CN111585675B - 一种电力通信信道模拟装置及其工作方法 - Google Patents

一种电力通信信道模拟装置及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电力通信信道模拟装置及其工作方法,所述装置包括FPGA处理器、信号的收发接口模块、缓存模块和数模转换模块;所述FPGA处理器负责接收上位机控制信号,确定仿真的要求,生成相应随机数和延时控制信号、及频偏信号,并控制整个系统的工作流程;所述信号的收发模块由于接收原始信号和发送加入信道变化后的信号;所述移位寄存器用于存储产生的随机数,并每进行一位的异或操作,就读入一位,使得随机数的使用不重复;所述数模转换模块将频偏信号转换成频偏电压,并加载在压电晶体晶振上;其能够实现对电力系统中E1信道的仿真,模拟各种信道的干扰,导致传输信号产生各种问题,如误码、延时、频偏等效果。

Description

一种电力通信信道模拟装置及其工作方法
技术领域
本发明属于电力系统设备检测技术领域,尤其涉及一种电力通信信道模拟装置及其工作方法。
背景技术
随着泛在电力物联网的提出,未来网络层将支持更多的电网采集和控制设备接入。网络层的光缆随投运时间增长,传输性能会出现劣化,导致通信误码率逐渐提升。网络中针对关键业务会部署多条路由通道,在通道切换时可能导致通信时延变化。关键业务往往通过时分复用在SDH系统中,当通信设备节点或者链路发生失效,多条业务共享风险,会同时失效。为了评估继电保护、安稳控制、调度自动化等电力二次业务设备的工作状态,需要模拟真实现网的信道特征,对入网的电力二次设备进行测试,对组网的二次业务系统进行逻辑联调和风险评估。
发明内容
本发明提供一种电力通信信道模拟装置及其工作方法,用于模拟泛在电力物联网信道的状态。
本发明的电力通信信道模拟装置,包括FPGA处理器、信号的收发接口模块、缓存模块和数模转换模块;所述FPGA处理器负责接收上位机控制信号,确定仿真的要求,生成相应随机数和延时控制信号、及频偏信号,并控制整个系统的工作流程;所述信号的收发模块由于接收原始信号和发送加入信道变化后的信号;所述移位寄存器用于存储产生的随机数,并每进行一位的异或操作,就读入一位,使得随机数的使用不重复;所述数模转换模块将频偏信号转换成频偏电压,并加载在压电晶体晶振上。
还可以优选的,所述收发接口模块包括E1接收模块,所述E1接收模块的每个E1接口接收数据流,经过缓冲区存储后,再根据接收端口所在信道,由信道出口转发。
本发明的电力通信信道模拟装置的工作方法,包括以下步骤,
第一步,信道误码配置:利用FPGA生成随机的01序列,其中1数量占总的数据量的比例即为误码率;并将此序列与接收到的二进制信号进行异或操作;当生成的二进制为0时,不改变接收到的二进制值,当生成的二进制为1时,接收到的二进制值发生变化,产生误码;
第二步,信道延时、时延抖动、通断配置:接收到信号后,将数据放入缓存中,缓存采用先进先出(FIFO)的方式管理数据;由FPGA程序确定在每个信号读取和送入输出口时,插入延时程序(具体时长,由系统需求确定(0-∞))仿真信道时延,或由FPGA程序生成随机数,按照随机数(按ms为单位)确定插入不同时长延时程序,仿真信道时延抖动情况;
第三步,频偏配置:E1信号发送模块采用压电晶体晶振,根据处理产生的频偏信号,通过数/模转换模块,改变晶振频率从而实现信号频偏的仿真。
在以上方案中优选的是,第二步中,通过FPGA来控制E1接收模块;从电力设备上接收通信信号,模拟仿真泛在电力物联网环境下的信道状态变化。
还可以优选的是,第二步中,通过发送模块,将信号传输到下一个设备。
还可以优选的是,第二步中,仿真包括误码、频偏、时延、通断。
还可以优选的是,第二步中,通过上位机对信道仿真器加载相应的拓扑、时延、误码等模型,实现电力设备和信道模拟器的实时闭环联动仿真。
还可以优选的是,第二步中,每个E1接口接收数据流,经过缓冲区存储后,再根据接收端口所在信道,由信道出口转发。
还可以优选的是,第三步中,端口转发延迟范围为[1us,10ms],信道延时[10us,10ms],延时抖动[10us,10ms],信道通断{0,1},信道频偏范围2.048±5%Mbps,步长为1kHz,信道误码率[0,5%]。
本发明的有益效果:
