CN103595445B - 解调信号的增益控制方法、装置以及微控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种解调信号的增益控制方法、装置以及微控制器，其中方法包括获取电力线载波通信中解调信号的有效值；根据所述解调信号的有效值与预设信号能量参考值的差值，从两个以上的预设增益调整值中选择其中一个作为实际增益调整值，并根据所述实际增益调整值生成增益控制信号；将所述生成的增益控制信号发送至增益放大器以对所述解调信号进行放大或衰减。本发明还提供了相应的装置以及包括上述装置的微控制器。本发明提供的解调信号的增益控制方法、装置以及微控制器，能够适应电力线载波通信时信道存在非线性时变的特点，实现对电力线载波通信中解调信号增益的精确调整。

Description

解调信号的增益控制方法、装置以及微控制器

本申请为2010年3月10日递交的申请号为201010123205.0的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及电力线载波通信领域，尤其涉及一种解调信号的增益控制方法、装置以及微控制器。

背景技术

电力线载波通信(Power Line Carrier Communication；以下简称：PLC)是指以电力线为信息传输媒介，信号经过载波调制技术，实现在电网各个节点之间传递的一种通信方式。PLC在远程抄表、智能家电监控等方面都有着广泛的应用。

电力线作为载波信号的传输媒介，具有高噪声、衰减大、时变和非线性等特点，使得载波信号的解调非常困难，需要在解调前级设置合适的前级模拟电路以及后端数字处理实现解调，上述前级模拟电路包括放大器、滤波器、ADC等电路元件，上述电路元件在半导体工艺下都有一定的适用范围，且电力线载波通信中，载波信号幅度变化较大，必须对接收机接收到的信号幅度进行调整，即实时增益调整。现有技术中的自动增益控制技术是一种通过模拟电路实现的自动增益控制方法，即增益控制电路设置放大倍数对自动增益控制放大器自动控制，利用负反馈原理，对输出信号的幅值进行采样，获得一个控制电压，去反向调节自动增益控制放大器的放大倍数。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有技术中通过模拟电路形式调节自动增益控制放大器的放大倍数，其控制精度低，且以模拟电路形式进行自动增益控制的电路设计难度大。

发明内容

本发明提供一种解调信号的增益控制方法、装置以及微控制器，用以提高对电力线载波通信中的解调信号进行自动增益控制时的控制精度。

本发明提供了一种解调信号的增益控制方法，包括：

获取电力线载波通信中解调信号的有效值，具体包括在电力线通信状态发生变化时，对所述解调信号以第一能量计算速度进行计算以获取所述解调信号的有效值；在电力线通信状态稳定时，对所述解调信号以第二能量计算速度进行计算以获取所述解调信号的有效值，所述以第二能量计算速度进行计算时的采样点数目多于以第一能量计算速度进行计算时的采样点数目；

根据所述解调信号的有效值与预设信号能量参考值的差值，从两个以上的预设增益调整值中选择其中一个作为实际增益调整值，并根据所述实际增益调整值生成增益控制信号；

将所述生成的增益控制信号发送至增益放大器以对所述解调信号进行放大或衰减；

所述从两个以上的预设增益调整值中选择其中一个作为实际增益调整值包括：

根据所述解调信号的有效值与预设信号能量参考值的差值选择满足调整条件的预设增益调整值中的最大者作为实际增益调整值，并且所述预设增益调整值中的最大者为限幅调整值。

本发明还提供了一种解调信号的增益控制装置，包括：

能量获取模块，用于获取电力线载波通信中解调信号的有效值，具体包括在电力线通信状态发生变化时，对所述解调信号以第一能量计算速度进行计算以获取所述解调信号的有效值；在电力线通信状态稳定时，对所述解调信号以第二能量计算速度进行计算以获取所述解调信号的有效值，所述以第二能量计算速度进行计算时的采样点数目多于以第一能量计算速度进行计算时的采样点数目；

增益控制模块，用于根据所述解调信号的有效值与预设信号能量参考值的差值，从两个以上的预设增益调整值中选择其中一个作为实际增益调整值，并根据所述实际增益调整值生成增益控制信号；

