CN107733466B - 基于宽带电力线载波通信测试的信号源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于宽带电力线载波通信测试的信号源装置，其被直接安装在电能表上，从而利用电能表的电力线载波模块电路进行测试分析，该信号源装置包括：波形存储器，其被配置为用来储存电力线应用环境中的多种噪声和/或干扰的输入信号的波形文件；处理器模块，其包括处理器，该处理器能够配置输入信号的频率；FPGA信号处理模块，其通过SPI总线分别与处理器和波形存储器通信连接，用于处理输入信号，以获得所需的输出信号；以及驱动放大电路模块，放大该输出信号并以中频载波信号的形式输出到信号源装置的输出端口。本发明的信号源装置结构简单，不需要外接电源供电，并能够真实准确地反映出低压电力线载波通信现场的测试环境。
Description
技术领域
本发明属于电力线载波通信技术领域，涉及一种基于宽带电力线载波通信测试的信号源装置。
背景技术
电力线载波(PLC)通信作为电力系统特有的通信方式，广泛用于电力系统的调度通信、生产指挥、行政业务通信以及其他各种信息的传输。目前宽带电力线载波通信有着广阔的应用前景，然而配用电网络的载波信号在传播过程中存在一定程度的衰减，配用电网络的载波信号的传输衰减与载频密切相关。在同一应用环境下，通常载频越高载波信号的衰减就越大，但也存在突变情况。因此，针对载波的应用环境，为确保现场载波通信系统的可靠性和稳定性，需要进行前期的环境勘测和系统调试，从而减少系统挂网运行的后期维护的工作量。由于现场环境错综复杂，在施工前对现场信道环境不能准确测试和判断，未能事先对不同的复杂信道采用有针对性的通信解决方案并在实验室模拟环境中完成有效的测试验证，是造成施工和后期维护工作量大的一个重要原因。同时现场测试工具的效率低和使用不便，也给测试和施工工作带来了一定的困难。
目前，现有的电力线信道的测试通常采用的方法是通过信号发生器、功率放大器及耦合器配合来进行电力线信道的测试，从而对故障点进行排查和修复。该测试方法具有如下缺点：一方面由于阻抗匹配等问题，现有的技术方法并不能真实地反映现场电力线的应用环境；另一方面信号发生器和功率放大器的体积较大、价格高、易损坏，而且需要为其提供电源，应用比较繁琐；此外，信号发生器只能定点发送固定频率的信号，不能满足现场环境扫频方式的要求。
专利CN105703853A公开了一种用于变电站现场的宽频段无线信道衰减测试系统，然而该发明仍需要采用电源模块供电，结构复杂，且天线适用频率范围在200MHz-3GHz之间，需要配合上位机软件来测试无线信道衰减。并不能真实的反映出电力线现场的测试环境，施工和后续维护的效率较低。
专利CN103001666A公开了一种低压电力线载波信道衰减特性测试系统及其控制方法，但该发明仍存在一些缺点，如仍需采用电池给信号模块等进行供电，安装及后期维护效率较低。该发明仅能实现单频点或扫频信号输出，不能得到多频点信号，应用范围受限。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于宽带电力线载波通信测试的信号源装置，从而解决现有技术中电力线信道的测试系统结构复杂，需要电池供电，而且不能真实反映电力线现场的测试环境，及施工和后续维护的效率较低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于宽带电力线载波通信测试的信号源装置，该信号源装置被直接安装在电能表上，从而利用电能表的电力线载波模块电路进行测试分析，该信号源装置包括：波形存储器，其被配置为用来储存电力线应用环境中的多种噪声和/或干扰的输入信号的波形文件；处理器模块，其包括处理器，该处理器能够配置输入信号的频率；FPGA信号处理模块，其通过SPI总线分别与处理器和波形存储器通信连接，FPGA信号处理模块包括信号处理子模块和两个或更多个中频调制子模块，信号处理子模块与两个或更多个中频调制子模块通过并行总线连接，其中，信号处理子模块用于处理输入信号，以获得第一信号，第一信号通过两个或更多个中频调制子模块的中频调制，以获得两个或更多个第二信号，两个或更多个第二信号通过加法电路实现多路信号合成，以获得第三信号；以及驱动放大电路模块，其用于放大第三信号，并以中频载波信号的形式输出到信号源装置的输出端口。
