專(zhuān)利名稱(chēng)：電力線載波通信信道性能自動(dòng)測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電力線載波通信信道性能自動(dòng)測(cè)量裝置，廣泛應(yīng)用于以電力 線為傳輸媒介的載波通信系統(tǒng)中，對(duì)電力線載波通信信道進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，并以文本、圖表方 式給出信道準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)果。
背景技術(shù)：
電力線數(shù)據(jù)通信技術(shù)(PLC)，是一種利用中、低壓配電網(wǎng)作為通信介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、 話音、圖像等綜合業(yè)務(wù)傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)，不僅可以作為解決寬帶接入“最后1km”的有效手 段，而且可以為電力負(fù)荷監(jiān)控、遠(yuǎn)程抄表、配用電自動(dòng)化、需求側(cè)管理、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、智能 家庭以及數(shù)字化社區(qū)提供高速數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，將3KHz 500KHZ頻帶 范圍作為電力線載波通訊的使用頻段。電力線設(shè)計(jì)的初衷是傳遞頻率為50Hz工頻電力信號(hào)，將其功能擴(kuò)展到語(yǔ)音或者 數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸時(shí)將面臨復(fù)雜的電磁環(huán)境，所呈現(xiàn)的是一種高噪聲、強(qiáng)衰減、負(fù)荷變化劇烈、 阻抗變化大、頻率響應(yīng)不平坦等惡劣性能，因此要實(shí)現(xiàn)可靠的電力線數(shù)據(jù)傳輸，必須針對(duì)電 力線信道特性的研究。電力線網(wǎng)絡(luò)信道模型如

圖1所示，基于傳遞函數(shù)和外加干擾和噪聲建立。通常使 用多徑傳輸模型方法，電力線上的信號(hào)衰減隨頻率增長(zhǎng)有增加的趨勢(shì)，并且頻率越高傳輸 線效應(yīng)越明顯，發(fā)生諧振的可能性越大，導(dǎo)致在某些頻率下衰減會(huì)迅速增加。同時(shí)，電力線 上的多徑效應(yīng)類(lèi)似于無(wú)線空間信道，差別在于前者的多徑傳輸?shù)穆肪€是有限的，因此，可以 認(rèn)為電力線是一個(gè)頻率選擇性的多徑信道。在建立模型時(shí)，參照瑞利信道，并適當(dāng)化簡(jiǎn)，可 得到傳遞函數(shù)
Nι丑(/)= Σ ai exP[(-% + Vxf ] exp(-j2冗f 丄)
'=Ivp式中i為多徑分量號(hào)，Iltl和Il1為線路衰減系數(shù)；ε是衰減因子；νρ為傳播速度； Ii為第i條分徑的長(zhǎng)度。除了因線路衰減和多路傳輸所造成的信號(hào)失真外，噪聲是影響電力線數(shù)據(jù)可靠通 信的最關(guān)鍵因素。和其他信道不同的是，電力線信道有著較為復(fù)雜的噪聲環(huán)境，它的網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，連接的負(fù)載眾多且經(jīng)常發(fā)生變化，因此作用于它的噪聲不能簡(jiǎn)單歸結(jié)為加性高斯 白噪聲(AWGN)。電力線主要噪聲有①有色背景噪聲②窄帶噪聲③與工頻異步的周期性脈沖噪聲 ④與工頻同步的周期性脈沖噪聲。中壓電力線平均噪聲功率在-60 -70dBm/Hz左右。其 中，由多種低功率噪聲的疊加而成的有色背景噪聲功率一般在-60 -70dBm/Hz之間，在一 些頻段可低于-80dBm/Hz，其整體隨頻率增高而減弱，且功率譜變化較慢，一般為分鐘甚至 小時(shí)量級(jí)；主要由通信帶寬內(nèi)的廣播電臺(tái)等其它無(wú)線通信信號(hào)造成的窄帶噪聲，平均占用 2k 4kHz的帶寬，功率較高，較背景噪聲高出約30 50dBm/Hz，該類(lèi)干擾一般長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定存 在；對(duì)通信效果影響最大的是脈沖噪聲，該類(lèi)噪聲隨機(jī)產(chǎn)生，持續(xù)時(shí)間很短，一般為幾十或者幾百毫秒，絕大部分功率高于背景噪聲10 30dBm/Hz，當(dāng)沖激噪聲發(fā)生時(shí)，噪聲頻段內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸將可能出現(xiàn)嚴(yán)重的突發(fā)性誤碼。在我國(guó)，由于電力線線路分布和負(fù)載情況更為復(fù)雜，干擾相對(duì)較強(qiáng)，電力線組網(wǎng)通 信所面臨的物理層環(huán)境比較復(fù)雜和惡劣。因此在實(shí)際的電力線上進(jìn)行載波通信時(shí)，需要對(duì) 通信信道進(jìn)行具體測(cè)量，目前通常采用的測(cè)量方法如圖2所示信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的掃頻信 號(hào)通過(guò)耦合電路進(jìn)入電力線，在測(cè)量的另一端通過(guò)耦合器直接進(jìn)入頻譜分析儀。