电力线载波多媒介高速宽带互联终端装置

摘要

本发明涉及电力线、电话线、同轴线载波通信设备领域，公开了一种电力线载波多媒介高速宽带互联终端装置。本发明中，通过接收来自以太网接口的网络数字信号，将网络数字信号转换成模拟信号，并输出至电力线载波接口、电话线接口或同轴线接口；或者接收来自电力线载波接口、电话线接口或同轴线接口的模拟信号，将模拟信号转换成网络数字信号，并输出至以太网接口，可以将信号加载在电话线、同轴线、电力线上，实现电话线、同轴线、电力线等双线媒介、以太网线的高速互联通信。由于使用统一的信号载波频率在上述传输媒介上实行通信，解决了采用电力线、电话线、同轴线进行通信时的信号冲突和信号耦合问题。

说明书

技术领域

本发明涉及电力线、电话线、同轴线载波通信设备领域，特别涉及电力 线载波多媒介高速宽带互联终端装置。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展，人民生活水平的大幅提高，现代家庭一 般都会接入高清视频网络、电话线网络以及宽带网络，但是现代家庭装修与 现代光速网络的家庭网络应用中存在矛盾：

1、高清网络视频的主要应用在电视机上，而电视机旁没有网线，只有 同轴线和电力线。

2、VOIP的应用需要网络，在适合放电话机的地方可能只有电话线， 可能没有电力线和网线

以上两种请况对于传统的网络设备，在没有布线的情况下无法解决宽带 高清视频的传输问题。

此外，对于一些家庭，由于信息技术的发展和网络的升级，原来的同轴 线、电话线已经不再使用，如模拟电视改为了网络电视（IPTV），模拟电话 改为网络电话（VOIP）等，对于已经废弃的同轴线和电话线的高效再利用是 一个现实和有发展前途的技术。

然而，目前电话线、同轴线、电力线通信技术存在以下局限：

1、电力线载波通信终端装置（Power Line Communication）简称“PLC”） 只能依靠电力线传输数据，而电力线上的电器设备为复杂，干扰众多，在特 殊环境中无法满足通信带宽和通信距离的要求。

2、加载在电话线上载波通信方式主要非对称数字用户环路（Asymmetric Digital Subscriber Line，简称“ADSL”）方式，这种技术带宽有限，成本 较高，不适合在家庭宽带中的使用，特别是在目前家庭高清视频的应用中， 无法发挥其潜力。

3、家庭同轴电缆的使用除了限于有线电视的收看，还在部分地区进行 的有线电视网改造中，通过同轴电缆传输以太数据（Ethernet over Coax，简 称“EOC”）的方式接入了家庭宽带，正在发挥更多的作用。

因此，无论是老式住房还是新装修住房，无论基本民居还是高档别墅， 一次的装修总是不能解决所有的网络发展的要求，特别是光速时代的宽带网 络和高清视频的宽带要求下，需要更加快速更加快捷、不必穿墙凿洞、不必 重新布线就能解决的宽带信号问题。

根据现实情况，整合家庭中所有可以利用的宽带资源，满足家庭中宽带 要求、减小家庭中的总电磁辐射量，尽量减少无线网络的使用，但是，采用 电力线载波通信、同轴线载波通信、电话线载波通信不可避免地会出现电力 线、电话线、同轴线中信号冲突和信号耦合的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电力线载波多媒介高速宽带互联终端装置， 解决了采用电力线、电话线、同轴线进行通信时的信号冲突和信号耦合问题。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种电力线载波多媒介 高速宽带互联终端装置，包含：外部接口、供电和信号交换处理器；所述供 电和信号交换处理器与所述外部接口连接；

其中，所述外部接口包含：以太网接口和以下接口中的任意一个或者任 意组合：电力线载波接口、电话线接口和同轴线接口；所述电话线接口和同 轴线接口连接具有二条传导线的任意线缆；

所述供电和信号交换处理器接收来自所述以太网接口的网络数字信号， 将网络数字信号转换成模拟信号，并输出至以下接口中的任意一个或者任意 组合的接口：所述电力线载波接口、所述电话线接口和所述同轴线接口；或 者，

所述供电和信号交换处理器接收来自以下接口中的任意一个或者任意 组合的接口的模拟信号：所述电力线载波接口、所述电话线接口和所述同轴 线接口，并将模拟信号转换成网络数字信号，并输出至所述以太网接口。

