CN206149279U - 低压电力线自适应ofdm模拟仿真分析装置 - Google Patents

Abstract

对于电力线载波通信的使用者来说，如何对不同设计方案或成品的性能进行比较是十分困难的事情。一种低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置，其组成为：壳体，壳体（3）表面具有切换测试单元的测试引出点，壳体内具有切换测试单元（4），切换测试单元电连接低压电力模拟信道（5），低压电力模拟信道分别电连接传输线变换单元（6）、负载变换单元（7）、噪声发生器（10）和净化电源（11），传输线变换单元电连接拓扑结构变换单元（8），负载变换单元同时电连接拓扑结构变换单元，拓扑结构变换单元电连接模拟信道控制器（9），噪声发生器同时电连接模拟信道控制器。本实用新型申请应用于低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置。

Description

低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置

技术领域：

本实用新型涉及一种仿真分析领域，尤其涉及一种低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置。

背景技术：

电力线载波通信，简称PLC(Power Line Communication)，是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式；低压电力线遍布城乡各地、连接千家万户，利用其作为通信信道的最大好处是无需铺设新的线路，节约建设成本，且不易受到破坏，低压电力线载波通信技术除了广泛应用于负荷管理、远程抄表、家庭自动化、智能大厦领域以外，在宽带网络接入用户终端的“最后一公里”问题中，也颇有竞争力，用来实现高质量可视电话、视频点播以及远程教学、远程医疗等宽带业务，它不但可以给电力企业带来了新的市场和商机，也可以给用户带来低成本、高性能的服务，电力线信道作为开放信道，所呈现的是一种高噪声、强衰减、负荷变化剧烈、阻抗变化大、频率响应不平坦等恶劣性能，要实现可靠的电力线高速数据传输，必需采用适合的调制技术，正交频分复用(OFDM，OFDM，Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)技术具有抗多径时延、抗信道衰落、频谱利用率高、硬件实现简单等优点，近年来受到广泛关注，将自适应技术与 OFDM 技术相结合，将更有效的应对复杂恶劣的电力线通信环境，实现可靠高速的数据通信，为了满足日益发展的用户服务种类和服务质量的要求，在自适应数据通信理论研究方面，国内外学者进行了大量研究，根据信道变化自适应改变调制模式，发送功率和编码方式，有效地提高频谱利用率和传输效率。

由于低压电力线载波通信环境千变万化，载波通信设计者提出的设计方案能否在实际的信道上可靠运行是值得关注的，对于电力线载波通信的使用者来说，如何对不同设计方案或成品的性能进行比较也是一件十分困难的事情，因此，在当前各种通信方式残酷竞争的时代，低压电力线载波通信要取得更进一步的发展，获得更大的应用空间，就必须建立相应的模拟仿真测试分析系统，以便客观地评价其性能，也为实际产品的开发提供必要的实验设计依据。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置，其组成包括：壳体，所述的壳体表面具有切换测试单元的测试引出点，所述的壳体内具有切换测试单元，所述的切换测试单元电连接低压电力模拟信道，所述的低压电力模拟信道分别电连接传输线变换单元、负载变换单元、噪声发生器和净化电源，所述的传输线变换单元电连接拓扑结构变换单元，所述的负载变换单元同时电连接拓扑结构变换单元，所述的拓扑结构变换单元电连接模拟信道控制器，所述的噪声发生器同时电连接模拟信道控制器。

所述的低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置，所述的切换测试单元连接壳体外部的存储示波器和任意波形发生器，所述的存储示波器和所述的任意波形发生器连接计算机。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型低压的仿真分析装置，对载波通信系统的研发具有重要意义，以阻容器件为基本单元的模拟实验设备用计算机控制的方式，可以灵活改变信道的拓扑结构和噪声特性，并结合可程控通用仪器，通过组建自动测试系统的方式为载波通信产品提供了一个有效的测试设备。

本实用新型的仿真分析装置，可以根据信道变化自适应改变调制模式，发送功率和编码方式，将自适应OFDM算法用MATLAB仿真软件生成波形数据文件，通过任意波形发生器转换成实际输入信号，耦合到该系统构建的低压电力线模拟信道，有效地模拟载波通信数据的传输，用户可以直接观测通信波形的畸变情况，也可以观测整个通信过程中数据传输的可靠性，从而为电力线载波通信设备的研发人员提供很好的设计依据。

本实用新型的仿真分析装置，采用OFDM技术，是为了提高载波的频谱利用率，或者是为了改进对多载波的调制，它的特点是各子载波相互正交，使扩频调制后的频谱可以相互重叠，从而减小了子载波间的相互干扰。

