CN101969323A

CN101969323A - 高速调制解调器

Info

Publication number: CN101969323A
Application number: CN2009100554478A
Authority: CN
Inventors: 浦子耿
Original assignee: SHANGHAI YIAO AUTOMATION CONTROL EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI YIAO AUTOMATION CONTROL EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2011-02-09

Abstract

本发明涉及一种高速调制解调器包括设置开关、微处理器、串口驱动模块、FSK调制模块、QAM调制模块、FSK解调模块、QAM解调模块、发送滤波均衡器、接收滤波均衡器、增益放大器、功率输出运放器、输入运放器和功率放大器，微处理器包括I/O接口和数据寄存器，设置开关、串口驱动模块都与I/O接口连接，FSK调制模块、QAM调制模块、FSK解调模块、QAM解调模块与微处理器连接，发送滤波均衡器与FSK调制模块、QAM调制模块连接，发送滤波均衡器、增益放大器、功率输出运放器顺序连接，接收滤波均衡器与FSK调制模块、QAM调制模块连接，接收滤波均衡器、输入运放器、功率放大器顺序连接。本发明满足电力自动化信息传输需求。

Description

高速调制解调器

技术领域

本发明涉及一种调制解调器，特别涉及一种高速调制解调器。

背景技术

以前由于技术、经济等原因，我国电力系统大部分的地区以电力线载波为主要通信手段。复用电力线载波机的整个话音频带宽为300Hz～3400Hz(≤4k Hz)。为了利用载波机的上音频来传送数据信息，采用了调制解调器，调制解调器的基本功能是在计算机提供的二进制数字信号与话音频通道的模拟信号之间进行转换，进行远距离的数据通信，将终端设备与远地的主机连接起来。调制解调技术的核心就是如何在带宽有限(≤4KHz)的话音频信道中提高数字信息的传输速度，这个速度常以比特率，即每秒钟传输的二进制位数(bit per second，简写为bps)来衡量。电力系统中远动模拟通道使用的调制解调器采用简单的二进制键控频移FSK(数字调频)调制方式，波特率为300、600、1200bps，线路方式为四线全双工。但在标准上音频1kHz的带宽内，一般传输速率为300bit/s～600bit/s，当以1200bit/s速率传输数据信息时，则要占据整个话带(300Hz～3400Hz)。这种低速调制解调器在电力系统中广泛应用，作为标准一直延续到现在，应用在电话线，微波、载波、扩频、光纤的话音通道等专线通道。但是，由于此方案采用的FSK调制方式技术，其特性决定其传输速率最高为1200bps，传输速率低，频带利用率很低。随着计算机技术在电力系统中的广泛应用，尤其是近些年来变电站综合自动化系统在电力系统中的广泛应用，以及新兴数字化变电站的发展，对数传设备的传输性能、指标提出了更高的要求要处理和传送的数据急剧增加，这种的低速调制解调器难以适应数据传输的要求。

随着信息和电子技术的发展，新的通讯技术不断涌现，广泛应用于话音频带调制解调器的速率有14.4K、19.2K、28.8K、33.6K和56K等，目前56K使用较为普遍。大部分用于公共电话网，具有传真、语音等功能。调制解调器多采用拨号方式，一般需要适合于计算机之间及主机与终端之间数据通讯。该种调制解调器不能兼容目前电力系统现已广泛使用的电力专用MODEM(调制解调)特定的中心频率、频偏模式；而且大多不适合电力调度系统通讯组网端口到端口透明传输模式，在电力调度自动化系统中应用很少。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术低效率传输调制解调器不能满足信息传输要求的缺陷，提供一种高速调制解调器，其能充分满足目前及未来一段时期内电力自动化信息传输需求。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种高速调制解调器，其特征在于，其包括设置开关、微处理器、串口驱动模块、FSK调制模块、QAM调制模块、FSK解调模块、QAM解调模块、发送滤波均衡器、接收滤波均衡器、增益放大器、功率输出运放器、输入运放器和功率放大器，微处理器包括I/O接口和数据寄存器，设置开关、串口驱动模块都与I/O接口连接，FSK调制模块、QAM调制模块、FSK解调模块、QAM解调模块与微处理器连接，发送滤波均衡器与FSK调制模块、QAM调制模块连接，发送滤波均衡器、增益放大器、功率输出运放器顺序连接，接收滤波均衡器与FSK调制模块、QAM调制模块连接，接收滤波均衡器、输入运放器、功率放大器顺序连接。

