CN101202565A - 一体式电力线载波系统及其信号通讯方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一体式电力线载波系统及其信号通讯方法，该一体式电力线载波系统包括一数字复分接装置及一数字调制解调装置，该数字复分接装置包括至少一语音压缩装置、至少一数据处理装置及一TDM时分复接装置，该数字复分接装置及该数字调制解调装置为一体化设计。该一体式电力线载波系统将复用装置和数字调制装置通过一体化设计进行有效的整合，不仅实现了较高数据速率的传输，解决了电力线载波通信设备整机性能和容量小的难题，满足了电力系统通信的发展要求，而且减少了设备体积、增加了功能、使设备具有良好的升级性。

Description

一体式电力线载波系统及其信号通讯方法

【技术领域】

本发明涉及一种电力线载波系统及其信号通讯方法，特别是涉及一种一体式电力线载波系统及其信号通讯方法。

【背景技术】

电力线载波通信设备是利用高压输电线完成各变电站与上层调度中心之间的语音、数据传输的通信设备，是唯一不需要线路投资的有线通信方式，因此电力载波通信在电力通信网中占有较大比重和重要位置。高压输电线是电力行业特有的、巨大的线路资源，目前35Kv以上电压等级的输电线路长达67万Km，是电力系统大量应用和极具潜力的通信基础网络。

电力线载波通信是一种利用输电线路作为信号传输通道的通信方式。由于电力线机械强度高、安全可靠、投资少、高频损耗小、受气候环境影响小等特点，所以电力线载波通信一直是我国以及世界范围内电力系统通信的重要方式之一。

在此之前，对于调制解调技术国内的电力线载波通信设备大多采用频分双工载波抑制单边带二次调制或三次调制方式(FDM-SSB)，国外较先进的电力线载波通信设备的调制方式也仅采用改进型交错四相相移键控调制解调(OQPSK)、正交幅度调制(QAM，Quadrature Amplitude Modulation)，其传输速率最大为28.8kbps。复用方式采用频分复用和时分复接技术。但均是基于不同的平台，分别完成多路复用和调制解调。常规的方式是将复用后的串行数据流经过基带调制，并用低频ADC和DAC转换成为4kHz以下的模拟信号。线路调制解调绝大部分直接将4kHz以下的模拟信号采用多次频率搬移到需要的高频线路频谱；很少一部分的设备采用低频ADC将4kHz以下的模拟信号转换成为数据流，送入DSP等，完成线路调制解调，再通过高频ADC和DAC转换为电力线可以传输的高频模拟信号。以上这些处理方式，由于没有采用系统的设计思路，综合考虑分散处理对整体性能的影响，存在着很多问题，如：多次ADC和DAC对信号的损伤、处理时间的开销、传输速率的降低等。

随着通信技术的发展，将数字技术用于语音的处理和数据的传送，是发展的必然趋势。但由于受调制解调技术、复用和数字调制的嵌入设计等的发展制约，使得电力线载波通信设备在整机性能上没有质的变化和提高，已不能适应电力系统通信的发展要求。

【发明内容】

本发明为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种具有较高传输速度的一体式电力线载波系统及其信号通讯方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种一体式电力线载波系统，其包括一数字复分接装置及一数字调制解调装置，该数字复分接装置包括至少一语音压缩装置、至少一数据处理装置及一TDM时分复接装置，该数字复分接装置及该数字调制解调装置为一体化设计。

本发明解决进一步技术问题的方案是：该数字调制解调装置包括一MQAM调制解调装置。

本发明解决进一步技术问题的方案是：该TDM时分复接装置及该MQAM调制解调装置基于一硬件平台上达到一体化设计。

本发明解决进一步技术问题的方案是：该硬件平台为一cyclone芯片构建的硬件平台。

本发明解决进一步技术问题的方案是：该TDM时分复接装置将语音压缩信号及数据信号复用为一高速数据流。

本发明解决进一步技术问题的方案是：该MQAM调制解调装置直接对该高速数据流进行调制解调。

本发明解决进一步技术问题的方案是：提供一种一体式电力线载波系统的信号通讯方法，其包括以下步骤：将语音压缩信号及数据信号接入该一体式电力线载波系统；通过一TDM时分复接装置将语音压缩信号及数据信号复用为一高速数据流；将该高速数据流传输至与该TDM时分复接装置一体化设计的MQAM调制解调装置；该MQAM调制解调装置对该高速数据流进行调制解调。

