專利名稱：一體式電力線載波系統(tǒng)及其信號通訊方法
一體式電力線載波系統(tǒng)及其信號通訊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力線載波系統(tǒng)及其信號通訊方法，特別是涉及一種一體 式電力線載波系統(tǒng)及其信號通訊方法。
背景技術(shù)：
電力線載波通信設(shè)備是利用高壓輸電線完成各變電站與上層調(diào)度中心之間 的語音、數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ旁O(shè)備，是唯一不需要線路投資的有線通信方式，因此 電力載波通信在電力通信網(wǎng)中占有較大比重和重要位置。高壓輸電線是電力行業(yè)特有的、巨大的線路資源，目前35Kv以上電壓等級的輸電線路長達67萬Km,是電力系統(tǒng)大量應(yīng)用和極具潛力的通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。
電力線載波通信是一種利用輸電線路作為信號傳輸通道的通信方式。由于 電力線機械強度高、安全可靠、投資少、高頻損耗小、受氣候環(huán)境影響小等特 點，所以電力線載波通信一直是我國以及世界范圍內(nèi)電力系統(tǒng)通信的重要方式之一。
在此之前，對于調(diào)制解調(diào)技術(shù)國內(nèi)的電力線載波通信設(shè)備大多采用頻分雙工載波抑制單邊帶二次調(diào)制或三次調(diào)制方式(FDM-SSB),國外較先進的電力線 載波通信設(shè)備的調(diào)制方式也僅采用改進型交錯四相相移鍵控調(diào)制解調(diào) (OQPSK)、正交幅度調(diào)制(QAM， Quadrature Amplitude Modulation),其傳輸速率 最大為28.8kbps。復(fù)用方式采用頻分復(fù)用和時分復(fù)接技術(shù)。但均是基于不同的平 臺，分別完成多路復(fù)用和調(diào)制解調(diào)。常規(guī)的方式是將復(fù)用后的串行數(shù)據(jù)流經(jīng)過 基帶調(diào)制，并用低頻ADC和DAC轉(zhuǎn)換成為4kHz以下的模擬信號。線路調(diào)制解 調(diào)絕大部分直接將4kHz以下的模擬信號采用多次頻率搬移到需要的高頻線路頻 譜；很少一部分的設(shè)備采用低頻ADC將4kHz以下的模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)據(jù)流， 送入DSP等，完成線路調(diào)制解調(diào)，再通過高頻ADC和DAC轉(zhuǎn)換為電力線可以 傳輸?shù)母哳l模擬信號。以上這些處理方式，由于沒有采用系統(tǒng)的設(shè)計思路，綜 合考慮分散處理對整體性能的影響，存在著很多問題，如多次ADC和DAC 對信號的損傷、處理時間的開銷、傳輸速率的降低等。
隨著通信技術(shù)的發(fā)展，將數(shù)字技術(shù)用于語音的處理和數(shù)據(jù)的傳送，是發(fā)展 的必然趨勢。但由于受調(diào)制解調(diào)技術(shù)、復(fù)用和數(shù)字調(diào)制的嵌入設(shè)計等的發(fā)展制約，使得電力線載波通信設(shè)備在整機性能上沒有質(zhì)的變化和提高，已不能適應(yīng) 電力系統(tǒng)通信的發(fā)展要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種具有較高傳輸速度 的一體式電力線載波系統(tǒng)及其信號通訊方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種一體式電力線載波 系統(tǒng)，其包括一數(shù)字復(fù)分接裝置及一數(shù)字調(diào)制解調(diào)裝置，該數(shù)字復(fù)分接裝置包 括至少一語音壓縮裝置、至少一數(shù)據(jù)處理裝置及一TDM時分復(fù)接裝置，該數(shù)字 復(fù)分接裝置及該數(shù)字調(diào)制解調(diào)裝置為 一體化設(shè)計。
本發(fā)明解決進一步技術(shù)問題的方案是該數(shù)字調(diào)制解調(diào)裝置包括一 MQAM 調(diào)制解調(diào)裝置。
本發(fā)明解決進一步技術(shù)問題的方案是該TDM時分復(fù)接裝置及該MQAM 調(diào)制解調(diào)裝置基于一硬件平臺上達到一體化設(shè)計。
本發(fā)明解決進一步技術(shù)問題的方案是該硬件平臺為一 cyclone芯片構(gòu)建的 硬件平臺。
