CN2717113Y - 农用全数字化高压输电线数字载波机 - Google Patents

Abstract

一种农用全数字化高压输电线数字载波机，它包括壳体，其特征在于：在壳体内设置有由数据输入接口(0)、语音编码板A(1)、语音编码板B(2)、数据复接器(3)、交织编码器(4)、发送调制器(5)、沃尔氏编码器(6)、软扩频处理器(7)、带通滤波器(8)、功率放大器(9)构成的发信单元，由耦合均衡器(10)和输出接口(11)构成的双工单元，以及由接收滤波器(12)、前置放大器(13)、反扩频处理器(14)、接收解调器(15)、沃尔氏解码器(16)、相关处理器(17)、交织解码器(18)、数据分接器(19)、数据输出接口(20)、语音解码板A(21)、语音解码板B(22)构成的收信单元。

Description

农用全数字化高压输电线数字载波机

(一)技术领域

本实用新型属电子通信领域，具体说是涉及一种农用全数字化高压输电线数字载波机。本实用新型主要用于农电系统构成35千伏至66千伏(35KV-6KV)高压输电线载波通道的数字通信，可用来传送话音、遥信、遥测、遥控数据和RTU信息或构成点对点、点对多点电力专用计算机通信网络。

(二)背景技术

现农用载波机均为4KHz带宽的模拟机，只可通一路电话，不能传输数据，为传输RTU信号，常规做法是牺牲话音质量，压缩话音带宽低于2.1KHz，在上音频2.4KHz至3.4KH频谱范围传0.6Kb速率的数据，且话音杂音大，通信质量差，易在线路结冰、雨雾天气造成通信中断和数据错误。

中国专利99238221.1公开了一种载波机，由于该专利技术主要偏重于超高压、大容量，对省级以上电力通信效果较好，但成本较高，且对于农电小容量通信的投入成本考虑较少。另外，农电输电线路比较复杂，母线上分支线路较多，信号衰减较大，传输条件较差。上述专利对农电线路抗衰减特性和要求接收信号应具备特大动态范围的技术性能明显不足。

(三)发明内容

本实用新型的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处，考虑到农用成本和传输条件等综合因素，针对农用通信现状，提供一种农用全数字化高压输电线数字载波机。

本实用新型的目的可通过下述技术措施来实现：

本实用新型的农用全数字化高压输电线数字载波机包括壳体，在壳体内设置有由数据输入接口、语音编码板A、语音编码板B、数据复接器、交织编码器、发送调制器、沃尔氏编码器、软扩频处理器、带通滤波器、功率放大器构成的发信单元，由耦合均衡器和输出接口构成的双工单元，以及由接收滤波器、前置放大器、反扩频处理器、接收解调器、沃尔氏解码器、相关处理器、交织解码器、数据分接器、数据输出接口、语音解码板A、语音解码板B构成的收信单元；其中所述发信单元的数据输入接口、语音编码板A、语音编码板B的输出端分别接入数据复接器的相应输入端，数据复接器的输出端接入交织编码器相应输入端，交织编码器的输出端分别接入发送调制器和沃尔氏编码器的相应输入端，发送调制器和沃尔氏编码器的输出端分别接入软扩频处理器的相应输入端，所述软扩频处理器、带通滤波器、功率放大器依次单向传输至双工单元中耦合均衡器的输入端；双工单元中耦合均衡器以双向传输的方式与输出接口相连接，并以单向传输的方式与收信单元中接收滤波器的输入端相连接，所述接收滤波器、前置放大器依次单向传输直至输入到反扩频处理器，反扩频处理器的输出端一路接入接收解调器，另一路接入沃尔氏解码器，接收解调器和沃尔氏解码器的输出端分别接入相关处理器的相应输入端，而相关处理器、交织解码器依次单向传输直至输入到数据分接器，数据分接器的输出端分别接入数据输出接口、语音解码板A、语音解码板B的相应输入端。