增益放大器，用于根据所述生成的增益控制信号对所述解调信号进行放大或衰减；

所述增益控制模块包括：

增益调整信息存储单元，用于存储两个以上的预设增益调整值，所述预设增益调整值中的最大者为限幅调整值；

调整值获取单元，用于根据所述解调信号的有效值与预设信号能量参考值的差值选择满足调整条件的预设增益调整值中的最大者作为实际增益调整值；

控制信号生成单元，用于根据所述实际增益调整值生成增益控制信号。

本发明还提供了一种微控制器，包括中央处理单元、电力线载波通信接收装置以及上述的解调信号的增益控制装置，所述解调信号的增益控制装置用于对电力线载波通信接收装置处理的解调信号进行增益控制，所述中央处理单元用于对所述电力线载波通信接收装置进行控制。

本发明提供的解调信号的增益控制方法、装置以及微控制器，通过预先设置两个以上的增益调整值，在进行增益控制时，可以根据不同的情况选择合适的增益调整值作为实际增益调整值，能够适应电力线载波通信时信道存在非线性时变的特点，实现对电力线载波通信中解调信号增益的精确调整。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明解调信号的增益控制方法实施例的流程示意图；

图2为本发明解调信号的增益控制装置实施例的结构示意图；

图3为本发明微控制器实施例的结构示意图；

图4为本发明微控制器一个具体实施例的装置示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种适用于电力线载波通信中解调信号的增益控制方法，图1为本发明解调信号的增益控制方法实施例的流程示意图，如图1所示，该方法包括：

步骤101、获取电力线载波通信中解调信号的有效值；本步骤是在电力线载波通信系统中，位于接收端的能量获取模块通过计算解调信号的均方根值获取的解调信号的能量信息，即解调信号的有效值。

步骤102、根据所述解调信号的有效值与预设信号能量参考值的差值，从两个以上的预设增益调整值中选择其中一个作为实际增益调整值，并根据所述实际增益调整值生成增益控制信号；本步骤是在步骤101的基础上，将上述获取的解调信号的有效值与预设信号能量参考值进行比较，以获取二者的差值，并根据上述差值从两个以上的预设增益调整值中选择合适的实际增益调整值；

步骤103、将所述生成的增益控制信号发送至增益放大器以对所述解调信号进行放大或衰减。

本发明上述实施例提供的解调信号的增益控制方法，通过预先设置两个以上的增益调整值，在进行增益控制时，可以根据不同的情况选择合适的增益调整值作为实际增益调整值，能够适应电力线载波通信时信道存在非线性时变的特点，实现对电力线载波通信中解调信号增益的精确调整。

在本发明上述实施例的基础上，其中上述步骤102中从两个以上的预设增益调整值中选择其中一个作为实际增益调整值可具体为通过判断电力线通信状态是否发生变化选择不同的实际增益调整值，电力线通信状态发生变化可以包括两种情况，一是在电力线通信信道由空闲到通信状态的变化，或者是由通信到空闲状态的变化时，即通信信号从无到有或从有到无的过程，二是由于噪声影响，使得在通信过程中数字解调器无法获得可解调的解调信号，此时选择第一预设增益调整值作为实际增益调整值，上述第一预设增益调整值用于使解调信号快速调整至可解调范围。另外在电力线通信状态未发生变化，即在电力线通信状态稳定时，选择第二预设增益调整值作为实际增益调整值，上述第二预设增益调整值用于使解调信号处于稳定的可解调范围。

上述在电力线通信状态发生变化时的调整方式为一种快速调整方式，是指信号放大或衰减倍数较大的调整。具体是由于信道的噪声影响，或信道刚由空闲进入到通信状态时，信号幅度变化非常大，采用上述快速调整方式，使信号以最快的速度进入可解调范围（例如一次放大18dB或衰减18dB）。上述在电力线通信状态稳定时的调整方式为一种慢速调整方式，是指信号放大或衰减倍数较小的调整，当信道的噪声影响较小或载波信号处于基本稳定的状态时，可以进行慢速调整，以稳定可解调的信号（例如一次放大6dB或衰减6dB）。通常在电力线通信中，从空闲状态进入通信状态时，需要先传输一个用于同步的报文头，其传输时间较短，因此需要在传输报文头的较短时间内将载波信号调整到可解调范围内，此时使用快速调整的方式；而在电力线通信状态稳定时，可以使用慢速调整的方式。即选择实际增益调整值较小的调整方式。