本发明的电力通信信道模拟装置及其工作方法,其电力通信信道模拟装置作为一种利用嵌入式硬件实现对E1信道仿真的装置,通过信号仿真装置,控制E1接收模块,从电力设备上接收通信信号,模拟仿真泛在电力物联网环境下的信道状态变化,然后通过发送模块,将信号传输到下一个设备;仿真的包括误码、频偏、时延、通断;能够实现电力系统中E1实时闭环仿真,通过对信道仿真器加载相应的拓扑、时延、误码等模型。其工作方法通过信道误码配置,信道延时、时延抖动、通断配置和频偏配置,根据处理产生的频偏信号,通过数/模转换模块,改变晶振频率从而实现信号频偏的仿真,能够模拟各种信道的干扰,导致传输信号产生各种问题,如误码、延时、频偏等效果;其适用于模拟泛在电力物联网信道的状态。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明的电力通信信道模拟装置的结构图。
图2为本发明的电力通信信道模拟装置的系统模块图。
图3为本发明的电力通信信道模拟装置和工作方法的工作流程图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明,旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明,本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1
一种电力通信信道模拟装置,参见图1和图2,包括FPGA(Field ProgrammableGate Array)处理器、信号的收发接口模块、缓存模块和数模转换模块;所述FPGA处理器负责接收上位机控制信号,确定仿真的要求,生成相应随机数和延时控制信号、及频偏信号,并控制整个系统的工作流程;所述信号的收发模块由于接收原始信号和发送加入信道变化后的信号;所述移位寄存器用于存储产生的随机数,并每进行一位的异或操作,就读入一位,使得随机数的使用不重复;所述数模转换模块将频偏信号转换成频偏电压,并加载在压电晶体晶振上。
本实施例的电力通信信道模拟装置,作为一种利用嵌入式硬件实现对E1信道仿真的装置,系统开始工作时,首先根据上位机输入信号要求(来自键盘或电脑),判断是否有通断的要求,如有则系统等待新的要求输入,否则进入下一步。接收信号并存在缓存中。根据输入的要求确定是否需要插入噪声或延时。如需插入噪声则根据误码率要求生成相应的随机数序列,将接收到的原始信号和随机信号进行异或操作。如果没有延时要求,则加入噪声的信号直接输出,如有延时要求,则在进行完异或操作后插入一个延时程序后输出。如果有时延抖动的要求,则生成随机序列,并根据随机序列生成时延序列,对每一个输出信号加上随机的时延。同时,判断是否有频偏的要求,如有则生成频偏电压,改变输出模块的频率。
还可以进一步的,所述收发接口模块包括E1接收模块,所述E1接收模块的每个E1接口接收数据流,经过缓冲区存储后,再根据接收端口所在信道,由信道出口转发。
实施例2
实施例1所述的电力通信信道模拟装置的工作方法,利用该电力通信信道模拟装置,对原始信号进行处理产生误码、延时、频偏等方法,包括以下步骤,
第一步,信道误码配置:利用FPGA生成随机的01序列,其中1数量占总的数据量的比例即为误码率;并将此序列与接收到的二进制信号进行异或操作;其真值表如表一,当生成的二进制为0时,不改变接收到的二进制值,当生成的二进制为1时,接收到的二进制值发生变化,产生误码;
表一
生成的二进制 接收到的二进制 仿真的二进制
<u>1</u> <u>0</u> <u>0</u> <u>0</u>
<u>2</u> <u>0</u> <u>1</u> <u>1</u>
<u>3</u> <u>1</u> <u>0</u> <u>1</u>
<u>4</u> <u>1</u> <u>1</u> <u>0</u>
第二步,信道延时、时延抖动、通断配置:接收到信号后,将数据放入缓存中,缓存采用先进先出(FIFO)的方式管理数据;由FPGA程序确定在每个信号读取和送入输出口时,插入延时程序(具体时长,由系统需求确定(0-∞))仿真信道时延,或由FPGA程序生成随机数,按照随机数(按ms为单位)确定插入不同时长延时程序,仿真信道时延抖动情况;
第三步,频偏配置:E1信号发送模块采用压电晶体晶振,根据处理产生的频偏信号,通过数/模转换模块,改变晶振频率从而实现信号频偏的仿真。
在以上方案中优选的是,第二步中,通过FPGA来控制E1接收模块;从电力设备上接收通信信号,模拟仿真泛在电力物联网环境下的信道状态变化。
还可以优选的是,第二步中,通过发送模块,将信号传输到下一个设备。
还可以优选的是,第二步中,仿真包括误码、频偏、时延、通断。
还可以优选的是,第二步中,通过上位机对信道仿真器加载相应的拓扑、时延、误码等模型,实现电力设备和信道模拟器的实时闭环联动仿真。
还可以优选的是,第二步中,每个E1接口接收数据流,经过缓冲区存储后,再根据接收端口所在信道,由信道出口转发。
还可以优选的是,第三步中,端口转发延迟范围为[1us,10ms],信道延时[10us,10ms],延时抖动[10us,10ms],信道通断{0,1},信道频偏范围2.048±5%Mbps,步长为1kHz,信道误码率[0,5%]。
