CN112532560B - 在铜线传输中自适应调制qam调制方式的系统及应用方法 - Google Patents

在铜线传输中自适应调制qam调制方式的系统及应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在铜线传输中自适应调制QAM调制方式的系统及应用方法,包括:在建链的QAM铜线传输设备两端,通过继电器连接有对QAM调制方式进行自适应调整的配置装置;其中,所述配置装置与QAM铜线传输设备之间通过串口进行连接。本发明提供一种在铜线传输中自适应调制QAM调制方式的系统及应用方法,其在现有的QAM铜线传输设备两端分别挂接一个配置装置,用于解决不同铜线传输信道条件下确定最佳QAM调制方式的装置,实现当前铜线信道条件下的QAM双绞铜线传输系统的最大传输带宽。

Description

在铜线传输中自适应调制QAM调制方式的系统及应用方法
技术领域
本发明涉及一种通信辅助设备。更具体地说,本发明涉及一种用在在QAM铜线传输系统中,能够根据铜线信道条件自适应调制QAM调制方式的系统及应用方法。
背景技术
铜线传输系统具有实时性、保密性、抗毁性和机动性等特点,适宜于野战恶劣环境应用,而且价格便宜,能较好的满足野外通信系统的要求,为野外通信的一种重要手段。随着信息化通信对铜线承载的速率要求越来越高,QAM作为一种高效的调制技术,将相位和幅度结合的方式对载波进行幅度和相位的调制,具有很高的频谱利用率,能够满足高带宽的传输能力要求。
由于野外环境下铜线传输信道是不断变化的,现有QAM传输系统均采用固定星座大小的QAM调制方式,即为QAM16、QAM64或QAM256等,不能很好地满足不同信道条件下的最大传输带宽需求。而需要更改调制方式往往是需要手动进行调整,因此如何解决QAM铜线传输系统中不同信道条件自适应采用不同星座大小的QAM调制方式,以实现最大化传输带宽成为了一个非常关键的技术难题。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷,并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,提供了一种在铜线传输中自适应调制QAM调制方式的系统,包括:
在建链的QAM铜线传输设备两端,通过继电器连接有对QAM调制方式进行自适应调整的配置装置;
其中,所述配置装置与QAM铜线传输设备之间通过串口进行连接。
优选的是,各配置装置均被配置为包括:
用于完成铜线信道质量识别以确定采用QAM调制方式的FPGA;
与双绞铜线连接的滤波和线路耦合单元;
在FPGA与滤波和线路耦合单元之间的接收信道、发送信道上实现信号转换的ADC、DAC;
与FPGA通信连接的晶振以及FLASH。
优选的是,所述滤波和线路耦合单元被配置为包括:
与双绞铜线相连接的信号变压器;
对收发的信号进行阻抗匹配的混合电路;
设置在DAC与混合电路之间的DRIVER增益电路;
设置在ADC与混合电路之间放大器OPA、自动增益控制器AGC;
其中,所述FPGA通过SPI串口与AGC连接。
一种在铜线传输中自适应调制QAM调制方式系统的应用方法,位于用户端的配置装置接收局端发送的检测信号;
位于用户端的配置装置以经过信号处理后,通过FPGA判定双绞铜线的信道质量,以根据判断结果对局端与用户端之间的QAM铜线传输设备上的QAM调制方式进行确认。
优选的是,位于局端配置装置中的FPGA的产生随机二进制数序列;
采用4阶差分象限编码将数据映射为2路信号分别进行8倍采样;
通过脉冲成形滤波将两路采样的数字信号转换为基带波形信号;
通过载波频率为2MHz数字上变频将基带波形信号转换成对应的载波信号;
位于局端的DAC将FPGA发送的载波信号进行数模转换,再通过对应的DRIVER进行信号增益;
位于局端的信号变压器将收到的增益信号进行电压变换、阻抗变换、电气隔离,以通过双绞铜线实现信号的传输。
优选的是,位于用户端的配置装置将收到的信号进行数模转换后,通过模拟增益、信道质量判定对用户端与局端的QAM调制方式进行选择。