本实用新型的主要技术特点如下：

(1)采用MFSK数字调制，以实现全数字化载波机。

(2)对调制后的信号进行DSP处理，实现软扩频。

(3)对同步信号进行沃尔氏编码，提高系统的抗干扰性。

(4)采用嵌入式DSP芯片，程序由厂商写入，生产方便。

本实用新型的工作原理如下：

发信单元中的数据输入接口把来自通信单位的数据进行变换，映射到数据复接器，语音编码板A和语音编码板B把来自通信单位的两路话音变换为两路数据也映射到数据复接器，由数据复接器把3路数据复接成一路高速数据送到交织编码器进行交织编码，从该编码器获得6dB编码增益后分两路分别送往发送调制器和沃尔氏编码器；发送调制器对输入的编码数据进行MFSK调制后送往软扩频处理器，沃尔氏编码器对输入编码数据的同步码进行沃尔氏编码后也送往软扩频处理器，两信号在软扩频处理器进行软扩频处理送往带通滤波器，通过4阶巴特沃斯选出待发送频谱送往功率放大器进行功率放大后送往“双工单元”完成发送信号的处理工作。

双工单元中的耦合均衡器接受功率放大器送来的信号并对其均衡后送往输出接口以便和外部结合设施连接。同时外部设施来的收信信号也通过该输出接口将收信信号送往耦合均衡器，由其分离出收信信号送往收信单元，完成收发的双工任务。

收信单元的功能为“发信单元”信号处理的逆过程。双工单元的耦合均衡器把分离出的收信信号送给接收滤波器，该滤波器通过5阶巴特沃斯选出收信信号频谱送往前置放大器，它把接收信号放大到一定幅度后送往反扩频处理器进行解扩，分两路分别送往解调器和沃尔氏解码器；由两者分别解出数据和数据同步信号一并送往相关处理器，经相关处理得到交织编码数据送往交织解码器，交织解码器解出原高速复接数据送往数据分接器，它将数据分接三路，按对应关系分别送给数据输出接口、语音解码板A和语音解码板B；数据输出接口将输入数据进行变换，还原得到对方(和本机通信的另一方)发端原始数据送往本地通信单位，完成数据的通信过程；同时两路语音解码板A、B将输入数据变换为两路话音也送往本地通信单位，完成话音的通信过程。

以上的连接关系和“三个单元”实现了通信单位之间的全部通信，并由此实现了本实用新型的整个技术方案。

本实用新型利用DSP技术，采用优化的软扩频方案，简化了硬件电路，增强了AGC控制范围，提高了接收灵敏度和动态范围，改善了输出信噪比，对抗了农用分支线路对通信信号的衰减，降低了成本，具有较高性价比，使之成为更针对农用通信的实用产品。另外本实用新型的载波机可以传输两路数字电话和较1.2Kb高得多数据速率。试验证明，在50公里左右的农用66KV复杂高压输电线路上传输9.6Kb/s-19.2Kb/s数据和两路数字电话时，通信质量好，杂音轻微，即使在结冰和雨雾天气，也能可靠通信。抗杂音，抗干扰，大动态，适合复杂农用高压线路，通信容量适中，成本低廉。利用该技术，可以做成适合农电专用的专业通信机。

(四)附图说明

图1为本实用新型的外形结构图。

图2为本实用新型与外部连接原理框图。

图3是本实用新型的原理框图。

图4是本实用新型的电路原理图。

(五)具体实施方式

本实用新型以下将结合实施例(附图)作进一步描述：

如图2所示，图中A边为某电力局近端变电站；B边为远离该局的远端变电站；该机一式两部，分别装于A，B两侧。A、B两侧互为对称，两侧有分别以a.b.c三相33千伏至66千伏之间某电压等级的三条高压输电线路联结两地，E、F为分别安装于每一端的数字载波机并通过结合滤波器C、D将各机的高频信号耦合至a.b.c任一相线和大地之间，或相到相耦合至两线之间(图例中为a相，属于相——地耦合方式)，E和F之间互为收发的是9.6Kb/s或19.6Kb/s双向数据流。具体数据速率由通信部门按需求或线路情况自行设定。