另外在上述实施例中，为了进一步的适应快速或慢速增益调整的需要，可以对能量获取模块获取解调信号有效值而进行计算时的采样点数目进行控制，例如在电力线通信状态发生变化时，能量获取模块对所述解调信号以第一能量计算速度进行计算以获取解调信号的有效值，这是一种对信号采样点较少的能量计算，适用于载波信号幅度还未进入可解调的幅度时（例如计算128点的能量值）。在电力线通信过程中，能量获取模块对所述解调信号以第二能量计算速度进行计算以获取解调信号的有效值，上述以第二能量计算速度进行计算时的采样点数目多于以第一能量计算速度进行计算时的采样点数目，这是一种慢速能量计算方式，是一种信号采样点较多的能量计算，适用于载波信号幅度进入可解调的幅度时（例如计算512点的能量值），上述第一能量计算速度进行计算时和第二能量计算速度进行计算时的采样点数目为相对设置，例如在具体设置过程中可将以第二能量计算速度进行计算时的采样点数目设为以第一能量计算速度进行计算时的采样点数目的4倍。

上述步骤102中从预设的两个以上的增益调整值中选择其中一个作为实际增益调整值还可以具体为另外一种情况，即包括如下步骤：根据所述解调信号的有效值与预设信号能量参考值的差值选择满足调整条件的预设增益调整值中的最大者作为实际增益调整值，并且所述预设增益调整值中的最大者为限幅调整值。这是一种阶梯式和限幅式的增益调整方式，一方面能够提高能量比较以及增益控制的效率，另一方面可以避免信号的放大或衰减的幅度过大，例如可预先设置6dB、12dB和18dB三个增益调整值，上述增益调整值包括衰减和放大两种情况。上述每个预设增益调整值都是独立并行的，在选择调整时可按照从大到小的优先级调整。如果信号输入幅度非常小，满足放大18dB，当然也满足放大12dB和6dB，但是由于优先级的设置，优先采用18dB调整。至于12dB和6dB调整，只能等到经过18dB调整以后，信号经过一次放大，再判断是否需要按照12dB和6dB的增益调整值的进行调整。上述限幅调整具体是指若解调信号过大或过小，在连续多次使用限幅调整值进行调整后（上述调整次数可以预先设定），若仍不能将解调信号调整到可调整范围内，则可放弃继续对解调信号进行增益控制，例如接收到一个较小的解调信号，在使用三次18dB进行放大后仍无法解调，则可认为上述解调信号过小，放弃对其再进行放大操作，上述限幅调整使得输入的解调信号不会无限放大或者衰减，通过钳位的方式，将信号输入控制在合适的范围内。

另外在本发明的具体实施方式中，上述的预设信号能量参考值和/或两个以上的预设增益调整值可以是预先固设在增益控制模块中的。在另一种实施方式中，可以通过中央处理单元对其进行调整，即上述方法进一步包括接收中央处理单元发送的调整信号的步骤，上述调整信号是用于对预设信号能量参考值和/或两个以上的预设增益调整值进行实时调整的。

与上述方法实施例对应的，本发明实施例还提供了一种解调信号的增益控制装置，该装置能够执行上述方法实施例中的步骤流程。图2为本发明解调信号的增益控制装置实施例的结构示意图，如图2所示，该装置包括能量获取模块11、增益控制模块12和增益放大器13，其中能量获取模块11用于获取电力线载波通信中解调信号的有效值；增益控制模块12用于根据所述解调信号的有效值与预设信号能量参考值的差值，从两个以上的预设增益调整值中选择其中一个作为实际增益调整值，并根据所述实际增益调整值生成增益控制信号；增益放大器13用于根据所述生成的增益控制信号对所述解调信号进行放大或衰减。