实施例3
实施例1所述的电力通信信道模拟装置的工作方法,其电力物联网仿真器电路板及整机结构,实现E1实时闭环仿真,包括:信号仿真装置和上位机服务系统;
通过信号仿真装置,控制E1接收模块,从电力设备上接收通信信号,模拟仿真泛在电力物联网环境下的信道状态变化,然后通过发送模块,将信号传输到下一个设备。仿真的包括误码、频偏、时延、通断。实现E1实时闭环仿真,通过对信道仿真器加载相应的拓扑、时延、误码等模型,实现电力设备和信道模拟器的联动仿真。
每个E1接口接收的数据流,经过缓冲区存储后,再根据接收端口所在的信道,由信道的对应出口转发出去,端口转发延迟范围为[1us,10ms];
通过命令配置信道信道延时:10us—10ms;信道抖动:[10us,10ms]范围内的可变延时,随机变化;
通过命令配置信道信道中断:(0,∞)的信道传输中断;
通过命令配置信道信道频偏:2.048±5%Mbps,步长为1kHz,随机偏移;
通过命令配置信道信道误码率:[0,5%]可配置的误码率,随机误码;
上位机软件服务模块,用于根据接发送命令产生系列干扰信号,经过仿真器看到是否有一关联的结果。
具体的实施例,如图1所示,是本发明实施例提供的电力通信信道模拟装置,主要包括:信号输入,电力物联网信号仿真装置及上位机命令系统,输出信号显示。
所述电力物联网仿真器对输入信号为进行加工,包含符合标准要求的电网信号要求几种网络接口都可以信号处理,加工后分析输出结果。
电力通信业务信号主要是E1信号,该仿真装置可以对E1信道干扰或加工,输出加工后的线路信号,再通过仿真器输出口观察信号的变化。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
由技术常识可知,本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此,上述公开的实施方案,就各方面而言,都只是举例说明,并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (4)

1.一种电力通信信道模拟装置的工作方法,其特征在于,包括以下步骤,
第一步,信道误码配置:利用FPGA生成随机的01序列,其中1数量占总的数据量的比例即为误码率;并将此序列与接收到的二进制信号进行异或操作;当生成的二进制为0时,不改变接收到的二进制值,当生成的二进制为1时,接收到的二进制值发生变化,产生误码;
第二步,信道延时、时延抖动、通断配置:接收到信号后,将数据放入缓存中,缓存采用先进先出的方式管理数据;由FPGA程序确定在每个信号读取和送入输出口时,插入延时程序仿真信道时延,或由FPGA程序生成随机数,按照随机数确定插入不同时长延时程序,仿真信道时延抖动情况;通过FPGA来控制E1接收模块;从电力设备上接收通信信号,模拟仿真泛在电力物联网环境下的信道状态变化;通过发送模块,将信号传输到下一个设备;仿真包括误码、频偏、时延、通断;通过上位机对信道仿真器加载相应的拓扑、时延、误码等模型,实现电力设备和信道模拟器的实时闭环联动仿真;
第三步,频偏配置:E1信号发送模块采用压电晶体晶振,根据处理产生的频偏信号,通过数/模转换模块,改变晶振频率从而实现信号频偏的仿真。
2.如权利要求1所述的电力通信信道模拟装置的工作方法,其特征在于,第二步中,每个E1接口接收数据流,经过缓冲区存储后,再根据接收端口所在信道,由信道出口转发。
3.如权利要求1所述的电力通信信道模拟装置的工作方法,其特征在于,第三步中,端口转发延迟范围为[1us,10ms],信道延时[10us,10ms],延时抖动[10us,10ms],信道通断{0,1},信道频偏范围2.048±5%Mbps,步长为1kHz,信道误码率[0,5%]。
4.一种电力通信信道模拟装置,其特征在于,基于权利要求1-3任一项所述的工作方法得到,包括FPGA处理器、信号的收发接口模块、缓存模块和数模转换模块;其特征在于,所述FPGA处理器负责接收上位机控制信号,确定仿真的要求,生成相应随机数和延时控制信号、及频偏信号,并控制整个系统的工作流程;所述信号的收发模块由于接收原始信号和发送加入信道变化后的信号;移位寄存器用于存储产生的随机数,并每进行一位的异或操作,就读入一位,使得随机数的使用不重复;所述数模转换模块将频偏信号转换成频偏电压,并加载在压电晶体晶振上;
所述收发接口模块包括E1接收模块,所述E1接收模块的每个E1接口接收数据流,经过缓冲区存储后,再根据接收端口所在信道,由信道出口转发。
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