如图3所示，本实用新型的技术方案由三大部分构成：其中方框0至9构成“发信单元”；方框12至22构成“收信单元”；方框10至11收发共用，构成“双工单元”。

发信单元中的数据输入接口0把来自通信单位的数据进行变换，映射到数据复接器3，语音编码板A1和语音编码板B2把来自通信单位的两路话音变换为两路数据也映射到数据复接器3，由数据复接器3把3路数据复接成一路高速数据送到交织编码器4进行交织编码，从该编码器获得6dB编码增益后分两路分别送往发送调制器5和沃尔氏编码器6；发送调制器5对输入的编码数据进行MFSK调制后送往软扩频处理器7，沃尔氏编码器6对输入编码数据的同步码进行沃尔氏编码后也送往软扩频处理器7，两信号在软扩频处理器7进行软扩频处理送往带通滤波器8，通过4阶巴特沃斯选出待发送频谱送往功率放大器9进行功率放大后送往双工单元完成发送信号的处理工作。

双工单元中的耦合均衡器10接受功率放大器9送来的信号并对其均衡后送往输出接口11以便和外部结合设施连接。同时外部设施来的收信信号也通过该输出接口11将收信信号送往耦合均衡器10，由其分离出收信信号送往收信单元，完成收发的双工任务。

收信单元的功能为发信单元信号处理的逆过程。双工单元的耦合均衡器10把分离出的收信信号送给接收滤波器12，该滤波器通过5阶巴特沃斯选出收信信号频谱送往前置放大器13，它把接收信号放大到一定幅度后送往反扩频处理器14进行解扩，分两路分别送往解调器15和沃尔氏解码器16；由两者分别解出数据和数据同步信号一并送往相关处理器17，经相关处理得到交织编码数据送往交织解码器18，交织解码器18解出原高速复接数据送往数据分接器19，它将数据分接三路，按对应关系分别送给数据输出接口20、语音解码板A21和语音解码板B22；数据输出接口20将输入数据进行变换，还原得到对方(和本机通信的另一方)发端原始数据送往本地通信单位，完成数据的通信过程；同时两路语音解码板A21、B22将输入数据变换为两路话音也送往本地通信单位，完成话音的通信过程。

以上的连接关系和“三个单元”实现了通信单位之间的全部通信；并由此实现了本机的整个技术方案。

本实用新型的实施原则是：为生产调试方便，该机采用模块化设计，利用厂商成品模块和嵌入式集成电路，软件程序由厂商预先固化在芯片内部，省去生产开发周期。该机阻容元器件均采用微贴，增加了设备的可靠性。该机电源供给采用AC-DC变换器，直接供给各个功能板和芯片直流电源。