本发明上述实施例提供的解调信号的增益控制装置，通过预先设置两个以上的增益调整值，在进行增益控制时，可以根据不同的情况选择合适的增益调整值作为实际增益调整值，能够适应电力线载波通信时信道存在非线性时变的特点，实现对解调信号增益的精确调整。

在具体的实施过程中，上述的增益控制模块可以进一步包括第一获取单元、第二获取单元和控制信号生成单元，其中第一获取单元用于在电力线通信状态发生变化时，选择第一预设增益调整值作为实际增益调整值，所述第一预设增益调整值用于使解调信号快速调整至可解调范围；第二获取单元用于在电力线通信状态稳定时，选择第二预设增益调整值作为实际增益调整值，所述第二预设增益调整值用于使解调信号处于稳定的可解调范围，控制信号生成单元用于根据所述实际增益调整值生成增益控制信号。

还有另外一种实施方式，即增益控制模块包括增益调整信息存储单元、调整值获取单元，其中增益调整信息存储单元用于存储两个以上预设增益调整值，所述预设增益调整值中的最大者为限幅调整值；调整值获取单元用于根据所述解调信号的有效值与预设信号能量参考值的差值选择满足调整条件的预设增益调整值中的最大者作为实际增益调整值，控制信号生成单元用于根据所述实际增益调整值生成增益控制信号。

本发明实施例还提供了一种微控制器，图3为本发明微控制器实施例的结构示意图，如图3所示，该系统包括中央处理单元1、电力线载波通信接收装置2以及上述任一实施例中的解调信号的增益控制装置3，所述解调信号的增益控制装置用于对电力线载波通信接收装置处理的解调信号进行增益控制，所述中央处理单元用于对所述电力线载波通信接收装置进行控制。

本发明上述实施例提供的微控制器，通过预先设置两个以上的增益调整值，在进行增益控制时，可以根据不同的情况选择合适的增益调整值作为实际增益调整值，能够适应电力线载波通信时信道存在非线性时变的特点，实现对电力线载波通信中解调信号增益的精确调整。

在具体的实施过程中，上述的预设信号能量参考值和/或两个以上的预设增益调整值可以是预先固设在解调信号的增益控制装置中的，即上述解调信号的增益控制装置不需要从中央处理单元获取对上述预设值进行调整的调整信号。在另一个实施方式中，可以进一步通过中央处理单元对上述预设值进行调整，即上述中央处理单元还可用于调整解调信号的增益控制装置中的预设信号能量参考值和/或两个以上的预设增益调整值。

图4为本发明微控制器一个具体实施例的装置示意图，如图4所示，上述的微控制器包括中央处理单元、电力线载波通信接收装置以及解调信号的增益控制装置，其中电力线载波通信接收装置包括低噪声放大器、通道滤波器、模数转换模块、数字混频器、数字滤波器和数字解调器，电力线载波信号的增益控制装置包括能量获取模块、增益控制模块和增益放大器。

当承载有通信数据的电力线信号进入电力线耦合电路之后，在进行信号分离后将电力线的载波信号首先输入到低噪声放大器，由该低噪声放大器对模拟信号进行放大，然后信号输入到通道滤波器进行滤波处理，上述通道滤波器能够有效滤除不必要的噪声，降低后级解调电路设计的难度，具体的上述的通道滤波器可以使用陶瓷滤波器。在经过通道滤波器滤波后的载波信号输入到可编程增益放大器中，该增益放大器的放大或衰减的倍数是可以调整的，放大或衰减后的载波信号进过模数转换模块后转换为数字形式的载波信号，上述的数字形式的载波信号可由数字混频器进行混频处理，且该数字混频器与中央处理单元连接，并根据中央处理单元的控制信号调整数字混频器的本振频率，以对混频得到的信号频率进行调整，使其频率范围在后续设置的数字滤波器的通带范围内，提高数字滤波器的滤波效果，获得具有更高信噪比的载波信号，以降低数字解调器电路的设计难度。上述混频后的载波信号经过数字滤波器滤波后，最后由数字解调器进行解调以获取电力线载波数据。