本發(fā)明解決進一步技術(shù)問題的方案是該TDM時分復(fù)接裝置將語音壓縮信 號及數(shù)據(jù)信號復(fù)用為一高速數(shù)據(jù)流。
本發(fā)明解決進一步技術(shù)問題的方案是該MQAM調(diào)制解調(diào)裝置直接對該高 速數(shù)據(jù)流進行調(diào)制解調(diào)。
本發(fā)明解決進一步技術(shù)問題的方案是提供一種一體式電力線載波系統(tǒng)的 信號通訊方法，其包括以下步驟將語音壓縮信號及數(shù)據(jù)信號接入該一體式電 力線載波系統(tǒng)；通過一 TDM時分復(fù)接裝置將語音壓縮信號及數(shù)據(jù)信號復(fù)用為一 高速數(shù)據(jù)流；將該高速數(shù)據(jù)流傳輸至與該TDM時分復(fù)接裝置一體化設(shè)計的 MQAM調(diào)制解調(diào)裝置；該MQAM調(diào)制解調(diào)裝置對該高速數(shù)據(jù)流進行調(diào)制解調(diào)。
本發(fā)明解決進一步技術(shù)問題的方案是該TDM時分復(fù)接裝置及該MQAM 調(diào)制解調(diào)裝置基于一硬件平臺上達到 一體化設(shè)計。
本發(fā)明解決進一步技術(shù)問題的方案是該高速數(shù)據(jù)流包括兩路語音信號和 四路數(shù)據(jù)信號。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是該一體式電力線載波系統(tǒng)將復(fù)用 裝置和數(shù)字調(diào)制裝置通過一體化設(shè)計進行有效的整合，不僅實現(xiàn)了較高數(shù)據(jù)速 率的傳輸，解決了電力線載波通信設(shè)備整機性能和容量小的難題，滿足了電力系統(tǒng)通信的發(fā)展要求，而且減少了設(shè)備體積、增加了功能、使設(shè)備具有良好的升級性。


圖1是本發(fā)明的一體式電力線載波系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的 一體式電力線載波系統(tǒng)邏輯關(guān)系框圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的一體式電力線載波系統(tǒng)及其信號通訊方 法作進一步說明。
請一并參閱圖1及圖2,該一體式電力線載波系統(tǒng)包括一數(shù)字復(fù)分接裝置及 一數(shù)字調(diào)制解調(diào)裝置，該數(shù)字復(fù)分接裝置包括至少一語音壓縮裝置、至少一數(shù) 據(jù)處理裝置及一 TDM時分復(fù)接裝置。該數(shù)字調(diào)制解調(diào)裝置包括一 MQAM調(diào)制 解調(diào)裝置，該MQAM調(diào)制解調(diào)裝置采用MQAM技術(shù)，要在有效帶寬近4KHz 內(nèi)實現(xiàn)多路通信，其頻譜利用率應(yīng)該達到3bit/Hz及以上。采用MQAM高效調(diào) 制解調(diào)技術(shù).，實現(xiàn)了在20 ~ 500kKz的頻帶內(nèi)的任一 4kKz有效通道頻帶內(nèi)，線 路頻率標準配置時(收發(fā)各占用4kKz)不低于39.6kbps速率的對等全雙工數(shù)據(jù) 的通信，同頻傳輸時(收發(fā)共占用4kKz)不低于21.6kbps速率的對等全雙工數(shù) 據(jù)的通信。
該TDM時分復(fù)接裝置及MQAM調(diào)制解調(diào)裝置是基于Cyclone芯片構(gòu)建硬 件平臺上實現(xiàn)一體化整合，同時完成4 6路語音和數(shù)據(jù)TDM復(fù)用和解復(fù)用、 MQAM調(diào)制解調(diào)。
其中數(shù)據(jù)通道、復(fù)用/解復(fù)用、MQAM調(diào)制解調(diào)、回波抵消依靠大容量的 FPGA(Field Programmable Gate Array)實現(xiàn)，有利于集成化和降低生產(chǎn)成本。目 前采用2片F(xiàn)PGA完成上述5大塊功能。語音壓縮和電話線MODEM分別由2 塊專用DSP實現(xiàn)。整機控制由CPU、外圍的小規(guī)模CPLD和SRAM/FLASH等 構(gòu)成?？刂艭PU選用ADuC812的主要原因是為了防止拷貝解剖。另外該CPU 帶有8路AD、 2路DA和一個溫度傳感器，可以省去幾片用于監(jiān)視和傳感的AD 轉(zhuǎn)換器，而且調(diào)試和測試比較方便(無需專門的在線仿真器和燒錄器)。
語音壓縮采用的芯片是Audio Codes公司的ACC488,該芯片可以同時對兩 路"kbps的PCM語音信號進行壓縮，并可通過軟件配置的方法選擇壓縮算法，總共有8種算法，其中比較合適的算法有3種，可由用戶指定或者運行時根據(jù) 線路情況自適應(yīng)調(diào)整。 分別是