优选地，所述高速调制解调器还包括一个晶振分频模块，晶振分频模块与微处理器连接。

优选地，所述高速调制解调器还包括一个幅值检测模块，幅值检测模块与晶振分频模块、QAM解调模块连接。

本发明的积极进步效果在于：本发明的高速智能调制解调器是为适应我国电力系统自动化的数据传输需要而开发的新一代高性能、全数字多功能调制解调器，传输速率最高达19200波特。该调制解调器根据我国电力系统的实际情况，结合我国电力部颁发的通信标准和国外的电力系统通信标准，以及调制解调器技术新成果，采用专用集成电路芯片，极大地提高了产品的可靠性、兼容性，同时增强了抗干扰能力，适用于电力载波通道、光纤通道、音频电缆及其它专线传输方式，采用四线全双工通信方式；传输速率支持300-19200波特，兼容各种电力传统低速调制解调器。本发明的高速智能调制解调器主要用于变电站分布式控制系统和电力局调度中心前置机的数据通信，还可以广泛应用于石油、冶金、环境保护等需要SCADA(SupervisoryControl And Data Acquisition，数据采集与监视控制)分布式数据采集、遥控、遥测、通信系统的行业和环境之中。

附图说明

图1为本发明中QAM调制的原理图。

图2为本发明一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

本发明的高速调制解调器采用QAM(Quadrature Amplitude Modulaion，正交幅度调制)技术，QAM技术就是用两个调制信号对频率相同、相位正交的两个载波进行调幅，然后将已调信号加在一起进行传输或发射，是一种频谱利用率很高的调制方式。在中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到广泛应用。在NTSC(由美国国家电视制定委员会制定的彩色电视广播标准)制和PAL(逐行倒相)制中形成色度信号时，用的就是正交调幅方式将两个色差信号调制到色度副载波上。在美国，正交调幅通常用在地面微波链路，不用于国内卫星，欧洲的电缆数字电视采用QAM技术，而加拿大的卫星采用正交调幅。QAM技术实际上是幅度调制和相位调制的组合，QAM技术是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比特，数据信号由相互正交的两个载波的幅度变化表示，相位“+”幅度状态定义了一个数字或数字的组合。QAM技术的优点是具有更大的符号率，从而可获得更高的系统效率。通常由符号率确定占用带宽，因此每个符号的比特(基本信息单位)越多，效率就越高。

QAM技术有4QAM、8QAM、16QAM、32QAM、64QAM、256QAM等调制方式。通常，可以用星座图来描述QAM信号的信号空间分布状态。对于16＝M的16QAM来说，有多种分布形式的信号星座图。一种信号点的分布成方型，故称为方型16QAM星座，也称为标准型16QAM。另一种信号点的分布成星型，故称为星型16QAM星座。因此在最小距离相同的条件下，QAM星座图中可以容纳更多的星座点，即可实现更高的频带利用率，目前QAM星座点最高已可达1024QAM。模拟信号的相位调制和数字信号的PSK(相移键控)可以被认为是幅度不变、仅有相位变化的特殊的正交幅度调制。因此，模拟信号频率调制和数字信号的FSK(频移键控)也可以被认为是QAM的特例，因为它们本质上就是相位调制。

在QAM技术中，数据信号由相互正交的两个载波的幅度变化表示。如图1所示，输入的二进制序列经过串/并变换器输出速率减半的两路并行序列，再分别经过2电平到电平的变换，形成电平的基带信号。为了抑制已调信号的带外辐射，该电平的基带信号还要经过预调制低通滤波器，形成X(t)和Y(t)，再分别对同相载波和正交载波相乘。最后将两路信号相加即可得到QAM信号。QAM调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电缆传输。与其他调制技术相比，QAM编码具有能充分利用带宽、抗噪声能力强等优点。

如图2所示，本发明的高速调制解调器包括设置开关、微处理器(CPU)、串口驱动模块、晶振分频模块、FSK调制模块、QAM调制模块、FSK解调模块、QAM解调模块、幅值检测模块、发送滤波均衡器、接收滤波均衡器、增益放大器101、功率输出运放器102、输入运放器103、功率放大器104、开关电源模块等，微处理器(CPU)包括I/O(输入/输出)接口和数据寄存器，TXA是调制后的信号发送端，TXAN是模拟信号发送端，RXA是调制后的信号接收端，RXAN是模拟信号接收端。

