CN113872641A - 一种基于fpga的电力线信道模拟平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的电力线信道模拟平台，涉及电力线通信技术领域。包括信道模拟部分和噪声模拟部分，所述信道模拟部分包括变压器、测控模块、上位机、FPGA模块和负载模块，测控模块与FPGA模块通过电线电性连接，FPGA模块与负载模块通过电线电性连接，测控模块与FPGA模块分别通过通讯线与所述上位机电性连接；噪声模拟部分包括噪声采集模块、噪声处理模块和信号发生器，噪声采集模块与噪声处理模块通过通讯线电性连接，噪声处理模块与信号发生器通过通讯线电性连接，信号发生器与FPGA模块通过电线电性连接。本发明能够使信道的模拟接近实际电线传输环境，同时能够对多个信号源的信号数据进行高精度的调制转换。

Description

一种基于FPGA的电力线信道模拟平台
技术领域
本发明涉及电力线通信技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的电力线信道模拟平台。
背景技术
电力线载波(Power Line Carrier，PLC)通信，是利用高频调制信号，电力线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。在电力线载波通讯中,电力线的信道环境影响着PLC的性能,因此,在对PLC各项性能指标进行测试时需要模拟电力线信道的实际环境。
目前，授权公告号为CN106374975B的中国专利公开了一种基于多端口的数字化电力线信道模拟设备及方法，该设备包括射频线，用于构成射频信号上下行传输的物理传输媒介；数字模拟信号转换模块，用于将电力线载波模块射频模拟信号进行数字化或对模拟平台输出的数字信号模拟化；电力线信道模拟平台，用于构建集中器与各电表间或不同电表间电力线信道与噪声的数字化模型；通信控制模块，用于实现电力线模拟平台与上位机通信与控制；上位机，用于实现电力线信道模拟平台中信道和噪声参数的配置以及信号数据的监控。
上述现有技术方案存在以下缺陷：装置用于实验室模拟电力线通信信道，模拟的信道和噪音局限性较大，信号源少，不能准确采集配电网的现场数据和真实再现实际电力线通信的环境。
发明内容
本发明目的在于，提供一种基于FPGA的电力线信道模拟平台，以解决现有电力线信道模拟设备的噪音源单一不够真实的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种基于FPGA的电力线信道模拟平台，包括：信道模拟模组和噪声模拟模组；
所述信道模拟模组包括变压器、测控模块、上位机、FPGA模块和负载模块；
所述变压器的一侧并入电网电线，另一侧与所述测控模块通过电线电性连接；
所述测控模块与所述FPGA模块通过电线电性连接，所述FPGA模块与所述负载模块通过电线电性连接，所述测控模块与所述FPGA模块分别通过通讯线与所述上位机电性连接，所述FPGA模块用于对多个信号源的信号数据进行高精度的调制转换；
所述噪声模拟模组包括噪声采集模块、噪声处理模块和信号发生器，所述噪声采集模块与所述噪声处理模块通过通讯线电性连接，所述噪声处理模块与所述信号发生器通过通讯线电性连接，所述信号发生器与所述FPGA模块通过电线电性连接。
优选地，所述FPGA模块设置有若干个I/O块、若干个D/A块和若干个A/D块，所述D/A块与所述I/O块通过通讯线电性连接，所述A/D块与所述I/O块通过通讯线电性连接，所述测控模块与所述A/D块通过电线电性连接，所述测控模块与所述D/A块通过电线电性连接。
优选地，所述A/D块采用并行的方式采集信号，所述D/A块采用并行的方式输出信号，所述A/D块和所述D/A块设置有扩展接口，扩展接口用于实现多块芯片级联。
优选地，所述噪声模拟模组设置有多个信号发生器，所述多个信号发生器均与所述上位机通过通讯线电性连接。
优选地，所述FPGA模块每个信号传输接口设置有两端口，所述两端口用于实现双向信道。
优选地，所述噪声采集模块包括噪声收集部分和噪声分离部分，所述噪声收集部分用于采集带有噪声的信号，所述噪声分离部分将噪声部分的信号隔离出。