本发明实施方式相对于现有技术而言，通过接收来自以太网接口的网络 数字信号，将网络数字信号转换成模拟信号，并输出至电力线载波接口、电 话线接口或同轴线接口；或者接收来自电力线载波接口、电话线接口或同轴 线接口的模拟信号，将模拟信号转换成网络数字信号，并输出至以太网接口， 可以将信号加载在电话线、同轴线、电话线上，实现电话线、同轴线、电力 线及其相互间的通信。由于电话线、同轴线和电力线传输媒介上的电气特性 和信号特性各不相同，不同传输媒介之间无法直接互连，而且产生信号冲突， 影响正常的信号传输。本发明提供了一种新颖的传输媒介耦合方法和电路， 并使用统一的信号载波频率在上述传输媒介上实行通信解决了采用电力线、 电话线、同轴线进行通信时的信号冲突和信号耦合问题，并实现了电力线、 电话线、同轴线等双线媒介、以太网线的高速互联通信。

另外，所述供电和信号交换处理器包含：信号耦合单元、中央处理单元；

所述信号耦合单元与所述中央处理单元连接，并与所述电力线载波接 口、所述电话线接口、所述同轴线接口中任意一个或者任意组合连接；

所述中央处理单元与所述以太网接口连接。

通过信号耦合方式，改善信号在以太网络、电力线网络、电话线网络和 同轴线网络之间的传输，可以进一步解决采用电力线、电话线、同轴线进行 通信时的信号冲突和信号耦合问题。

另外，所述中央处理单元包含：调制解调中央处理子单元、信号处理子 单元、以太网处理子单元、Flash存储器、Memory存储器；

所述以太网处理子单元处理接收来自所述以太网接口的信号，并进行以 太网信号与所述调整解调中央处理子单元的数据之间的转换；

所述调制解调中央处理子单元对信号进行编码或解码，并协调各模块之 间的工作状态；所述调制解调中央处理子单元直接连接所述Flash存储器和 所述Memory存储器；

所述Flash存储器用于存储所述调制解调中央处理子单元的操作系统和 工作参数，所述Memory存储器为所述调制解调中央处理子单元启动后提供 所需的动态数据存储空间；

所述信号处理子单元的前端直接连接所述信号耦合电路，后端直接连接 所述调制解调中央处理子单元，进行前端模拟信号和后端数字信号之间的模 数-数模转换。

通过调制解调技术，根据可以在电力线、电话线、同轴线传输的信号频 带、幅值特点和原应用信号的性质，选择可以共同使用的频带与幅值，在不 影响原应用的基础上进行信号传输，可以实现家庭网络的全面覆盖。

另外，所述供电和信号交换处理器还包含：电力线安全隔离单元；

所述电力线安全隔离单元分别与所述电力线载波接口和所述信号耦合 单元连接。

采用电力线安全隔离单元，隔离前端电力线网络中的强电和本发明内部 电路，保护内部装置免受外部强电干扰，满足采用电力线载波通信的通信带 宽和通信距离的要求。

另外，所述信号耦合单元为一个耦合变压器；

所述耦合变压器由一个磁环和至少两组绕组组成，并设置频率响应参数 为所述电力线载波多媒介互联终端装置的传输信号的频率范围内的一个值；

每一组绕组由独立的绝缘导线环绕磁环而成，其中一组绕组中的两个抽 头连接到所述中央处理单元、其他绕组中的二个抽头分别连接到所述电力线 安全隔离单元或者所述外部接口中的相对应的一个，每一绕组的二个抽头只 连接所述外部接口中的一个接口电路。

通过变压器耦合，将电话线、同轴线、电力线的信号相互耦合、传输， 由于耦合变压器的每一组绕组都是绝缘隔离的，所以，任何一个网络中的直 流电成分或频率范围外的电力成分都不会耦合到其他的网络中。

另外，所述电力线安全隔离单元包含：输入端、熔断器、压敏电阻和安 规电容；

所述输入端具有两根线，分别与所述电力线载波接口中的火线和零线， 或者正极和负极相连，串联所述熔断器，并联所述压敏电阻，并分别在两线 上串接安规电容之后，连接到所述耦合变压器中绕组的两个抽头上；所述安 规电容至透传所述频率范围内的信号，隔绝其他频率的信号和电压，并当外 部电路超出起负荷时，断开所连接电路。

电力线安全隔离单元采用熔断器，进行过流保护；采用压敏电阻，进行 过压保护；采用安规电容隔离前端的强电与后端电路，实现保护本发明的内 部电路，满足电力线载波通信的通信带宽和通信距离的要求的目的。