本发明解决进一步技术问题的方案是：该TDM时分复接装置及该MQAM调制解调装置基于一硬件平台上达到一体化设计。

本发明解决进一步技术问题的方案是：该高速数据流包括两路语音信号和四路数据信号。

相较于现有技术，本发明的有益效果是：该一体式电力线载波系统将复用装置和数字调制装置通过一体化设计进行有效的整合，不仅实现了较高数据速率的传输，解决了电力线载波通信设备整机性能和容量小的难题，满足了电力系统通信的发展要求，而且减少了设备体积、增加了功能、使设备具有良好的升级性。

【附图说明】

图1是本发明的一体式电力线载波系统的结构示意图。

图2是本发明的一体式电力线载波系统逻辑关系框图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明的一体式电力线载波系统及其信号通讯方法作进一步说明。

请一并参阅图1及图2，该一体式电力线载波系统包括一数字复分接装置及一数字调制解调装置，该数字复分接装置包括至少一语音压缩装置、至少一数据处理装置及一TDM时分复接装置。该数字调制解调装置包括一MQAM调制解调装置，该MQAM调制解调装置采用MQAM技术，要在有效带宽近4KHz内实现多路通信，其频谱利用率应该达到3bit/Hz及以上。采用MQAM高效调制解调技术，实现了在20～500kKz的频带内的任一4kKz有效通道频带内，线路频率标准配置时(收发各占用4kKz)不低于39.6kbps速率的对等全双工数据的通信，同频传输时(收发共占用4kKz)不低于21.6kbps速率的对等全双工数据的通信。

该TDM时分复接装置及MQAM调制解调装置是基于Cyclone芯片构建硬件平台上实现一体化整合，同时完成4～6路语音和数据TDM复用和解复用、MQAM调制解调。

其中数据通道、复用/解复用、MQAM调制解调、回波抵消依靠大容量的FPGA(Field Programmable Gate Array)实现，有利于集成化和降低生产成本。目前采用2片FPGA完成上述5大块功能。语音压缩和电话线MODEM分别由2块专用DSP实现。整机控制由CPU、外围的小规模CPLD和SRAM/FLASH等构成。控制CPU选用ADuC812的主要原因是为了防止拷贝解剖。另外该CPU带有8路AD、2路DA和一个温度传感器，可以省去几片用于监视和传感的AD转换器，而且调试和测试比较方便(无需专门的在线仿真器和烧录器)。

语音压缩采用的芯片是Audio Codes公司的ACC488，该芯片可以同时对两路64kbps的PCM语音信号进行压缩，并可通过软件配置的方法选择压缩算法，总共有8种算法，其中比较合适的算法有3种，可由用户指定或者运行时根据线路情况自适应调整。

分别是：

(1)ITU G723.1MP-MLQ/ACELP       @6.3/5.3kbps。

(2)ITU G729/Annex A CS-ACELP    @8.0kbps。

(3)Audio Codes NetCoder         @6.4-9.6kbps。

语音压缩部分的硬件包括：DSP(ACC4880x)，8ns高速DSP专用SRAM(IS61LV6416)，以及部分FPGA和CPLD的逻辑配合DSP工作。

语音压缩部分的DSP软件在上电时由微控制器通过HPI总线从Flash中载入，经初始化过程后，接受PCM总线上的某两路语音信号(两个时隙的输入语音数据)，根据控制器的要求，选择一种算法进行数字语音压缩，压缩后的数据被打成30字节左右的数据包，由微控制器从HPI总线取走；同时微控制器把从远端传来的压缩后的语音数据包，由HPI总线送给DSP解压缩，解压后的数据被放到PCM总线的相应时隙上。在工作过程中，DSP的配置和数据交换全部由HPI接口进行，由于实际的数据吞吐率非常低，大约每秒钟6k-8k字节，用一般的单片机完全可以胜任，所以选择了51体系结构的CPU(ADC812)，而不象进口复接器M340或M220一样采用开发和生产成本较高的Motorola嵌入式CPU。

因为语音压缩采用的芯片Audio Codes公司的ACC488不支持DATA中继，因此电话MODEM收发器采用单芯片的modem IC，支持V.32、V.22协议，在需要进行以电话MODEM的DATA中继时，直接插入相应的时隙，其工作原理类似于上面的语音压缩部分。