如图4所示为本实用新型的电路原理：为了方便起见，将结合图3对图4进行详述：以下将“发信单元”、“收信单元”、“双工单元”的信号数据流结合在一块叙述。图4中U5(型号为HK-F64A)为一个频率合成的同步时钟发生器集成芯片，Cxo为连接其7、10脚的石英晶体，频率为32.768MHz，其产生各种不同的同步时钟分别以CP1、CP2、CP3、CP4、CPX5、CPY6送给BP1(型号为AMBE1000)、BP2(型号为AMBE1000)、U1(型号为LQD-9.6/1)、U2(型号为LQD3001)、U3(型号为DRZ9500x)、U4(型号为DCU9510x)、U6(型号为HK32-1A)的CP、CPx、CPL、CPH、CPX5、CPY6，作为它们输入输出数据流的工作同步之用(x＝I、B、A)。由外部联结来的以RS232D为标准的计算机双向收发串行数据自Port-0口从集成电路U1的DL输入或输出，经U1变换为并行数据通过Port-1从Poi输出或接收U2之Pa的数据，这对应于图3中的0和20。由外部联结来的以E/M为标准的两路话音信号自E/M-1、E/M-2口从BP1板和BP2板的E/M分别进入或流出，该两板的作用是对语音进行数模或模数转换，经编解码在D/io通过Port-2和Port-3输出或接收U2之Pb和Pc的数据，这对应于图3中的1、2和21、22。U2将Pa、Pb、Pc的数据汇接成一路，通过P-out/in从Pio输出或接收U3之DDL的数据，这对应于图3中的3和19。U3将DDL的数据进行数据交织，从DO送出给U4的DII，并将来自U4 DOU的数据从DI接收，进行数据反交织，完成数据交织的编解码作用，这对应于图3中的4和18。U4将DII接收的数据分出数据同步码进行沃尔氏变换，同时也将其信息数据进行MFSK变换，然后在其内部进行软扩频，变换成载波信号由AO输出给U6的6脚；同理，U4 AI将接收U6 1脚的载波信号进行上述反变换，从DOU输出给U3已反变换了的数据，从而完成数据信息的调解、编解和扩频处理，这对应于图3中的5、6、7、和14、15、16、17。U6是一个数字滤波器芯片，它将6脚接收的AO信号中的发信载波信号选出，从12脚经5C4、5R1送给U7(型号为TLE2301)的11脚，它同时自10脚接收来自TN1的收信信号，选出接收载波信号，从1脚送给U4的AI，从而完成收发载波的选择滤波功能，它对应于图3中的8和13。U7、U8(型号为TLE2301)构成功率放大器，它将U711脚接收的发信载波信号放大到一瓦特(即30dBm)从N1、N2输出；5C8、5R2为U8输入交连电容电阻，5C1、5C2、5C3、5C7为均衡电容，5D1、5D2、5D3、5D4为过载保护二极管，5P1、5P2为增益调整电位器，5K1、5K2为功放电源开关，它们共同完成功率放大作用；这对应于图3中的9。TN1为双向耦合均衡变压器，其3脚通过5XC7接地，1、2脚接U7、U8输出端，起到平衡、均衡作用，并将收信载波耦合给U6的10脚完成双工通信作用；其4、5脚为接口端，S1是同轴座，以供和外部设备连结，这对应于图3中的10、11。U9(型号为ADC4820)为一个交流直流变换器，其作用是将220V交流电源变换为各单元所需的直流电压，所变换的电压等级均已标出，故不再赘述。

上述所有联结均已在图4中明确标出和连接，其芯片连接管脚已用阿拉伯数字注脚标出；没有述及的电容均为电源退耦电容，电感均为电源退耦电感，JF3A、JF3B的DB15为电源交连15针插头座，由于供电部分简单，不再赘述。

Claims (1)

1、一种农用全数字化高压输电线数字载波机，它包括壳体，其特征在于：在壳体内设置有由数据输入接口(0)、语音编码板A(1)、语音编码板B(2)、数据复接器(3)、交织编码器(4)、发送调制器(5)、沃尔氏编码器(6)、软扩频处理器(7)、带通滤波器(8)、功率放大器(9)构成的发信单元，由耦合均衡器(10)和输出接口(11)构成的双工单元，以及由接收滤波器(12)、前置放大器(13)、反扩频处理器(14)、接收解调器(15)、沃尔氏解码器(16)、相关处理器(17)、交织解码器(18)、数据分接器(19)、数据输出接口(20)、语音解码板A(21)、语音解码板B(22)构成的收信单元；其中所述发信单元的数据输入接口(0)、语音编码板A(1)、语音编码板B(2)的输出端分别接入数据复接器(3)的相应输入端，数据复接器(3)的输出端接入交织编码器(4)相应输入端，交织编码器(4)的输出端分别接入发送调制器(5)和沃尔氏编码器(6)的相应输入端，发送调制器(5)和沃尔氏编码器(6)的输出端分别接入软扩频处理器(7)的相应输入端，所述软扩频处理器(7)、带通滤波器(8)、功率放大器(9)依次单向传输至双工单元中耦合均衡器(10)的输入端；双工单元中耦合均衡器(10)以双向传输的方式与输出接口(11)相连接，并以单向传输的方式与收信单元中接收滤波器(12)的输入端相连接，所述接收滤波器(12)、前置放大器(13)依次单向传输直至输入到反扩频处理器(14)，反扩频处理器(14)的输出端一路接入接收解调器(15)，另一路接入沃尔氏解码器(16)，接收解调器(15)和沃尔氏解码器(16)的输出端分别接入相关处理器(17)的相应输入端，而相关处理器(17)、交织解码器(18)依次单向传输直至输入到数据分接器(19)，数据分接器(19)的输出端分别接入数据输出接口(20)、语音解码板A(21)、语音解码板B(22)的相应输入端。

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