在實(shí)際的電力線上進(jìn)行載波通信應(yīng)用時(shí)，需要對(duì)通信信道進(jìn)行具體測(cè)量，但由于 電力線載波信道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，噪聲環(huán)境復(fù)雜，使用傳統(tǒng)測(cè)量方法的缺點(diǎn)非常明顯當(dāng)線路 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時(shí)，測(cè)量的工作量需要大量?jī)x器設(shè)備，測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)且測(cè)量結(jié)果需要后 期人工進(jìn)行大量的處理和分析。對(duì)電力線信道性能的無(wú)法進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地測(cè)量一定程度 上限制了電力線數(shù)據(jù)通信技術(shù)的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電力線載波通信信 道性能自動(dòng)測(cè)量裝置，其使用DSP模擬信號(hào)發(fā)生器和頻譜分析儀等儀器，發(fā)送方通過(guò)耦合 設(shè)備將信號(hào)發(fā)送到電力線載波信道上，接收方通過(guò)耦合設(shè)備從載波信道上接收信號(hào)，進(jìn)行 相應(yīng)的分析并將分析結(jié)果以圖形、文本型式輸出。為了達(dá)到以上的目的本實(shí)用新型提供的電力線載波通信信道性能自動(dòng)測(cè)量裝 置，其組成包括中央處理器、與該中央處理器通訊的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換 模塊、同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、數(shù)字信號(hào)處理器、RS232串行接口模塊，所述同步動(dòng)態(tài)隨機(jī) 存取存儲(chǔ)器與RS232串行接口模塊通訊連接，其還包括有一個(gè)模擬前端模塊，該模擬前端 模塊具有用于同耦合設(shè)備連接的輸入輸出接口，利用耦合設(shè)備將信號(hào)加載于電力線上，其 信號(hào)輸出端與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊的輸入端口連接，其信號(hào)輸入端與數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換模塊 的信號(hào)輸出端口連接。由計(jì)算機(jī)(PC)、電力線載波通信信道性能自動(dòng)測(cè)量裝置、耦合器以及相應(yīng)軟件共 同完成測(cè)量工作，首先在待測(cè)線路起止端分別安裝耦合器，并連接耦合器、電力線載波通信 信道性能自動(dòng)測(cè)量裝置和計(jì)算機(jī)(PC)，由計(jì)算機(jī)(PC)上安裝的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)應(yīng)用 軟件通過(guò)RS232串行接口模塊進(jìn)行測(cè)量參數(shù)設(shè)置，設(shè)置內(nèi)容包括①主、從測(cè)量裝置的選擇 設(shè)置；②測(cè)量頻率范圍設(shè)置；③測(cè)量項(xiàng)目?jī)?nèi)容設(shè)置；④測(cè)量結(jié)果輸出路徑設(shè)置。接著由計(jì)算機(jī)(PC)控制電力線載波通信信道性能自動(dòng)測(cè)量裝置開(kāi)始自動(dòng)測(cè)量工 作，主測(cè)量裝置中的DSP模擬信號(hào)發(fā)生器的動(dòng)作發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)，通過(guò)CPU、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn) 換模塊(D/A)到模擬前端模塊，模擬前端模塊對(duì)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行放大，經(jīng)耦合器發(fā)送到 線路上，從測(cè)量裝置中的模擬前端通過(guò)耦合器檢測(cè)到主測(cè)量裝置發(fā)送的測(cè)試信號(hào)，此時(shí)該 信號(hào)就帶有了信道性能的信息，信號(hào)經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換(A/D)和CPU，到達(dá)DSP，DSP對(duì)該信號(hào) 進(jìn)行處理分析，并將結(jié)果通過(guò)RS232串行接口傳送給PC，PC通過(guò)應(yīng)用軟件將測(cè)量結(jié)果以圖 形和文本的形式輸出。本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)實(shí)現(xiàn)了高集成度的電力線載波通信信道性能自動(dòng)測(cè)量，可以方便地對(duì)電力線 載波信道進(jìn)行多種性能測(cè)量。[0017](2)測(cè)量信號(hào)的發(fā)送、測(cè)量結(jié)果的分析輸出全自動(dòng)進(jìn)行，無(wú)需人工干預(yù)，測(cè)量耗時(shí) 短、結(jié)果準(zhǔn)確。