专利名称：一种电力线载波窄带信号传输特性调整方法及装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及电力线传输领域，具体是指一种电力线载波窄带信号传输特性调整方法及装置，尤其涉及一种基于FPGA的电力线载波窄带信号传输特性调整方法及装置。
背景技术：
电力线载波通信是用电力线作传输媒介的载波通信，不需另外架设通信线路，电力线结构坚固，作为通信媒介使用可靠性很高。电力线载波通信是电力部门特有的一种通信方式，特别适用于以电力系统各发电厂、变电所和开关站为对象的电力系统调度电话、远动及在被保护的电力线路两端间传送保护信号的远方保护系统。目前，低压电力线窄带通信已经成为电力用户用电信息采集系统主要的本地通信手段，大约占据了用电信息采集系统本地信道的主要份额。随着技术的进步，低压电力线载 波通信技术正从窄带点对点数据传输向宽带组网通信的方向发展。由于电力线原本是设计为用电设备传送电能的，具有阻抗匹配性差、噪声干扰不可预测、信号衰减强烈、信道特性时变性高等特点，给电力线载波通信技术的研究带来了诸多困难，因此需要在深入分析通信环境和信道模型的基础上，根据电力线载波通信信道的信号传输特性，建立低压电力线载波通信信道的模拟试验系统，实现对低压电力线载波通信信道的多径、衰减、相位偏移和频率变化特性的模拟。目前国内外对于低压电力线载波通信信道模拟方面的研究基本处于初期阶段，没有形成统一的信道模拟标准，已有的信道模拟系统基本是基于分离式仪器搭建，设备造价高昂，体积庞大，操作复杂，但是由于各类仪器并非专门为载波通信信道模拟设计，功能指标浪费较为严重，组合以后只能对部分通信性能进行简单的模拟，模拟过程中也无法有效模拟信道的频率响应特性，效果并不理想。现有信道模拟方案的设计思路是无源的阻容元件为主，利用计算机控制的继电组，模拟不同的典型现场条件，实现对低压电力线载波通信信道输入阻抗特性、传输衰减特性和干扰噪声特性的模拟，主要组成设备包括计算机通信系统、程控衰减器、程控噪声模拟器、程控阻抗模拟器、频谱仪、示波器、人工电源网络、净化电源、工控机以及测控软件。该信道模拟方法利用隔离变压器和人工电源网络实现与市电网络的净化隔离，同时利用衰减很小的传输导线搭建一条较为干净的窄带载波通信模拟信道，通过在模拟信道上串联专用的程控衰减设备来模拟信道衰减特性的变化，通过在模拟信道上串联程控滤波器设备来模拟信道频率响应特性的变化，通过任意波形发生器、功率放大器和噪声注入单元来模拟信道上的噪声影响，通过电力线负载阻抗模拟网络来模拟信道的阻抗特性变化。发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在如下不足现有的信道模拟方式存在着仪器设备种类较多，造价高昂，体积庞大，操作复杂的缺点，同时由于所采用的仪器设备并非专门为低压电力线载波通信信道特性的模拟而设计，仪器设备功能指标浪费较为严重，在模拟信道上串联组合以后也只能对部分通信性能进行简单的模拟，系统性较差，因此限制了这种信道模拟方式效果。
发明内容
本发明实施例提供一种电力线载波窄带信号传输特性调整方法，包括采集电力线载波窄带通信信道测试电路中的模拟载波信号，并经过A/D转换生成对应的数字载波信号；根据设定的模拟路径长度和电力线衰减参数对所述的数字载波信号进行信号复制，生成多路多径传输信号；根据设定的频率响应系数对所述的多径传输信号的每一路信号进行频域变化，生成多路频率响应信号；根据设定的初始相位和模拟路径长度对所述多路频率响应信号进行相位时延，生成多路相位时延信号；根据设定的每条路径的加权系数对所述的多路相位时延信号进行加权叠加，合并成一路传输特性调整信号；将所述的传输特性调整信号进行D/A转换后生成特性调整模拟信号，并耦合回到电力线载波窄带通信信道测试电路。