MQAM调制解调

该部分全部在FPGA内完成：

复用好的数据包进行TCM编码，然后MQAM调制到指定频率的信道上。编码和调制方式参照ITU-T V.34。

收指定频率信道上的信号，MQAM解调，Viterbi译码纠错，把恢复的数据包交给解复用。

微控制器部分主要负责整机的控制和协调、和上位PC机通信、面板显示和键盘响应等工作，另外还要完成上电后对板上其它可编程器件的配置工作、部分复用/解复用的工作，以及本地交换机的部分工作。

模拟前端主要功能包括两部分：一是对数字调制后DA输出进行放大，放大倍数由数字板控制，放大后的信号被送出到功放模块；二是对由线路上接收下来的信号进行适当衰减，然后和自适应抵消DA的输出信号相减，以抵消由发送滤波器中泄漏的发送信号所产生的干扰，再进行合适的放大或衰减后馈送到数字解调的AD输入端，所有的放大或衰减倍数由数字板控制，控制方式为串行方式。

该一体式电力线载波系统可达到以下技术指标：

1、数据通道：

(1)RS232同步/异步兼容。

(2)自适应，速率300～19200bps；透明通道。

(3)误码率≤10-5

(4)时延尽可能小。

(5)能关闭一路，经受权后方能启用。

2、语音通道：

(1)4WE/M接口

(2)DTMF/DP兼容

(3)回波抑制

(4)语音质量达到长话要求

(5)输出电平可调

(6)时延尽可能小

(7)能关闭一路，经受权后方能启用。

3、复分接

(1)总速率10.8Kbps～21.6Kbps

(2)速率为10.8Kbps时传输一话一数或一话二数，数据速率不低于1.2Kbps低数据传输时延小

速率自适应调整

4、PLC MODEM

(1)线路频谱40～500KHz，最大信号带宽4KHz

(2)收发同频

(3)速率10.8Kbps～21.6Kbps

(4)SNR＝16dB时，传输速率为10.8Kbps

这种一体化设计将信号的复用与数字调试通过FPGA(Field ProgrammableGate Array)进行有效的整合，不仅实现了较高数据速率的传输，解决了电力线载波通信设备整机性能和容量小的难题，满足了电力系统通信的发展要求；而且减少了设备体积、增加了功能、使设备具有良好的升级性。这种一体化设计解决了分散处理不可避免的多次ADC和DAC对信号的损伤、处理时间的开销、传输速率不能进一步提高、硬件资源浪费等难题。

Claims (9)

1.一种一体式电力线载波系统，其包括一数字复分接装置及一数字调制解调装置，该数字复分接装置包括至少一语音压缩装置、至少一数据处理装置及一TDM时分复接装置，其特征在于：该数字复分接装置及该数字调制解调装置为一体化设计。

2.根据权利要求1所述的一体式电力线载波系统，其特征在于：该数字调制解调装置包括一MQAM调制解调装置。

3.根据权利要求2所述的一体式电力线载波系统，其特征在于：该TDM时分复接装置及该MQAM调制解调装置基于一硬件平台上达到一体化设计。

4.根据权利要求3所述的一体式电力线载波系统，其特征在于：该硬件平台为一cyclone芯片构建的硬件平台。

5.根据权利要求3所述的一体式电力线载波系统，其特征在于：该TDM时分复接装置将语音压缩信号及数据信号复用为一高速数据流。

6.根据权利要求5所述的一体式电力线载波系统，其特征在于：该MQAM调制解调装置直接对该高速数据流进行调制解调。

7.一种一体式电力线载波系统的信号通讯方法，其包括以下步骤：将语音压缩信号及数据信号接入该一体式电力线载波系统；通过一TDM时分复接装置将语音压缩信号及数据信号复用为一高速数据流；将该高速数据流传输至与该TDM时分复接装置一体化设计的MQAM调制解调装置；该MQAM调制解调装置对该高速数据流进行调制解调。

8.根据权利要求7所述的一体式电力线载波系统的信号通讯方法，其特征在于：该TDM时分复接装置及该MQAM调制解调装置基于一硬件平台上达到一体化设计。

9.根据权利要求7所述的一体式电力线载波系统的信号通讯方法，其特征在于：该高速数据流包括两路语音信号和四路数据信号。