二载波通信模块9包括第二带通滤波电路91、第二载波通信芯片92，所述可见光接收模块11与所述第二带通滤波电路91电连接，所述第二带通滤波电路91与所述第二载波通信芯片92电连接，所述第二载波通信芯片92与用户终端18连接，所述第二载波通信芯片92为电力线载波通信芯片42、同轴电缆载波通信芯片中的任意一种。

所述系统实现了下行链路的可见光通信。

请参照图8，本发明的实施例四为：

一种基于电力线通信的可见光通信系统，在实施例三的基础上，还包括射频发送电路13、射频发送天线14、射频接收天线15、射频接收电路16，所述射频发送电路13与所述第二载波通信模块9中的第二载波通信芯片92电连接，所述射频发送电路13还与所述射频发送天线14电连接，所述射频接收天线15用于接收所述射频发送天线14发送的信号，所述射频接收电路16与所述射频接收天线15电连接，所述射频接收电路16还与所述第一载波通信模块5中的第一载波通信芯片51电连接。

另外，所述电力线通信模块4还包括第三放大电路43，所述第三放大电路43的输入端与所述电力线载波通信芯片42电连接，输出端与所述第一信号注入电路3电连接。

所述系统实现了上行链路的射频通信。

请参照图9至图10，一种基于电力线通信的可见光通信方法，所述方法为：

S1电力线上传输的信号进入第一信号注入电路；

S2第一信号注入电路将接收到的电力线的信号传输至电力线通信模块；

S3电力线通信模块将接收到的第一信号注入电路的信号传输至第一载波通信模块；

S4第一载波通信模块将接收到的电力线通信模块的信号转换后送入第二信号注入电路；

S5第二信号注入电路将接收到的第一载波通信模块的信号传输至LED供电线；

S6所述LED供电线将接收到的第二信号注入电路的信号传输至LED灯；

S7所述LED灯将接收到的LED供电线的信号发送出去。

进一步的，在步骤S1之前还包括：

S01外部网络信号进入电力线通信设备；

S02电力线通信设备将接收到的外部网络信号转换后送入第三信号注入电路；

S03第三信号注入电路将接收到的电力线通信设备的信号传输至电力线。

由上述描述可知，外部网络信号经电力线通信设备调制后经第三信号注入电路到达电力线，干扰线路少，抗干扰能力强，数据传输信号稳定。

进一步的，在步骤S7之后还包括：

S81可见光接收模块接收到所述LED灯发送的信号；

S82可见光接收模块将接收到的LED灯的信号传送至第二载波通信模块；

S83第二载波通信模块将接收到的所述可见光接收模块的信号经转换后送入用户终端。

由上述描述可知，可见光接收模块接收的LED灯的光信号经第二载波通信模块转换后到达用户设备，数据传输快速，效率高。

请参照图9，本发明的实施例五为：

一种基于电力线通信的可见光通信方法，所述方法为：

S1电力线上传输的信号进入第一信号注入电路；

S2第一信号注入电路将接收到的电力线的信号传输至电力线通信模块；

S3电力线通信模块将接收到的第一信号注入电路的信号传输至第一载波通信模块；

S4第一载波通信模块将接收到的电力线通信模块的信号转换后送入第二信号注入电路；

S5第二信号注入电路将接收到的第一载波通信模块的信号传输至LED供电线；

S6所述LED供电线将接收到的第二信号注入电路的信号传输至LED灯；

S7所述LED灯将接收到的LED供电线的信号发送出去。

请参照图10，本发明的实施例六为：

一种基于电力线通信的可见光通信方法，在实施例五的基础上还包括：

1、在步骤S1之前还包括：

S01外部网络信号进入电力线通信设备；

S02电力线通信设备将接收到的外部网络信号转换后送入第三信号注入电路；

S03第三信号注入电路将接收到的电力线通信设备的信号传输至电力线。

2、在步骤S7之后还包括：

S81可见光接收模块接收到所述LED灯发送的信号；

S82可见光接收模块将接收到的LED灯的信号传送至第二载波通信模块；

S83第二载波通信模块将接收到的所述可见光接收模块的信号经转换后送入用户终端。

综上所述，本发明提供的基于电力线通信的可见光通信系统及方法，下行链路采用可见光通信的方式，外部网络信号17经电力线通信设备7调制后再经第三信号注入电路8到达电力线10进行传输，电力线10中的信号经第一信号注入电路3传输至电力线通信模块4进行转换后传输给第一载波通信模块5，第一载波通信模块5输出的信号经第二信号注入电路6直接到达LED供电线1，可见光模块将接收到的LED灯2的光信号传输至第二载波通信模块9进行调制或解调后到达用户设备，用户设备的数据经射频上行的传输方式到达电力线10中，第一载波通信模块5和第二载波通信模块9均包含载波通信芯片，第一信号注入电路3可以为耦合方式或者直接注入方式，第二信号注入电路6具有隔离作用，系统结构简单，抗干扰能力强，数据处理能力强，数据传输质量好且稳定。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。