(3)符合國(guó)家關(guān)于載波通信的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電力線網(wǎng)絡(luò)中的其它設(shè)備無(wú)影響。(4)采用220伏交流電供電，取電、使用方便。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。圖1 電力線信道模型示意圖。圖2 現(xiàn)有電力線信道測(cè)量方法示意圖。圖3 本實(shí)用新型電力線載波通信信道性能自動(dòng)測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)框圖。圖4 電力線載波通信信道性能自動(dòng)測(cè)量方法示意圖。圖5 軟件運(yùn)作流程示意圖。圖6 本裝置對(duì)載波通信信道噪聲平均值頻譜分析結(jié)果圖。圖7 本裝置對(duì)載波通信信道信號(hào)衰減頻譜分析的結(jié)果圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例的電力線載波通信信道性能自動(dòng)測(cè)量裝置，如圖3所示，其特征是中央 處理器(CPU)、與該中央處理器通訊的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊(A/D)、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換模塊(D/ A)、同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SDRAM)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、串行接口模塊(RS232)，同 步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器SDRAM與RS232串行接口模塊通訊連接，其還包括有一個(gè)模擬前端 模塊，該模擬前端模塊具有用于同耦合設(shè)備連接的輸入輸出接口，利用耦合設(shè)備將信號(hào)加 載于電力線上，其信號(hào)輸出端與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊(A/D)的輸入端口連接，其信號(hào)輸入端 與數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換模塊(D/A)的信號(hào)輸出端口連接。本裝置中，模擬前端模塊為一個(gè)雙向 濾波、功率放大電路，也可以使用兩個(gè)獨(dú)立的單向?yàn)V波、功率放大電路替代。電力線載波通信信道性能自動(dòng)測(cè)量裝置工作時(shí)，由安裝在PC上的測(cè)量軟件預(yù)先 在兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)分別設(shè)定主、從裝置，主測(cè)量裝置中的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)模擬信號(hào)發(fā)生 器的動(dòng)作發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)，通過(guò)中央處理器(CPU)、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換模塊(D/A)到模擬前 端模塊，模擬前端模塊對(duì)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行放大，經(jīng)耦合器發(fā)送到線路上，從測(cè)量裝置中的 模擬前端通過(guò)耦合器檢測(cè)到主測(cè)量裝置發(fā)送的測(cè)試信號(hào)，此時(shí)該信號(hào)就帶有了信道性能的 信息，信號(hào)經(jīng)模擬、數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊(A/D)和中央處理器(CPU)，到達(dá)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)， DSP對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理分析，并將結(jié)果通過(guò)RS232串行接口模塊傳送給PC。圖5是整個(gè)軟件運(yùn)作的流程示意圖，上電啟動(dòng)后，首先由PC中的測(cè)量軟件設(shè)定電力線載波通信信道性能自動(dòng)測(cè)量裝置為主裝置或從裝置，主裝置由PC中的測(cè)量軟件設(shè)置 DSP的測(cè)量功能參數(shù)，包括噪聲分析參數(shù)、信道信噪比分析參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)參數(shù)等，主裝 置的DSP軟件按參數(shù)要求控制DSP發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)。