本实用新型的仿真分析装置，集软、硬件于一体的模块化，可以将MATLAB仿真开发的自适应OFDM算法生成相应的波形数据文件，通过任意波形发生器转换成实际输入信号，耦合到该系统构建的低压电力线模拟信道，在实验室即可进行载波通信的传输实验，观察波形的畸变，也可用来对比在不同调制方式下的数据传输情况等，使得装置调试不必依赖实际的用电环境，缩短研发周期。

本实用新型的仿真分析装置，，对于低压电力线载波通信产品的使用者或测试者来说，该装置提供了一个稳定的模拟仿真信道平台，避免了实际电力线信道的多变性（因时而变、因地而变）带来的测试误差，保证了产品性能测试的公平性。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图。

附图2是本实用新型的传输线变换单元原理图。

附图3是本实用新型的负载变换单元的等效负载（空调）图。

附图4是本实用新型的负载变换单元的等效负载（白炽灯）图。

附图5是本实用新型的负载变换单元的等效负载（加热器）图。

附图6是本实用新型的负载变换单元的等效负载（电视机）图。

附图7是本实用新型的结构变换单元的拓扑结构（总线型）图。

附图8是本实用新型的结构变换单元的拓扑结构（树型）图。

附图9是本实用新型的结构变换单元的拓扑结构（环型）图。

附图10是本实用新型的结构变换单元的拓扑结构（星型）图。

附图11是本实用新型的噪声发生器原理图。

附图12是本实用新型的净化电源原理图。

附图13是本实用新型的模拟信道控制器原理图。

图中：1 —计算机；2 —存储示波器；3 —壳体；4 —切换测试单元电路板；5 —低压电力模拟信道电路板；6 —传输线变换单元电路板；7 —负载变换单元电路板；8 —拓扑结构变换单元电路板；9 —模拟信道控制器；10 —噪声发生器；11 —净化电源电路板；12—任意波形发生器。

具体实施方式：

实施例1：

一种低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置，其组成包括：壳体，其特征是：所述的壳体3表面具有切换测试单元电路板的测试引出点，所述的壳体内安装有切换测试单元电路板4，所述的切换测试单元电路板电连接低压电力模拟信道电路板5，所述的低压电力模拟信道电路板分别电连接传输线变换单元电路板6、负载变换单元电路板7、噪声发生器10和净化电源电路板11，所述的传输线变换单元电路板电连接拓扑结构变换单元电路板8，所述的负载变换单元电路板同时电连接拓扑结构变换单元电路板，所述的拓扑结构变换单元电路板电连接模拟信道控制器9，所述的噪声发生器同时电连接模拟信道控制器。

实施例2：

根据实施例1所述的低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置，所述的切换测试单元电路板连接壳体外部的存储示波器2和任意波形发生器12，所述的存储示波器和所述的任意波形发生器连接计算机1。

实施例3：

根据实施例2所述的低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置，所采用的传输线变换单元，由电阻、电容、电感等无源元件搭建，根据需要，进行相应的参数和单元位置调整，由信道拓扑结构变换单元将多个传输线变换单元和负载变换单元连接起来组成多种信道拓扑结构，从而实现期望的频率响应，获得与实际电力线信道相近的各种频率特性，由于低压电力线载波信号是高频信号，因此电力传输线的等效电阻、电感、电容都会对其信道频率特性产生影响，负载参数的因素更是其特性形成的主要原因，因此传输线变换单元由两部分组建，包括一定长度低压电力线的集中参数等效电路和由基本电路元件构成的负载模拟部分，如附图2所示，R、L、C是一定长度低压电力线的等效参数，随配电线路长度不同和传输电缆类型不同，R、L、C可以设置，Z是负载模拟部分；负载电路的设计参考实际用电设备的电路形式，更依据具体的期望特性，通过合理调整搭配其参数来得到要求的阻抗特性和衰减特性。

实施例4：

根据实施例2所述的低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置，所采用的负载变换单元方式有阻性负载（附图4）、感性负载（附图5）、容性负载（附图6）、非线性负载（附图3）等。电力线上的实际负载也可以转化为集中参数的无源元件进行等效模拟，负载的设计可以参考这些等效电路的形式，具体参数可根据所要实现的传输特性来选择。