另外，所述供电和信号交换处理器还包含耐高压电容，串接在所述电话 线接口或者所述同轴线接口与所述耦合变压器中的绕组之间。采用耐高压电 容隔离电话线/双绞线或同轴线网络中的直流成分，可以保护信号耦合单元免 受外部网络中的负载电源影响。

另外，还包含：电源供电接口和电源处理电路；所述电源供电接口和所 述电力线载波接口统称为电源接口；

所述电源处理电路分别与所述电源接口和所述供电和信号交换处理器 连接，将从所述电源接口输入的电源转变为所述信号交换处理器所需的至少 一组直流电源；所述输入的电源为交流电源，或者直流电源。

通过电源处理电路提供本发明的装置中内部电路所需的各种电力供应， 使本装置适应各种外部输入电源，方便人们使用，便于产品的推广。

另外，所述电话线接口连接电话线或普通双绞线网络，连接至少一个电 话线或双绞线网口；

所述同轴线接口连接普通同轴线网络，连接至少一个同轴线网口；

所述以太网接口连接以太网络，连接至少一个以太网口。

通过在电话线接口、同轴线接口、以太网接口分别连接多个电话线或双 绞线网口、同轴线网口、以太网口，可以实现任意网络的互联，进一步实现 家庭网络的全面覆盖。

附图说明

图1是根据本发明一较佳实施方式的电力线载波多媒介互联终端装置的 示意图；

图2是电力线载波多媒介互联终端装置连接两个同轴接口的示意图；

图3是供电和信号交换处理器的结构示意图；

图4是中央处理单元的结构示意图；

图5是以太网处理单元电路的示意图；

图6是信号耦合单元的符号图；

图7是信号耦合单元的结构示意图；

图8是电力线安全隔离单元示意图；

图9是电话线接口或者同轴线接口与信号耦合单元之间的信号隔离示意 图；

图10是电源处理电路的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发 明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解， 在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细 节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改， 也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的实施方式涉及一种电力线载波多媒介互联终端装置，该装置包 含外部接口、供电和信号交换处理器，供电和信号交换处理器与外部接口连 接，如图1所示。供电和信号交换处理器接收来自以太网接口的网络数字信 号，将网络数字信号转换成模拟信号，并输出至其他外部接口；或者，供电 和信号交换处理器接收来自其他外部接口的模拟信号，将模拟信号转换成网 络数字信号，并输出至以太网接口。在本发明中，通过调制解调技术，根据 可以在电力线、电话线、同轴线传输的信号频带、幅值特点和原应用信号的 性质，选择可以共同使用的频带与幅值，在不影响原应用的基础上进行信号 传输，根据线路的特点选择合适的频率，并通过软件进行设置。并改善信号 的耦合方法，通过变压器耦合，将电话线、同轴线、电力线的信号相互耦合、 传输，实现电话线、同轴线、电力线及其相互间的通信。由于电话线、同轴 线和电力线传输媒介上的电气特性和信号特性各不相同，不同传输媒介之间 无法直接互连，而且产生信号冲突，影响正常的信号传输。本发明提供了一 种新颖的传输媒介耦合方法和电路，并使用统一的信号载波频率在上述传输 媒介上实行通信解决了采用电力线、电话线、同轴线进行通信时的信号冲突 和信号耦合问题，并实现了电力线、电话线、同轴线等双线媒介、以太网线 的高速互联通信。

其中，外部接口包含：以太网接口和以下接口中的任意一个或者任意组 合：电力线载波接口、电话线接口和同轴线接口。具体地说，外部接口为电 源接口101、电话线接口102、同轴线接口103、以太网接口104，其中电源 接口提供了电源供电接口和电力线载波接口。电话线接口连接电话线或普通 双绞线网络，连接至少一个电话线或双绞线网口；同轴线接口连接普通同轴 线网络，连接至少一个同轴线网口；以太网接口连接以太网络，连接至少一 个以太网口。也就是说，电话线接口连接电话线或普通双绞线网络，可以接 一个电话线或双绞线网口，也可以由多个同类接口组成；同轴线接口连接普 通同轴线网络，可以由一个接口或多个接口组成；以太网接口连接以太网络， 可以由一个接口或多个接口组成。以上接口中，电源供电接口和以太网接口 是必要的，电力线载波接口、电话线接口、同轴线接口至少有一个是必要的。 当只有电力线载波接口时，本装置实现了以太网与电力线网络的互联通信； 当只有电话线接口时，本装置实现了以太网与电话线或双绞线网络的通信； 当只有同轴线接口时，本装置实现了以太网与同轴线网络的通信；当电力线 载波接口与电话线接口同时连接时，本装置实现了以太网、电力线网络和电 话线/双绞线网络的互联通信；当只有电话线接口和同轴线接口同时连接时， 本装置实现了以太网与电话线/双绞线网络和同轴线网络的互联通信；当电力 线载波接口、电话线接口和同轴线接口同时连接时，本装置实现了以太网、 电力线网络和电话线/双绞线网络和同轴网络的互联通信。图2所示为同轴接 口为二个或以上时的示意图，其作用相当于普通的“三通”接口，图中的两 个外部端口201、202直通，外部端口与内部端口之间接于一个阻抗匹配电路， 确保了信号间具有最小的衰减。