本发明实施例还提供一种电力线载波窄带信号传输特性调整装置，其特征在于，包括:A/D转换器，用于采集电力线载波窄带通信信道测试电路中的模拟载波信号，并经过A/D转换生成对应的数字载波信号；信号复制模块，用于根据设定的模拟路径长度和电力线衰减参数对所述的数字载波信号进行信号复制，生成多路多径传输信号；频域变化模块，用于根据设定的频率响应系数对所述的多径传输信号的每一路信号进行频域变化，生成多路频率响应信号；相位时延模块，用于根据设定的初始相位和模拟路径长度对所述多路频率响应信号进行相位时延，生成多路相位时延信号；加权叠加模块，用于根据设定的每条路径的加权系数对所述的多路相位时延信号进行加权叠加，合并成一路传输特性调整信号；D/A转换器，用于将所述的传输特性调整信号进行D/A转换后生成特性调整模拟信号，并耦合回到电力线载波窄带通信信道测试电路。本发明实施例的电力线载波窄带传输信号特性调整方法与装置，具有全数字化、集成度高、信号处理能力强等优点，而且可以不断的对信道模型进行完善，做到实时模拟，现场更新。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中图I为本发明实施例的电力线载波窄带信号传输特性调整方法的流程示意图；图2为本发明电力线载波窄带信号传输特性调整装置的一种实施例的结构示意图；图3为本发明电力线载波窄带信号传输特性调整装置的另一种实施例的结构示意图；图4为图3所示实施例的数字信号处理模块的内部载波通信信道模拟的信号处理示意图；图5为本发明电力线载波窄带信号传输特性调整装置的又一种实施例的结构示意图；、
图6为图5所示实施例的FPGA部分的管脚连接图；图7为图5所示实施例的通信模块部分的管脚连接图；图8为图5所示实施例的电源部分和时钟部分的管脚连接图；图9为图5所示实施例的A/D转换器部分的管脚连接图；
图10为图5所示实施例的D/A转换器部分的管脚连接图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。随着数字信号处理技术的发展，各类数字信号处理芯片的处理能力和处理速度都得到了巨大的提高，被广泛应用于各种数字信号处理领域。现场可编程门阵列FPGA芯片具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽等特点。基于这种情况，本发明实施例提供一种基于FPGA的电力线载波窄带信号传输特性调整方法及装置，用以对信号在低压电力线载波窄带通信信道中传输的变化情况进行模拟。该装置可以由计算机控制实现信道参数的设置，并可以将建立的信道参数数据库存储到内存中以实现快速读取；该装置基于目前先进的可编程逻辑阵列FPGA芯片，基于片上嵌入式架构完成，内部逻辑利用C语言和Verilog-HDL逻辑编程语言联合编写，所依据的载波信道传输模型可以基于现场信号测试结果生成和改进，不但可以有效地模拟低压电力线载波窄带通信信道中的噪声、衰减、多径和延时等主要特性，还可以模拟信号在传输过程中的特性时变、多普勒相移、频率非线性畸变等变化情况。图I为本发明实施例的电力线载波窄带信号传输特性调整方法的流程示意图。如图所示，电力线载波窄带信号传输特性调整方法包括步骤S101，采集电力线载波窄带通信信道测试电路中的模拟载波信号，并经过A/D转换生成对应的数字载波信号；步骤S102，根据设定的模拟路径长度和电力线衰减参数对所述的数字载波信号进行信号复制，生成多路多径传输信号；步骤S103，根据设定的频率响应系数对所述的多径传输信号的每一路信号进行频域变化，生成多路频率响应信号；步骤S104，根据设定的初始相位和模拟路径长度对所述多路频率响应信号进行相位时延，生成多路相位时延信号；步骤S105，根据设定的每条路径的加权系数对所述的多路相位时延信号进行加权叠加，合并成一路传输特性调整信号；步骤S106，将所述的传输特性调整信号进行D/A转换后生成特性调整模拟信号，并耦合回到电力线载波窄带通信信道测试电路。