设置开关是一组微动拨码开关，设置开关与微处理器(CPU)的I/O接口连接，实现调制调器工作模式、波特率、中心频率、频偏、电平、接口方式等的设置。

串口驱动模块完成RS23及RS422串口驱动/电平转换，外接通讯设备串口，内接微处理器(CPU)的I/O接口，实现外部设备串口与调制解调器的连接。

微处理器(CPU)是调制解调器中心控制模块，根据设置开关进行调制解调器工作模式、电平增益控制；将串口数据进行编码、串并转换，并通过数据寄存器提供给调制器；或将解调器数据进转换解码，输出到串行口；其中，I/O接口完成串行口数据连接和读取设置开关值；数据寄存器分发寄存器和接收寄存器，发送寄存器用于存放编码转换后的数据，提供给调制器；接收寄存器接收解调器数据供处理器解码。

晶振分频模块与微处理器(CPU)连接，晶振分频模块是由高稳定晶振与分频器组成，为微处理器提供时钟，同时为调制和解调电路提供所需的工作频率信号。

调制解调模块，是本调制解调器核心的部分，分为FSK调制模块、QAM调制模块、FSK解调模块、QAM解调模块。

FSK调制模块、QAM调制模块与微处理器(CPU)连接，发送滤波均衡器与FSK调制模块、QAM调制模块连接，发送滤波均衡器用于对调制后的模拟信号滤波，消除高次谐波，修整波形供下级放大可调增益放大器。

增益放大器101与发送滤波均衡器连接，增益放大器101用于信号的功率放大，并根据电平设置，控制输出功率到指设的电平。

功率输出运放器102与增益放大器101连接，其将非平衡线路转换为适合于音频四线传输二线的平衡线路输出信号，并实现阻抗匹配转换，将信号发送到通道上。

FSK解调模块、QAM解调模块与微处理器(CPU)连接，FSK解调模块将FSK调制的模拟信号解调为数字信信号，QAM解调模块完成QMA调制信号的解调，由微处理器(CPU)根据设定模式控制切换，分别读取解调后数字信号。QAM调制信号是幅度和相位的混合信号，解调时需要同时检测信号的幅度。幅值检测模块与晶振分频模块、QAM解调模块连接，幅值检测模块用于完成QAM调制信号的幅度和功率检测，供QAM解调模块判别解调之用。

输入运放器103与功率放大器104连接，输入运放器103将来自通道音频四线平衡线路输入变换为非平衡信号，并完成阻抗匹配变换，传送至功率放大器104。

功率放大器104与接收滤波均衡器连接，功率放大器104将接收信号进行功率放大，控制其电平稳定，并保持在一定的范围内。

接收滤波均衡器与FSK调制模块、QAM调制模块连接，用于将接收到的模拟信号的干扰杂波信号滤除，供解调器解调信号。

开关电源模块为微处理器(CPU)、FSK调制模块、QAM调制模块、FSK解调模块、QAM解调模块、增益放大器、功率输出运放器、输入运放器、功率放大器等提供工作电源。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种高速调制解调器，其特征在于，其包括设置开关、微处理器、串口驱动模块、FSK调制模块、QAM调制模块、FSK解调模块、QAM解调模块、发送滤波均衡器、接收滤波均衡器、增益放大器、功率输出运放器、输入运放器和功率放大器，微处理器包括I/O接口和数据寄存器，设置开关、串口驱动模块都与I/O接口连接，FSK调制模块、QAM调制模块、FSK解调模块、QAM解调模块与微处理器连接，发送滤波均衡器与FSK调制模块、QAM调制模块连接，发送滤波均衡器、增益放大器、功率输出运放器顺序连接，接收滤波均衡器与FSK调制模块、QAM调制模块连接，接收滤波均衡器、输入运放器、功率放大器顺序连接。

2.如权利要求1所述的高速调制解调器，其特征在于，所述高速调制解调器还包括一个晶振分频模块，晶振分频模块与微处理器连接。

3.如权利要求2所述的高速调制解调器，其特征在于，所述高速调制解调器还包括一个幅值检测模块，幅值检测模块与晶振分频模块、QAM解调模块连接。