优选地，上述技术方案中，信号源装置还包括耦合电路，该耦合电路将中频载波信号直接耦合到电力线，从而在电力线上接收高频载波信号。
优选地，上述技术方案中，波形存储器与外接的采集器相连接，采集器用于采集电力线应用环境中的多种噪声和/或干扰的信号源，该信号源经过软件处理以得到输入信号的波形文件。
优选地，上述技术方案中，驱动放大电路模块包括放大器和外围电路。
优选地，上述技术方案中，耦合电路包括变压器和高频电容。
优选地，上述技术方案中，处理器模块还包括拨码开关，用于FPGA信号处理模块的模式设置。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的信号源装置是基于电能表载波模块的基础上设计的，使用时可以直接安装在电能表载波模块的位置上，可以真实准确地反映出低压电力线载波通信现场的测试环境，不存在阻抗匹配的问题，可靠性高；
2、本发明采用多路信号合成技术，可以产生电力线的多种噪声和/或干扰的合成信号源，并且可以产生单频点、多频点和扫频信号的输出，可以满足各种测试的需求；
3、本发明的信号源装置不需要单独外接电源，结构简单，安全方便，体积小，便于携带。
附图说明
图1是根据本发明的基于宽带电力线载波通信测试的信号源装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，为根据本发明具体实施方式的基于宽带电力线载波通信测试的信号源装置的结构框图。
本发明的信号源装置被直接安装在电能表上，测试时直接替换电能表载波模块，从而利用电能表现有的电力线载波模块电路进行测试分析，且不需要单独外接电源。该信号源装置包括：波形存储器、处理器模块、FPGA信号处理模块、驱动放大电路模块以及耦合电路。
其中，波形存储器被配置为用来储存电力线应用环境中的多种噪声和/或干扰的输入信号的波形文件，波形存储器与外接的采集器相连接，采集器用于采集电力线应用环境中的多种噪声和/或干扰的信号源，该信号源经过软件处理以得到输入信号的波形文件。波形存储模块可以采用FLASH芯片，3.3V供电，容量为8M。
处理器模块作为主控制模块，通过参数设定来用来控制FPGA信号处理模块输出所需要的信号。从而控制FPGA信号处理模块将采集到的电力线的应用环境的多种噪声和/或干扰信号进行处理，从而能够真实的反映出低压电力线载波通信环境。处理器模块包括处理器，该处理器能够设置通信的参数，修改所述输入信号的发射功率，并能够配置输入信号的频率，处理器模块还包括拨码开关，用于FPGA信号处理模块的输出信号的模式设置。该模式包括定频模式、扫频模式和样本回放模式。处理器模块还包括外接的USB接口，用于调试。
FPGA信号处理模块，其通过SPI总线分别与处理器和波形存储器通信连接，FPGA信号处理模块包括信号处理子模块和两个或更多个中频调制子模块，信号处理子模块与两个或更多个中频调制子模块通过并行总线连接，其中，信号处理子模块用于处理输入信号，以获得第一信号，第一信号通过两个或更多个中频调制子模块的中频调制，以获得两个或更多个第二信号，两个或更多个第二信号通过加法电路实现多路信号合成，以获得第三信号。FPGA信号处理模块可以采用XILINX公司的器件，其具有50M时钟输入，内核电压为1.2V。
驱动放大电路模块其用于放大第三信号，并以中频载波信号的形式输出到信号源装置的输出端口。驱动放大电路模块包括放大器和外围电路。