在此实施例中，电力线载波窄带通信信道测试电路中的模拟载波信号是通过对集中器载波通信装置送出的通信信号进行隔离并提取得到，通过对其电平进行缩小处理，使其符合A/D转换的输入要求，对模拟载波信号进行A/D转换后，生成数字载波信号再进行数字信号处理，包括信号复制，频域变化、延时变化以及加权叠加等，其中，信号复制处理可以模拟载波信号在信道中传输时的多径传输特性，频域变化处理可以模拟频率响应特性，延时变化可以模拟相位偏移特性，以及加权叠加处理可以模拟多径传输干扰特性。在进行信号复制，频域变化、延时变化以及加权叠加等数字信号处理的过程中，需要根据设定的信道影响参数对数字载波信号进行信号特性调整，所述参数包括路径加权系数、电力线衰减参数、路径长度、频率响应系数、卷积时延以及路径初始相位等，可以根据信道模拟需求而通过控制计算机设定。本实施例中，根据设定参数进行信号特性调整时，分别用到的特性调整公式为对数字载波信号进行信号复制时，用到的公式为
权利要求
1.一种电力线载波窄带信号传输特性调整方法，其特征在于，所述的方法包括 采集电力线载波窄带通信信道测试电路中的模拟载波信号，并经过A/D转换生成对应的数字载波信号； 根据设定的模拟路径长度和电力线衰减参数对所述的数字载波信号进行信号复制，生成多路多径传输信号； 根据设定的频率响应系数对所述的多径传输信号的每一路信号进行频域变化，生成多路频率响应信号； 根据设定的初始相位和模拟路径长度对所述多路频率响应信号进行相位时延，生成多路相位时延信号； 根据设定的每条路径的加权系数对所述的多路相位时延信号进行加权叠加，合并成一路传输特性调整信号； 将所述的传输特性调整信号进行D/A转换后生成特性调整模拟信号，并耦合回到电力线载波窄带通信信道测试电路。
2.如权利要求I所述的电力线载波窄带信号传输特性调整方法，其特征在于，所述对所述的数字载波信号进行传输特性调整还包括 对所述的数字载波信号进行干扰信号的消除，其所依据的信号传递函数为 H(J)= I /、6r(￡ 其中，f。为设定的截止频率。
3.如权利要求I所述的电力线载波窄带信号传输特性调整方法，其特征在于，所述根据设定的模拟路径长度和电力线衰减参数对所述的数字载波信号进行信号复制，生成多路多径传输信号包括根据下述公式进行信号复制I )1 K (j) = · Λ-(/·)，A = I 2 ".,N， 其中，dk为设定的路径k的模拟路径长度，a0为设定的路径k的电力线衰减参数。
4.如权利要求3所述的电力线载波窄带信号传输特性调整方法，其特征在于，所述根据设定的频率响应系数对所述的多径传输信号的每一路信号进行频域变化，生成多路频率响应信号包括 根据下述公式进行频域变化/7人M (/:) = Σ bi.n · !)1Vk (, - ) j = I 5; k = 1，2，…，N，其中: rJt.=1 j为子信号序列号； h,-为设定的路径k中第j个子信号的频率响应系数。
5.如权利要求4所述的电力线载波窄带信号传输特性调整方法，其特征在于，所述根据设定的初始相位和模拟路径长度对所述多路频率响应信号进行相位时延，生成多路相位时延信号包括 根据下述公式进行频域变化
6.如权利要求5所述的电カ线载波窄带信号传输特性调整方法，其特征在于，所述根据设定的每条路径的加权系数对所述的多路相位时延信号进行加权叠加，合并成一路传输特性调整信号包括 对每个路径上的子信号进行求和累加，其输出信号SUMk(i)为
7.如权利要求6所述的电カ线载波窄带信号传输特性调整方法，其特征在于，所述根据设定的每条路径的加权系数对所述的多路相位时延信号进行加权叠加，合并成一路传输特性调整信号还包括 对姆条路径上的传输信号进行加权，其输出信号POWk(i)为