從裝置也先由PC中的測(cè)量軟件設(shè) 置相應(yīng)的DSP測(cè)量功能參數(shù)，再設(shè)定測(cè)量結(jié)果在PC硬盤(pán)上的存儲(chǔ)路徑，接收時(shí)，從裝置接 收到主裝置發(fā)來(lái)的測(cè)試信號(hào)，DSP功能測(cè)量軟件模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)比、頻譜分析等處 理，將處理結(jié)果交由數(shù)字信號(hào)處理器操作系統(tǒng)(DSP-OS)，DSP-OS將處理結(jié)果通過(guò)RS232發(fā) 送給PC，PC測(cè)量軟件將測(cè)量結(jié)果以虛擬示波器形式顯示，并將測(cè)量結(jié)果按指定路徑存儲(chǔ)。[0031]圖6是本發(fā)明對(duì)載波通信信道噪聲平均值頻譜分析結(jié)果圖，圖中橫軸是頻率，單 位KHz，縱軸為噪聲大小，單位DB。電力線載波通信信道性能自動(dòng)測(cè)量裝置對(duì)信道內(nèi)峰值 噪聲進(jìn)行多次測(cè)量，并取平均值的頻譜分析結(jié)果，由PC軟件的虛擬示波器功能顯示測(cè)量結(jié) 果，從圖中的測(cè)量結(jié)果可以驗(yàn)證前面所提到電力線載波信道總體噪聲水平隨著頻率增加而 降低的特點(diǎn)。圖7為本發(fā)明對(duì)載波通信信道信號(hào)衰減頻譜分析的結(jié)果圖，圖中橫軸是頻率，單 位KHz，縱軸為信號(hào)衰減大小，單位DB。從裝置通過(guò)對(duì)主裝置發(fā)送來(lái)的各頻率標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào) 進(jìn)行比較分析，并最終由PC以虛擬示波器形式顯示測(cè)量結(jié)果，從圖中可以看出電力線載波 通信信道衰減具有明顯的頻率選擇性，信道衰減較小的頻段才適合進(jìn)行電力線載波通信， 這也說(shuō)明了本發(fā)明所完成的信道性能測(cè)量功能的重要性。除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變 換形式的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種電力線載波通信信道性能自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征是組成包括中央處理器、與該中央處理器通訊的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換模塊、同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、數(shù)字信號(hào)處理器、RS232串行接口模塊，所述同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器與RS232串行接口模塊通訊連接，其還包括有一個(gè)模擬前端模塊，該模擬前端模塊具有用于同耦合設(shè)備連接的輸入輸出接口，其信號(hào)輸出端與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊的輸入端口連接，其信號(hào)輸入端與數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)輸出端口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力線載波通信信道性能自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征是所述模擬 前端模塊為一個(gè)雙向?yàn)V波、功率放大電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力線載波通信信道性能自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征是模擬前端 模塊由兩個(gè)獨(dú)立的單向?yàn)V波、功率放大電路構(gòu)成。
專(zhuān)利摘要電力線載波通信信道性能自動(dòng)測(cè)量裝置，其組成包括中央處理器、與中央處理器通訊的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、數(shù)字信號(hào)處理器、RS232串行接口模塊，同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器與RS232串行接口模塊通訊連接，其還包括有模擬前端模塊，模擬前端模塊具有用于同耦合設(shè)備連接的輸入輸出接口，其信號(hào)輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端口連接，信號(hào)輸入端與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)輸出端口連接。本裝置實(shí)現(xiàn)了高集成度的電力線載波通信信道性能自動(dòng)測(cè)量，方便地對(duì)電力線載波信道進(jìn)行多種性能測(cè)量；測(cè)量信號(hào)的發(fā)送、測(cè)量結(jié)果的分析輸出全自動(dòng)進(jìn)行，無(wú)需人工干預(yù)，測(cè)量耗時(shí)短、結(jié)果準(zhǔn)確，并且對(duì)電力線網(wǎng)絡(luò)中的其它設(shè)備無(wú)影響。
文檔編號(hào)H04B3/46GK201571053SQ200920257100
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者劉柱, 易浩勇, 汪曉巖, 王坤, 許盛 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院;南京南瑞集團(tuán)公司