耦合电路将中频载波信号直接耦合到电力线，从而在电力线上接收高频载波信号。
本发明的信号源装置的工作流程为：
首先通过处理器模块进行参数设定，并通过拨码开关设定FPGA信号处理模块的输出信号的模式，如样本回放模式。波形存储器通过外接的采集器来采集电力线应用环境中的多种噪声和/或干扰的信号源，并将该信号源经过软件处理以得到输入信号的波形文件，将输入信号的波形文件存储在波形存储器中。处理器模块的处理器能够配置输入信号的频率。FPGA信号处理模块通过SPI总线分别与处理器和波形存储器通信连接，FPGA信号处理模块包括信号处理子模块和两个或更多个中频调制子模块，信号处理子模块与两个或更多个中频调制子模块通过并行总线连接。其中，信号处理子模块用于处理输入信号，以获得第一信号，第一信号通过两个或更多个中频调制子模块的中频调制，以获得两个或更多个第二信号，两个或更多个第二信号通过加法电路实现多路信号合成，以获得第三信号。然后再经过驱动放大电路模块放大第三信号，并以中频载波信号的形式输出到信号源装置的输出端口。该中频载波信号为多频点信号。由输出端口输出的中频载波信号最后通过耦合电路直接耦合到电力线，从而在电力线上接收高频载波信号，并能够真实准确地反映出低压电力线载波通信现场的测试环境。
处理器模块还可以通过拨码开关设定FPGA信号处理模块的输出信号的模式为定频模式或扫频模式，从而由输出端口输出单频点信号或扫频信号。
本发明的信号源装置可以直接安装在电能表载波模块的位置上，不需要单独外接电源，结构简单，安全方便，体积小，便于携带，并能够真实准确地反映出低压电力线载波通信现场的测试环境，不存在阻抗匹配的问题，可靠性高；同时本发明采用多路信号合成技术，可以产生电力线的多种噪声和/或干扰的合成信号源，并且可以产生单频点、多频点和扫频信号的输出，可以满足各种测试的需求。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (4)
1.一种基于宽带电力线载波通信测试的信号源装置，其特征在于，该信号源装置被直接安装在电能表上，从而利用所述电能表的电力线载波模块电路进行测试分析，所述信号源装置包括：
波形存储器，其被配置为用来储存电力线应用环境中的多种噪声和/或干扰的输入信号的波形文件；
处理器模块，其包括处理器，该处理器能够配置所述输入信号的频率；
FPGA信号处理模块，其通过SPI总线分别与所述处理器和所述波形存储器通信连接，所述FPGA信号处理模块包括信号处理子模块和两个或更多个中频调制子模块，所述信号处理子模块与所述两个或更多个中频调制子模块通过并行总线连接，其中，所述信号处理子模块用于处理所述输入信号，以获得第一信号，所述第一信号通过所述两个或更多个中频调制子模块的中频调制，以获得两个或更多个第二信号，所述两个或更多个第二信号通过加法电路实现多路信号合成，以获得第三信号；以及
驱动放大电路模块，其用于放大所述第三信号，并以中频载波信号的形式输出到所述信号源装置的输出端口；
其中，所述信号源装置还包括耦合电路，该耦合电路将所述中频载波信号直接耦合到电力线，从而在所述电力线上接收高频载波信号；
其中，所述处理器模块还包括拨码开关，用于所述FPGA信号处理模块的模式设置。
2.根据权利要求1所述的信号源装置，其特征在于，所述波形存储器与外接的采集器相连接，所述采集器用于采集电力线应用环境中的多种噪声和/或干扰的信号源，所述信号源经过软件处理以得到所述输入信号的波形文件。
3.根据权利要求1所述的信号源装置，其特征在于，所述驱动放大电路模块包括放大器和外围电路。
4.根据权利要求1所述的信号源装置，其特征在于，所述耦合电路包括变压器和高频电容。
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