本装置的外部接口连接供电和信号交换处理器，该供电和信号交换处理 器提供了内部电路所需的电力供应，实现了各种网络的互联方式、信号的耦 合和处理、多重信号接口交换方式、各种部件的协调处理等，具体实现如附 图3虚线框内部组成部分所示。供电和信号交换处理器包含：信号耦合单元、 中央处理单元；中央处理单元与以太网接口连接，信号耦合单元与中央处理 单元连接，并与电力线载波接口、电话线接口、同轴线接口中任意一个或者 任意组合连接，根据本实施方式的装置的具体外部接口确定。

中央处理单元提供了与信号耦合单元和以太网接口的连接，并对信号进 行处理和协调，进一步包含：调制解调中央处理子单元、信号处理子单元、 以太网处理子单元、Flash存储器、Memory存储器，如图4所示，调制解调 中央处理单元是整机的心脏，管理整机的运行，以太网处理子单元和信号处 理子单元在其协调下工作。调制解调中央处理子单元、信号处理子单元、以 太网处理子单元、Flash、Memory可以实现于同一颗芯片内，也可以独立存 在。具体地说，以太网处理子单元处理接收来自以太网接口的信号，并进行 以太网信号与调整解调中央处理子单元的数据之间的转换；调制解调中央处 理子单元对信号进行编码或解码，并协调各模块之间的工作状态；调制解调 中央处理子单元直接连接Flash存储器和Memory存储器；Flash存储器用于 存储调制解调中央处理子单元的操作系统和工作参数，Memory存储器则为 调制解调中央处理子单元启动后提供所需的动态数据存储空间；信号处理子 单元的前端直接连接信号耦合电路，后端直接连接调制解调中央处理子单元， 进行前端模拟信号和后端数字信号之间的模数-数模转换，由发送和接收两部 分组成，将调制解调中央处理子单元的数字信号转为可以在电话线、同轴线、 电话线上传输的模拟信号发送出去，同时将接收到的模拟信号转化成数字信 号传送到调制解调中央处理子单元。此外，由于以太网接口可以由一个或者 多个网口组成，所以以太网处理子单元还对单个以太网络接口或多个以太网 络接口进行分时接通和协调操作，使得多个以太网络接口数据与调制解调中 央处理子单元进行数据的交换操作。也就是说，以太网单元由一个物理芯片 （PHY）和网口组成，也可以由多个网口及相应的PHY以太网交换电路组成， 连接使用。图5所示为以太网处理单元电路的示意图，此单元电路能够使得 单端口或多端口以太网与调制解调中央处理单元进行数据交换和通信。

信号耦合单元提供了电力线、电话线/双绞线、同轴线和中央处理单元的 连接方式，如图6所示为信号耦合单元的符号图，表示该单元为一个耦合变 压器，实现了信号从绕组1与绕组2、3、4之间的耦合连接，具体的实现如 图7所示。耦合变压器由一个磁环700和多组绕组组成，并设置频率响应参 数至本实施方式的传输信号的频率范围内，例如1MHz至100MHz之间，或 1MHz至100MHz范围中的一个或多个不同区间中的频率范围。每一组绕组 由独立的绝缘导线环绕磁环而成，其中一组绕组中的两个抽头连接到中央处 理单元、其他绕组中的二个抽头分别连接到电力线安全隔离单元或者外部接 口中的相对应的一个，每一绕组的二个抽头只连接外部接口中的一个接口电 路。比如说，绕组701连接中央处理单元，绕组702连接电力线安全隔离单 元，绕组703连接电话线处理接口，绕组704连接同轴线处理接口。通过变 压器耦合，将电话线、同轴线、电力线的信号相互耦合、传输，由于每一组 绕组都是绝缘隔离的，所以，任何一个网络中的直流电成分或频率范围外的 电力成分都不会耦合到其他的网络中。绕组数至少是两组，也可以三组、四 组、五组，具体视需要连接的网络数量而定。绕组根据不同的应用形式可为 2组（1:1）、3组（1:1:1）、4组（1:1:1:1）、5组(1:1:1:1:1)，以针对不同 的应用：