优选地，所述负载模块设置有信号输出接口，所述信号输出接口用于连接电力线信道测试设备。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的基于FPGA的电力线信道模拟平台，包括：信道模拟模组和噪声模拟模组；所述信道模拟模组包括变压器、测控模块、上位机、FPGA模块和负载模块；所述变压器的一侧并入电网电线，另一侧与所述测控模块通过电线电性连接；所述测控模块与所述FPGA模块通过电线电性连接，所述FPGA模块与所述负载模块通过电线电性连接，所述测控模块与所述FPGA模块分别通过通讯线与所述上位机电性连接，所述FPGA模块用于对多个信号源的信号数据进行高精度的调制转换；所述噪声模拟模组包括噪声采集模块、噪声处理模块和信号发生器，所述噪声采集模块与所述噪声处理模块通过通讯线电性连接，所述噪声处理模块与所述信号发生器通过通讯线电性连接，所述信号发生器与所述FPGA模块通过电线电性连接。本发明能够使信道的模拟接近实际电线传输环境，同时能够对多个信号源的信号数据进行高精度的调制转换。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，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是本发明某一实施例提供的基于FPGA的电力线信道模拟平台的结构示意图；
图2是本发明某一实施例提供的基于FPGA的电力线信道模拟平台中噪声模拟模组的结构示意图；
图3是本发明某一实施例提供的基于FPGA的电力线信道模拟平台中FPGA模块的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1-3，本发明实施例提供的基于FPGA的电力线信道模拟平台，包括信道模拟模组1和噪声模拟模组2，信道模拟模组1的作用是模拟电力线信道的衰减程度，噪声模拟模组2的作用是模拟电力线信道的实际环境中的各项噪音。
信道模拟模组1包括变压器11、测控模块12、上位机13、FPGA模块14和负载模块15。变压器11用于将模拟平台与配电网隔离，便于加入测量装置，减少公共电网对模拟平台和测量装置的干扰影响，变压器11的一侧并入电网电线，变压器11的另一侧与测控模块12通过电线电性连接。所述变压器11用于使信道的模拟接近实际电线传输环境。测控模块12的作用主要有采集电力线信号、综合控制模拟平台、返回数据给上位机13等。测控模块12与FPGA模块14通过电线电性连接。
FPGA模块14是实现信道模拟和耦合噪音信号的主要组件，所述FPGA模块14用于对多个信号源的信号数据进行高精度的调制转换。FPGA模块14与负载模块15通过电线电性连接，FPGA模块14设置有多个I/O块141、多个D/A块142和多个A/D块143，D/A块142与I/O块141通过通讯线电性连接，A/D块143与I/O块141通过通讯线电性连接，测控模块12与A/D块143通过电线电性连接，测控模块12与D/A块142通过电线电性连接。A/D块143将测控模块12采集的电力线信号转换成数字信号，并通过通讯线传输至I/O块141最后送至测控模块12进行分析和处理，处理后的信号再由I/O块141传输至D/A块142进行数模转换。A/D块143采用并行的方式采集信号，D/A块142采用并行的方式输出信号，A/D块143和D/A块142均有14位的分辨率，且A/D块143和D/A块142设置有扩展接口，扩展接口用于实现多块芯片级联，这样设置能够提高模拟信道的准确度。FPGA模块14每个信号传输接口设置有两端口144，两端口144用于实现双向信道。测控模块12与FPGA模块14分别通过通讯线与上位机13电性连接，上位机用于控制和监测信道以及噪声的分配。负载模块15设置有信号输出接口151，信号输出接口151用于连接电力线信道测试设备。
通过所述FPGA模块设置有多个I/O块、多个D/A块和多个A/D块，所述A/D块采用并行的方式采集信号，所述D/A块采用并行的方式输出信号，所述A/D块和所述D/A块均有14位的分辨率，且所述A/D块和所述D/A块设置有扩展接口的设置，能够起到FPGA模块可以接入更多载波模块，实现多节点宽带低压电力线信道模拟的效果。
通过所述负载模块设置有信号输出接口，所述信号输出接口用于连接电力线信道测试设备的设置，能够起到模拟平台既可以作为单独模拟电力线信道的装置，也可以与电力线信道测试设备连接用于测试PLC各项性能指标的效果。