优选的是,所述模拟增益被配置为包括:
对ADC的输出信号μ的幅值进行检测,以根据μ的参考电平计算增益值;
对每128个增益值进行统计平均,以根据统计平均值调整AGC的自动增益控制参数,从而调整AGC输出信号放大倍数;
当统计平均值小于0.0001时,增益调整完成。
优选的是,所述信道质量判定被配置为包括:
数据下变频:在增益调整完成后,采用数字下变频将ADC输出的载波波形信号μ转换为对应的两组基带波形信号;
匹配滤波,将各组基带波形信号通过匹配滤波转换为对应的两组数字信号;
幅值统计:采用幅值计算公式对两组数字信号进行幅值计算,对每2048个幅值进行平均,再计算幅值平均值与参考电平的幅值差,统计0.5s内的幅值差均值。
优选的是,所述调制方式判定被配置为包括:
基于0.5s内的幅值差均值确定信道质量,信道质量好则选择QAM256,否则选择QAM64或QAM16调制方式中的其中一种;
通过串口将确认的调制方式输出给用户端的QAM铜线传输设备。
本发明至少包括以下有益效果:其一,本发明在现有的QAM铜线传输设备两端分别挂接一个配置装置,用于解决不同铜线传输信道条件下确定最佳QAM调制方式的装置,实现当前铜线信道条件下的QAM双绞铜线传输系统的最大传输带宽。
其二,本发明的配置装置通过继电器接入或脱离传输线路,不影响铜线传输设备传输性能,不影响外线安全性能。
其三,本发明的配置装置,收信号判断双绞铜线信道质量,并根据信道质量确认QAM铜线传输设备在该双绞铜线信道条件下的QAM调制方式,进而确定匹配最适应的调制方式,用于提升铜线传输中信道资源利用,进而获得更高的传输带宽。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中系统的应用原理框图;
图2为本发明的另一个实施例中配置装置的硬件组成框图;
图3为本发明的另一个实施例中局端FPGA数据处理模块设计及流程图;
图4为本发明的另一个实施例中用户端FPGA数据处理模块设计及流程图;
图5为本发明的另一个实施例中系统的配置流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
图1示出了根据本发明的一种在铜线传输中自适应调制QAM调制方式的系统的实现形式,其中包括:
在建链的QAM铜线传输设备1两端,通过继电器连接有对QAM调制方式进行自适应调整的配置装置2;
其中,所述配置装置与QAM铜线传输设备之间通过串口进行连接,在这种结构中,通过铜线传输设备中,QAM调制方式配置装置解决不同铜线传输信道条件下确定最佳QAM调制方式的装置,实现当前铜线信道条件下的QAM双绞铜线传输系统的最大传输带宽,同时通过QAM调制方式配置装置可通过继电器接入或脱离传输线路,不影响铜线传输设备传输性能,不影响外线安全性能。
如图2,在另一种实例中,各配置装置均被配置为包括:
用于完成铜线信道质量识别以确定采用QAM调制方式的FPGA 3,在这种结构中,通过FPGA完成铜线信道质量识别,确定采用的QAM调制方式;完成FPGA串行数据与DAC接口数据转换;完成ADC接口数据与FPGA串行数据转换;通过管理串口向QAM铜线传输设备上报确定的QAM调制方式;
与双绞铜线连接的滤波和线路耦合单元4;
在FPGA与滤波和线路耦合单元之间的接收信道、发送信道上实现信号转换的ADC5、DAC 6,在这种结构中,DAC为数模转换器,完成数字信号到模拟信号的转换,将FPGA数字信号转换为模拟信号通过铜线传递到远端设备,ADC为模数转换器,完成模拟信号到数字信号的转换,即将从铜线上接收到的模拟信号转换为数字信号;
与FPGA通信连接的晶振7以及FLASH 8,在这种结构中,通过晶振为FPGA工作提供系统时钟,通过FLASH为FPGA存储程序代码;
还包括对各部件进行供电的电源模块9,其用于为FPGA提供3.3V、1.8V、1.2V和1.0V工作电源,为DAC、ADC、驱动芯片等提供5V工作电源。
如图2,在另一种实例中,所述滤波和线路耦合单元被配置为包括:
与双绞铜线相连接的信号变压器10,其用于完成电压变换、阻抗变换和电气隔离,实现装置内信号与双绞铜线信号的耦合;
对收发信号进行阻抗匹配的混合电路11,其用于完成收发信号的阻抗匹配和干扰滤波;
设置在DAC与混合电路之间的DRIVER增益电路12,在这种结构中,DRIVER用于完成DAC输出模拟信号的信号增益,以满足双绞铜线传输要求;
设置在ADC与混合电路之间放大器OPA 13、自动增益控制器AGC 14,在这种结构中,OPA的功能用于接收信号的阻抗匹配,AGC功能根据FPGA的SPI信号控制接收信号的放大倍数,使得接收信号变化大时输出幅度仍旧落在ADC器件的上下参考电位之间;
其中,所述FPGA通过SPI串口与AGC连接,在这种结构中,通过管理串口配置QAM调制方式配置装置为局端模式和用户端模式,整个装置功能实现的核心为FPGA。
一种在铜线传输中自适应调制QAM调制方式系统的应用方法,位于用户端的配置装置接收局端发送的检测信号;
位于用户端的配置装置以经过信号处理后,通过FPGA判定双绞铜线的信道质量,以根据判断结果对局端与用户端之间的QAM铜线传输设备上的QAM调制方式进行确认,在这种方案中,其工作过程包括局端配置装置产生并发送测试信道质量的信号,用户端配置装置通过检测接收信号,通过接收信号判断双绞铜线信道质量,并根据信道质量确认QAM铜线传输设备在该双绞铜线信道条件下的QAM调制方式,信道质量好采用QAM256调制方式,信道质量差采用QAM64或QAM16调制方式。
在另一种实例中,局端装置FPGA产生随机二进制数和数字信号处理后,经数模转换、线路驱动、信号变压器等后向双绞铜线发送信号,其FPGA数据处理模块设计及流程如图3,其工作流程包括:
位于局端配置装置中的FPGA的产生随机二进制数序列;
星座编码:采用4阶差分象限编码将数据映射为2路信号分别进行8倍采样;
脉冲成型滤波:通过脉冲成形滤波将两路采样的数字信号转换为基带波形信号,其脉冲成型滤波配置为采用均方根升余弦滤波器,其响应函数为:
Figure BDA0002811404330000061
其中α=2,
Figure BDA0002811404330000062
用于数字上变频的载波频率为2MHz,用于将基带波形信号转换为中心频率为2MHz的载波信号;
位于局端的DAC将FPGA发送的载波信号进行数模转换,再通过对应的DRIVER进行信号增益;
位于局端的信号变压器将收到的增益信号进行电压变换、阻抗变换、电气隔离,以通过双绞铜线实现信号的传输。
在另一种实例中,用户端配置装置检测接收信号,通过功率放大、自动增益控制、模数变换和FPGA数字信号处理后判定双绞铜线信道质量,FPGA数据处理模块设计及流程如图4-5的所示,位于用户端的配置装置将收到的信号进行数模转换后,通过模拟增益、信道质量判定对用户端与局端的QAM调制方式进行选择,在这种方案中,接收时FPGA时序的:模拟增益→信道质量判定→调制方式判定→管理串口输出(给铜线传输设备)。
在另一种实例中,所述模拟增益被配置为包括:
对ADC的输出信号μ的幅值进行检测,即μ的绝对值,以根据μ的参考电平计算增益值;
对每128个增益值进行统计平均,根据统计平均值通过SPI接口调整AGC自动增益控制参数,从而调整AGC输出信号放大倍数;
当统计平均值小于0.0001时,增益调整完成,在这种方案中通过对信号进行增益以满足信号检测的需要。
在另一种实例中,所述信道质量判定被配置为包括:
数据下变频:在增益调整完成后载波频率为2MHz,采用数字下变频将ADC输出的载波波形信号μ转换为对应的两组基带波形信号;
匹配滤波,将各组基带波形信号通过匹配滤波转换为对应的两组数字信号;
幅值统计:采用幅值计算公式对两组数字信号进行幅值计算,其计算公式为:
Figure BDA0002811404330000071
对每2048个幅值进行平均,再计算幅值平均值与参考电平的幅值差,统计0.5s内的幅值差均值,在这种方案中,通过信道质量判断以为后期的调制方式选择提供依据,以此根据需要对铜线设备之间的调制方式进行选择,以保证传输系统中的最大传输带宽。