2组（1:1）、3组（1:1:1）：电力线、或电话线、或同轴线；

3组（1:1:1）、4组（1:1:1:1）：电力线与同轴线、或电力线与电话线、 或同轴线与电话线；

4组（1:1:1:1）、5组(1:1:1:1:1)：电力线、同轴线、电话线；

此外，供电和信号交换处理器还包含：电力线安全隔离单元；电力线安 全隔离单元分别与电力线载波接口和信号耦合单元连接，提供了外部强电与 装置的安全隔离方式。如图8所示，电力线安全隔离单元包含：输入端801、 熔断器802、压敏电阻803和安规电容804；输入端具有两根线，分别与电力 线载波接口中的火线和零线，或者正极和负极相连，串联熔断器，并联压敏 电阻，并分别在两线上串接安规电容之后，连接到耦合变压器中绕组的两个 抽头805上。也就是说，端口L和N分别接于电力线的火线和零线（交流电 供电）或正极和负极（直流电供电），串接一个熔断器，用于过流保护；并 联的压敏电阻用于过压保护，具体体现在当输入电源大于额定值时，压敏电 阻导通，放掉超额电荷，保护了内部装置；二线上在串接二个安规电容，用 于隔离前端的强电与后端电路，解决与电力线的耦合的安全问题；当前端电 源的电压电流超出额定值后，安规电容即刻断开，保护装置内部电路。此外， 该安规电容只透传频率范围内的信号，隔绝频率范围之外的信号和电压，以 达到隔离信号的目的。

供电和信号交换处理器还包含耐高压电容901，如图9所示，串接在电 话线接口或者同轴线接口902与耦合变压器中的绕组903之间，用于隔离电 话线/双绞线或同轴线网络中的直流成分，保护信号耦合单元免受外部网络中 的负载电源影响。

电源处理电路提供了装置所需的各种电力供应方式。电源处理电路分别 与电源接口和供电和信号交换处理器连接，将从电源接口输入的电源转变为 信号交换处理器所需的至少一组直流电源；输入的电源为交流电源，或者直 流电源。在实际实现中，可以是开关电源，输入85~265V交流、直流均可， 输出为12V、5V、3.3V等，主要包括保护、隔离、整流、滤波、开关模块、 变压器及反馈回路组成，为整机供电，如图10所示，其作用是把输入电源转 变为电路所需的一组或多组不同电压和功率的直流电源。电源输入可以为交 流电源，也可为直流电源；相对于直流电源，交流电源为输入电源时，该单 元需要对交流电源进行变压和整流处理。

在实际实现中，整机外部主要由电源插头（或插座）、网口（RJ45）、 电话接口（RJ11）、同轴口（BNC接头）、指示灯、按钮等组成，指示灯分 别对应电源、以太网、信号（双灯三色）等信号指示，按钮主要作用是组网、 退网和恢复出厂状态等。

本发明的装置可单独通过电力线通信；可以单独通过电话线通信；可以 单独通过同轴线通信；也可以通过电力线、电话通信混合；也可以通过、电 力线、同轴线混合通信；也可以通过同轴线、电话线混合通信；还可以通过 同轴线、电话线、电力线三种线进行混合通信，因此，本发明的装置可以带 来以下效果：

1、通过本发明的装置可以实现家庭网络的全面覆盖：有电的地方就有 网络，有电话线的地方就有网络，有同轴线（电视线）的地方就有网络。基 本覆盖了家庭网络应用的所有位置，无论普通的上网，还是网络电话、网络 视频，还是高清视频，都可以圆满解决。

2、对于还在应用的电话线和中轴线，在不影响原功能的情况下，增加 了新的传输宽带的功能。增加了线路的价值，减小新的网络布线，减少了装 修费用、节省了材料费用，做到了资源的复用。

3、对于一些家庭，由于电话的升级换代（手机和网络电话，成本更低） 电话线已经不再使用。由于网络电视的发展（如电信的高清IPTV），同轴线 已经不再使用了。这些家庭中的电话线、同轴线已经没有任何作用，属于废 弃物，通过该发明将这些资源利用起来，解决了家庭中的实际问题。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体 实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏 离本发明的精神和范围。