8.如权利要求7所述的电カ线载波窄带信号传输特性调整方法，其特征在于，所述根据设定的每条路径的加权系数对所述的多路相位时延信号进行加权叠加，合并成一路传输特性调整信号进ー步包括 对N条路径的加权信号进行累加合并，恢复形成一路传输特性调整信号，其输出SUM⑴为
9.如权利要求31所述的电カ线载波窄带信号传输特性调整方法，其特征在于，所述的传输特性调整方法合并为 根据下述公式进行信号特性调整
10.ー种电カ线载波窄带信号传输特性调整装置，其特征在于，所述装置包括 A/D转换器，用于采集电カ线载波窄带通信信道测试电路中的模拟载波信号，并经过A/D转换生成对应的数字载波信号； 信号复制模块，用于根据设定的模拟路径长度和电カ线衰减參数对所述的数字载波信号进行信号复制，生成多路多径传输信号； 频域变化模块，用于根据设定的频率响应系数对所述的多径传输信号的每一路信号进行频域变化，生成多路频率响应信号； 相位时延模块，用于根据设定的初始相位和模拟路径长度对所述多路频率响应信号进行相位时延，生成多路相位时延信号； 加权叠加模块，用于根据设定的每条路径的加权系数对所述的多路相位时延信号进行加权叠加，合并成一路传输特性调整信号； D/A转换器，用于将所述的传输特性调整信号进行D/A转换后生成特性调整模拟信号，并耦合回到电カ线载波窄带通信信道测试电路。
11.如权利要求10所述的电カ线载波窄带信号传输特性调整装置，其特征在于，所述的装置还包括 通信模块，用于所述信号复制模块、频域变化模块、相位时延模块以及加权叠加模块与计算机的信号传输。
12.如权利要求10所述的电カ线载波窄带信号传输特性调整装置，其特征在于，所述的加权叠加模块包括 本路径数据累加模块，用于完成所述每条路径上不同频域特性数据的累加； 路径数据加权模块，用于对所述每条路径上的传输信号设定不同的传输权重； 总累加模块，用于进行多路传输路径的加权累加，以模拟多径传输干扰特性的影响。
13.如权利要求10所述的电カ线载波窄带信号传输特性调整装置，其特征在于，所述的电カ线载波窄带信号传输特性调整装置还包括 A/D信号采集模块，用来控制所述A/D转换器的信号采集和输出； D/A转换控制模块，用于完成对所述D/A转换器的数据传输； 输入整形模块，用来消除所述数字载波信号中的干扰； 传输延时模块，用以完成对信道总传输延时的模拟； 输出滤波模块，用于对所述的传输特性调整信号进行干扰消除。
14.如权利要求10所述的电カ线载波窄带信号传输特性调整装置，其特征在于，所述的装置还包括 时钟模块，用于为所述的电カ线载波窄带信号传输特性调整装置提供參考时钟源； 供电模块，用于为所述电カ线载波窄带信号传输特性调整装置提供电源。
全文摘要
本发明公开了一种电力线载波窄带信号传输特性调整方法及装置，其中所述方法包括采集电力线载波窄带通信信道测试电路中的模拟载波信号，并经过A/D转换生成对应的数字载波信号；对所述的数字载波信号进行包括信号复制、频域变化、延时变化以及加权叠加在内的信号特性调整，生成传输特性调整信号；将所述的传输特性调整信号进行D/A转换后生成特性调整模拟信号，并耦合回到电力线载波窄带通信信道测试电路。本发明实施例的电力线载波窄带传输信号特性调整方法与装置，具有全数字化、集成度高、信号处理能力强等优点，而且可以不断的对信道模型进行完善，做到实时模拟，现场更新。
文档编号H04B3/54GK102684746SQ20121016505
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年1月11日
发明者宋伟, 易忠林, 李丰, 李顺昕, 王思彤, 田海亭, 袁瑞铭, 钟侃 申请人:华北电网有限公司计量中心