在另一种实例中,所述调制方式判定被配置为包括:
基于0.5s内的幅值差均值确定信道质量,信道质量好则选择QAM256,否则选择QAM64或QAM16调制方式中的其中一种;
通过串口将确认的调制方式输出给用户端的QAM铜线传输设备,在这种方案中,调制方式判定是通过0.5s内的幅值差均值确定其采用的调制方式为QAM256、QAM64或QAM16等。
以上方案只是一种较佳实例的说明,但并不局限于此。在实施本发明时,可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种在铜线传输中自适应调制QAM调制方式的系统,其特征在于,包括:
在建链的QAM铜线传输设备两端,通过继电器连接有对QAM调制方式进行自适应调整的配置装置;
其中,所述配置装置与QAM铜线传输设备之间通过串口进行连接;
各配置装置均被配置为包括:
用于完成铜线信道质量识别以确定采用QAM调制方式的FPGA;
与双绞铜线连接的滤波和线路耦合单元;
在FPGA与滤波和线路耦合单元之间的接收信道、发送信道上实现信号转换的ADC、DAC;
与FPGA通信连接的晶振以及FLASH;
所述滤波和线路耦合单元被配置为包括:
与双绞铜线相连接的信号变压器;
对收发的信号进行阻抗匹配的混合电路;
设置在DAC与混合电路之间的DRIVER增益电路;
设置在ADC与混合电路之间放大器OPA、自动增益控制器AGC;
其中,所述FPGA通过SPI串口与AGC连接;
所述系统的应用方法包括:位于用户端的配置装置接收局端发送的检测信号;
位于用户端的配置装置以经过信号处理后,通过FPGA判定双绞铜线的信道质量,以根据判断结果对局端与用户端之间的QAM铜线传输设备上的QAM调制方式进行确认;
位于局端配置装置中的FPGA的产生随机二进制数序列;
采用4阶差分象限编码将数据映射为2路信号分别进行8倍采样;
通过脉冲成形滤波将两路采样的数字信号转换为基带波形信号,所述脉冲成型滤波配置为采用均方根升余弦滤波器,其响应函数为:
Figure FDA0003873525180000021
其中α=2,
Figure FDA0003873525180000022
通过载波频率为2MHz数字上变频将基带波形信号转换成对应的载波信号;
位于局端的DAC将FPGA发送的载波信号进行数模转换,再通过对应的DRIVER进行信号增益;
位于局端的信号变压器将收到的增益信号进行电压变换、阻抗变换、电气隔离,以通过双绞铜线实现信号的传输;
位于用户端的配置装置将收到的信号进行数模转换后,通过模拟增益、信道质量判定对用户端与局端的QAM调制方式进行选择。
2.如权利要求1所述的在铜线传输中自适应调制QAM调制方式的系统,其特征在于,所述模拟增益被配置为包括:
对ADC的输出信号μ的幅值进行检测,以根据μ的参考电平计算增益值;
对每128个增益值进行统计平均,以根据统计平均值调整AGC的自动增益控制参数,从而调整AGC输出信号放大倍数;
当统计平均值小于0.0001时,增益调整完成。
3.如权利要求2所述的在铜线传输中自适应调制QAM调制方式的系统,其特征在于,所述信道质量判定被配置为包括:
数据下变频:在增益调整完成后,采用数字下变频将ADC输出的载波波形信号μ转换为对应的两组基带波形信号;
匹配滤波,将各组基带波形信号通过匹配滤波转换为对应的两组数字信号;
幅值统计:采用幅值计算公式对两组数字信号进行幅值计算,对每2048个幅值进行平均,再计算幅值平均值与参考电平的幅值差,统计0.5s内的幅值差均值。
4.如权利要求3所述的在铜线传输中自适应调制QAM调制方式的系统,其特征在于,所述调制方式判定被配置为包括:
基于0.5s内的幅值差均值确定信道质量,信道质量好则选择QAM256,否则选择QAM64或QAM16调制方式中的其中一种;
通过串口将确认的调制方式输出给用户端的QAM铜线传输设备。
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