(1) ITU G723.1 MP-MLQ/ACELP ＠6.3/5.3kbps。
(2) ITU G729/Annex A CS-ACELP ＠8.0kbps。
(3) Audio Codes NetCoder ＠6.4-9.6kbps。
語音壓縮部分的硬件包括DSP ( ACC4880x ), 8 ns高速DSP專用SRAM (IS61LV6416 ),以及部分FPGA和CPLD的邏輯配合DSP工作。
語音壓縮部分的DSP軟件在上電時由微控制器通過HPI總線從Flash中載 入，經(jīng)初始化過程后，接受PCM總線上的某兩路語音信號(兩個時隙的輸入語 音數(shù)據(jù))，根據(jù)控制器的要求，選擇一種算法進行數(shù)字語音壓縮，壓縮后的數(shù)據(jù) 被打成30字節(jié)左右的數(shù)據(jù)包，由微控制器從HPI總線取走；同時微控制器把從 遠端傳來的壓縮后的語音數(shù)據(jù)包，由HPI總線送給DSP解壓縮，解壓后的數(shù)據(jù) 被放到PCM總線的相應(yīng)時隙上。在工作過程中，DSP的配置和數(shù)據(jù)交換全部由 HPI接口進行，由于實際的數(shù)據(jù)吞吐率非常低，大約每秒鐘6k-8k字節(jié)，用一般 的單片機完全可以勝任，所以選擇了 51體系結(jié)構(gòu)的CPU(ADC812)，而不象進 口復(fù)接器M340或M220 —樣采用開發(fā)和生產(chǎn)成本較高的Motorola嵌入式CPU。
因為語音壓縮采用的芯片Audio Codes公司的ACC488不支持DATA中繼，因此電話MODEM收發(fā)器采用單芯片的modem IC,支持V.32、 V.22協(xié)議，在需要進行以電話MODEM的DATA中繼時，直接插入相應(yīng)的時隙，其工作原理類似于上面的語音壓縮部分。
MQAM調(diào)制解調(diào)
該部分全部在FPGA內(nèi)完成
復(fù)用好的數(shù)據(jù)包進行TCM編碼，然后MQAM調(diào)制到指定頻率的信道上。編碼和調(diào)制方式參照ITU-T V.34。
收指定頻率信道上的信號，MQAM解調(diào)，Viterbi譯碼糾錯，把恢復(fù)的數(shù)據(jù)包交給解復(fù)用。
微控制器部分主要負責整機的控制和協(xié)調(diào)、和上位PC機通信、面板顯示和鍵盤響應(yīng)等工作，另外還要完成上電后對板上其它可編程器件的配置工作、部分復(fù)用/解復(fù)用的工作，以及本地交換機的部分工作。
模擬前端主要功能包括兩部分 一是對數(shù)字調(diào)制后DA輸出進行放大，放大倍數(shù)由數(shù)字板控制，放大后的信號被送出到功放模塊；二是對由線路上接收下來的信號進行適當衰減，然后和自適應(yīng)抵消DA的輸出信號相減，以抵消由發(fā)送濾波器中泄漏的發(fā)送信號所產(chǎn)生的干擾，再進行合適的放大或衰減后饋送到數(shù)字解調(diào)的AD輸入端，所有的方丈大或衰減倍數(shù)由數(shù)字板控制，控制方式為 串行方式。
該一體式電力線載波系統(tǒng)可達到以下技術(shù)指標
1、 數(shù)據(jù)通道
(1) RS232同步/異步兼容。
(2) 自適應(yīng)，速率300~ 19200bps;透明通道。
(3) 誤碼率《10-5
(4) 時延盡可能小。
(5) 能關(guān)閉一路，經(jīng)受權(quán)后方能啟用。
2、 語音通道
(1) 4WE/M接口
(2) DTMF/DP兼容
(3) 回波抑制
(4) 語音質(zhì)量達到長話要求
(5) 輸出電平可調(diào)
(6) 時延盡可能小
(7) 能關(guān)閉一路，經(jīng)受權(quán)后方能啟用。
3、 復(fù)分接
(1) 總速率10.8Kbps 21.6Kbps
(2) 速率為10.8Kbps時傳輸一話一數(shù)或一話二數(shù)，數(shù)據(jù)速率不低于1.2Kbps 低數(shù)據(jù)傳輸時延小速率自適應(yīng)調(diào)整
4、 PLC MODEM
(1) 線路頻譜40 ~ 500KHz，最大信號帶寬4KHz
(2) 收發(fā)同頻
(3) 速率10.8Kbps 21.6Kbps
(4) SNRM6dB時，傳輸速率為10.8Kbps
這種一體化設(shè)計將信號的復(fù)用與數(shù)字調(diào)試通過FPGA(Field ProgrammableGate Array)進—行有效的整合，不僅實現(xiàn)了較高數(shù)據(jù)速率的傳輸，解決了電力線栽 波通信設(shè)備整機性能和容量小的難題，滿足了電力系統(tǒng)通信的發(fā)展要求；而且 減少了設(shè)備體積、增加了功能、使設(shè)備具有良好的升級性。這種一體化設(shè)計解 決了分散處理不可避免的多次ADC和DAC對信號的損傷、處理時間的開銷、 傳輸速率不能進一步提高、硬件資源浪費等難題。