噪声模拟模组2包括噪声采集模块21、噪声处理模块22和信号发生器23，噪声采集模块21与噪声处理模块22通过通讯线电性连接，噪声采集模块21用于采集包含噪声信号的电力线传输信号，噪声采集模块21包括噪声收集单元211和噪声分离单元212，噪声收集单元211用于采集带有噪声的信号，噪声分离单元212将噪声部分的信号隔离出。噪声采集模块21并将分离出的噪声信号送至噪声处理模块22，噪声处理模块22对噪声信号处理使其便于信号发生器23模拟。噪声处理模块22与信号发生器23通过通讯线电性连接，信号发生器23接收来自噪声处理模块22处理后的纯噪音信号，并根据接收的噪音信号进行模拟生成，信号发生器23与FPGA模块14通过电线电性连接，信号发生器23将模拟的噪音信号送至FPGA模块14，FPGA模块14将噪声信号与模拟通道进行耦合。噪声模拟模组2设置有多个信号发生器23，多个信号发生器23用于模拟分布式电源接入设备运行的情况，从而实现多节点信道的模拟。多个信号发生器23均与上位机13通过通讯线电性连接，上位机13采集噪声配分的数据，并通过测控模块12进行调控。
通过噪声模拟部分设置有多个信号发生器，所述多个信号发生器均与所述上位机通过通讯线电性连接的设置，能够起到上位机控制监测信道和噪声的分配，使模拟的电力线信道更加接近实际配电网现场的效果。
具体实施过程：在使用本模拟平台时，变压器11将模拟平台与配电网隔离，测控模块12采集电力线信号，并将信号送至FPGA模块14，噪声采集模块21的噪声收集单元211采集电力线中带有噪声的信号，噪声分离单元212将噪声部分的信号分离出，分离出来的噪声信号被送至FPGA模块14，FPGA模块14将采集的电力线信号和噪声信号进行耦合模拟出电力线信道。当需要进行多节点信道的模拟时，上位机13通过测控模块12控制个信号发生器23向FPGA模块14的不同接口输入信号。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于FPGA的电力线信道模拟平台，其特征在于，包括：信道模拟模组和噪声模拟模组；
所述信道模拟模组包括变压器、测控模块、上位机、FPGA模块和负载模块；
所述变压器的一侧并入电网电线，另一侧与所述测控模块通过电线电性连接；
所述测控模块与所述FPGA模块通过电线电性连接，所述FPGA模块与所述负载模块通过电线电性连接，所述测控模块与所述FPGA模块分别通过通讯线与所述上位机电性连接，所述FPGA模块用于对多个信号源的信号数据进行高精度的调制转换；
所述噪声模拟模组包括噪声采集模块、噪声处理模块和信号发生器，所述噪声采集模块与所述噪声处理模块通过通讯线电性连接，所述噪声处理模块与所述信号发生器通过通讯线电性连接，所述信号发生器与所述FPGA模块通过电线电性连接。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的电力线信道模拟平台，其特征在于，所述FPGA模块设置有若干个I/O块、若干个D/A块和若干个A/D块，所述D/A块与所述I/O块通过通讯线电性连接，所述A/D块与所述I/O块通过通讯线电性连接，所述测控模块与所述A/D块通过电线电性连接，所述测控模块与所述D/A块通过电线电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的电力线信道模拟平台，其特征在于，所述A/D块采用并行的方式采集信号，所述D/A块采用并行的方式输出信号，所述A/D块和所述D/A块设置有扩展接口，扩展接口用于实现多块芯片级联。
4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的电力线信道模拟平台，其特征在于，所述噪声模拟模组设置有多个信号发生器，所述多个信号发生器均与所述上位机通过通讯线电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的电力线信道模拟平台，其特征在于，所述FPGA模块每个信号传输接口设置有两端口，所述两端口用于实现双向信道。
6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的电力线信道模拟平台，其特征在于，所述噪声采集模块包括噪声收集部分和噪声分离部分，所述噪声收集部分用于采集带有噪声的信号，所述噪声分离部分将噪声部分的信号隔离出。
7.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的电力线信道模拟平台，其特征在于，所述负载模块设置有信号输出接口，所述信号输出接口用于连接电力线信道测试设备。
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