实施例5：

根据实施例2所述的低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置，所采用的拓扑结构变换单元方式有总线型（附图7）、树型（附图8）、星型（附图10）、环型（附图9）四种基本的结构类型，实际的低压电力线载波通信网络十分复杂，负载接入量难以计算，接入方式任意性强，很难区分其真正的拓扑结构类型如何，但是不论多么复杂的网络，我们大多都可以将其分解为几种基本拓扑结构的组合。

实施例6：

根据实施例2所述的低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置，所采用的噪声发生器，对于通信信道，噪声特性是决定其性能的重要参数之一，由于低压配电网直接面向用户，同一配电变压器下的所有用户负荷噪声以及变压器原边噪声都会对信道产生噪声干扰，影响通信数据的可靠传输，因此低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置设计了独立的噪声信号发生模块，噪声信号发生器采用虚拟仪器的设计思想，可以利用噪声发生器产生包括有色噪声、周期性脉冲噪声在内的各种电力线噪声，观察低压电力线载波通信调制信号在噪声条件下的传输情况，也可进行噪声条件下低压电力线载波通信产品的性能测试；噪声发生器设计思路是由低压电力线模拟信道控制器产生一组噪声波形数据，通过USB总线将噪声波形数据发送到RAM存储器中，并将控制命令发送到FPGA芯片，FPGA芯片在收到命令后从RAM存储器中读取数据后通过I/O端口将数据发送出去，经过D/A转换以及功率放大之后将噪声信号耦合到低压电力线模拟信道中。附图11是噪声发生器原理图。

实施例7：

根据实施例2所述的低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置，采用净化电源，由于本装置由交流电网供电，低压配电网中，负载的连接情况十分复杂，用电设备随时开关，导致电网的输出阻抗因时间和地点的不同而随机变化，再加上电网中各种噪声和其他信号，这些对信号传输与电磁兼容都存在很大的影响；因此，在建立低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置时，必须使电网能提供一个稳定的输出阻抗；并且将来自电网的无用信号与低压电力线载波通信模拟信道隔离开来；附图12是系统净化电源的原理图；净化电源网络中，C1、R3、R4、RL规定了净化电源网络的等效阻抗；而由电阻R1、R2，电容C2、C3和电感L1、L2构成的低通滤波器可以将电力线上的无用信号和噪声过滤掉，起到了隔离的作用。

实施例8：

根据实施例2所述的低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置，采用模拟信道控制器，模拟信道控制器由单片机和继电器阵列构成；控制单元采用弱电控制强电的思想，由计算机向PIC16F877单片机发出控制指令，PIC16F877单片机的I/O端口驱动一组继电器开关动作，从而实现对信道模拟单元及净化电源间连接方式的切换，模拟信道控制器具有以太网控制器、GPRS模块、RS232模块和USB接口模块多种通信转换接口，系统也可以连接远程控制模块，可将参数设置模块的数据和显示模块的数据传送给远程控制模块，远程的用户通过远程控制模块调用显示模块，在远程用户端将输入波形、输出波形显示出来，当然也可以利用远程控制模块来修改参数设置，实现电力线载波通信仿真系统的远程控制。

实施例9：

根据实施例2所述的低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置，采用测试切换单元，在完成信道特性测试、载波通信信号传输试验等功能时，需要将信号发生器产生的信号加载到信道模拟拓扑网络中去，并由示波器将测试点的信号通过示波器采集到计算机当中，测试单元主要包括两项功能，一是实现测试信号的耦合加载，二是实现测试点的自动切换，只需在实验开始时将信号发生器与示波器的探头连接到测试单元对应的接入点后，示波器探头实际连接位置就可由上层软件进行控制，不再需要根据所作测试或试验的不同手动进行探头的插拔，实现系统的完全自动化测试。

Claims (2)

1.一种低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置，其组成包括：壳体，其特征是：所述的壳体表面具有切换测试单元电路板的测试引出点，所述的壳体内安装有切换测试单元电路板，所述的切换测试单元电路板电连接低压电力模拟信道电路板，所述的低压电力模拟信道电路板分别电连接传输线变换单元电路板、负载变换单元电路板、噪声发生器和净化电源电路板，所述的传输线变换单元电路板电连接拓扑结构变换单元电路板，所述的负载变换单元电路板同时电连接拓扑结构变换单元电路板，所述的拓扑结构变换单元电路板电连接模拟信道控制器，所述的噪声发生器同时电连接模拟信道控制器。

2.根据权利要求1所述的低压电力线自适应OFDM模拟仿真分析装置，其特征是：所述的切换测试单元电路板连接壳体外部的存储示波器和任意波形发生器，所述的存储示波器和所述的任意波形发生器连接计算机。