權(quán)利要求
1.一種一體式電力線載波系統(tǒng)，其包括一數(shù)字復(fù)分接裝置及一數(shù)字調(diào)制解調(diào)裝置，該數(shù)字復(fù)分接裝置包括至少一語音壓縮裝置、至少一數(shù)據(jù)處理裝置及一TDM時分復(fù)接裝置，其特征在于該數(shù)字復(fù)分接裝置及該數(shù)字調(diào)制解調(diào)裝置為一體化設(shè)計。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式電力線載波系統(tǒng)，其特征在于該數(shù)字調(diào) 制解調(diào)裝置包括一 MQAM調(diào)制解調(diào)裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一體式電力線載波系統(tǒng)，其特征在于該TDM 時分復(fù)接裝置及該MQAM調(diào)制解調(diào)裝置基于一硬件平臺上達到一體化設(shè)計。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體式電力線載波系統(tǒng)，其特征在于該硬件平 臺為一 cyclone芯片構(gòu)建的硬件平臺。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體式電力線栽波系統(tǒng)，其特征在于該TDM 時分復(fù)接裝置將語音壓縮信號及數(shù)據(jù)信號復(fù)用為一高速數(shù)據(jù)流。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一體式電力線載波系統(tǒng)，其特征在于該MQAM 調(diào)制解調(diào)裝置直接對該高速數(shù)據(jù)流進行調(diào)制解調(diào)。
7. —種一體式電力線載波系統(tǒng)的信號通訊方法，其包括以下步驟將語音 壓縮信號及數(shù)據(jù)信號接入該一體式電力線載波系統(tǒng)；通過一 TDM時分復(fù)接裝置 將語音壓縮信號及數(shù)據(jù)信號復(fù)用為一高速數(shù)據(jù)流；將該高速數(shù)據(jù)流傳輸至與該 TDM時分復(fù)接裝置一體化設(shè)計的MQAM調(diào)制解調(diào)裝置；該MQAM調(diào)制解調(diào)裝 置對該高速數(shù)據(jù)流進行調(diào)制解調(diào)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一體式電力線載波系統(tǒng)的信號通訊方法，其特征 在于該TDM時分復(fù)接裝置及該MQAM調(diào)制解調(diào)裝置基于一硬件平臺上達到 一體化設(shè)計。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一體式電力線載波系統(tǒng)的信號通訊方法，其特征 在于該高速數(shù)據(jù)流包括兩路語音信號和四路數(shù)據(jù)信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種一體式電力線載波系統(tǒng)及其信號通訊方法，該一體式電力線載波系統(tǒng)包括一數(shù)字復(fù)分接裝置及一數(shù)字調(diào)制解調(diào)裝置，該數(shù)字復(fù)分接裝置包括至少一語音壓縮裝置、至少一數(shù)據(jù)處理裝置及一TDM時分復(fù)接裝置，該數(shù)字復(fù)分接裝置及該數(shù)字調(diào)制解調(diào)裝置為一體化設(shè)計。該一體式電力線載波系統(tǒng)將復(fù)用裝置和數(shù)字調(diào)制裝置通過一體化設(shè)計進行有效的整合，不僅實現(xiàn)了較高數(shù)據(jù)速率的傳輸，解決了電力線載波通信設(shè)備整機性能和容量小的難題，滿足了電力系統(tǒng)通信的發(fā)展要求，而且減少了設(shè)備體積、增加了功能、使設(shè)備具有良好的升級性。
文檔編號H04B3/54GK101202565SQ20061015693
公開日2008年6月18日 申請日期2006年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月17日
發(fā)明者帆 張 申請人:深圳市業(yè)通達實業(yè)有限公司