其中上述的能量获取模块用于获取数字解调器的输出能量参数，即获取的解调信号的有效值，并反馈给增益控制模块，增益控制模块可以根据上述各个实施例提供的方法获取实际增益调整值，并发送给增益放大器，以使其根据实际增益调整值对模数转换前解调信号进行放大或衰减。在具体实施例中，还可以设置通信控制寄存器，中央处理单元通过通信控制寄存器对增益控制装置中预设信号能量参考值和/或预设增益调整值进行调整。

本发明上述实施例提供的解调信号的增益控制方法、装置以及微控制器，通过预先设置两个以上的增益调整值，在进行增益控制时，可以根据不同的情况选择合适的增益调整值作为实际增益调整值，能够适应电力线载波通信时信道存在非线性时变的特点，实现对电力线载波通信中解调信号增益的精确调整。能够解决在具体的电力线载波通信过程中，信道存在非线性时变的特点，使得信号衰减大，信噪比低，导致解调难度大的缺陷，自动增益控制电路配合放大器电路、滤波器电路，使得载波信号能够在合适的范围内被解调，降低解调电路的设计复杂度，同时提高解调性能。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种解调信号的增益控制方法，其特征在于，包括：

获取电力线载波通信中解调信号的有效值，具体包括在电力线通信状态发生变化时，对所述解调信号以第一能量计算速度进行计算以获取所述解调信号的有效值；在电力线通信状态稳定时，对所述解调信号以第二能量计算速度进行计算以获取所述解调信号的有效值，所述以第二能量计算速度进行计算时的采样点数目多于以第一能量计算速度进行计算时的采样点数目；

根据所述解调信号的有效值与预设信号能量参考值的差值，从两个以上的预设增益调整值中选择其中一个作为实际增益调整值，并且所述预设增益调整值中的最大者为限幅调整值，并根据所述实际增益调整值生成增益控制信号；

将所述生成的增益控制信号发送至增益放大器以对所述解调信号进行放大或衰减；

所述从两个以上的预设增益调整值中选择其中一个作为实际增益调整值包括：

根据所述解调信号的有效值与预设信号能量参考值的差值选择满足调整条件的预设增益调整值中的最大者作为实际增益调整值。

2.根据权利要求1所述的解调信号的增益控制方法，其特征在于，还包括：

接收中央处理单元发送的调整信号，所述调整信号用于对所述预设信号能量参考值和/或两个以上的预设增益调整值进行调整。

3.一种解调信号的增益控制装置，其特征在于，包括：

能量获取模块，用于获取电力线载波通信中解调信号的有效值，具体包括在电力线通信状态发生变化时，对所述解调信号以第一能量计算速度进行计算以获取所述解调信号的有效值；在电力线通信状态稳定时，对所述解调信号以第二能量计算速度进行计算以获取所述解调信号的有效值，所述以第二能量计算速度进行计算时的采样点数目多于以第一能量计算速度进行计算时的采样点数目；

增益控制模块，用于根据所述解调信号的有效值与预设信号能量参考值的差值，从两个以上的预设增益调整值中选择其中一个作为实际增益调整值，并根据所述实际增益调整值生成增益控制信号；

增益放大器，用于根据所述生成的增益控制信号对所述解调信号进行放大或衰减；

所述增益控制模块包括：

增益调整信息存储单元，用于存储两个以上的预设增益调整值，所述预设增益调整值中的最大者为限幅调整值；

调整值获取单元，用于根据所述解调信号的有效值与预设信号能量参考值的差值选择满足调整条件的预设增益调整值中的最大者作为实际增益调整值；

控制信号生成单元，用于根据所述实际增益调整值生成增益控制信号。

4.一种微控制器，其特征在于，包括中央处理单元、电力线载波通信接收装置以及权利要求3所述的解调信号的增益控制装置，所述解调信号的增益控制装置用于对电力线载波通信接收装置处理的解调信号进行增益控制，所述中央处理单元用于对所述电力线载波通信接收装置进行控制。

5.根据权利要求4所述的微控制器，其特征在于，所述中央处理单元用于调整解调信号的增益控制装置中预设信号能量参考值和/或两个以上的预设增益调整值。