電力應急通信終端及其組網方法
2023-12-01 02:33:51 2
電力應急通信終端及其組網方法
【專利摘要】本發明公開一種電力應急通信終端及其組網方法，其硬體電路設置有信號處理板和射頻板，信號處理板中設置有ARM模塊和FPGA模塊；當該通信終端作為可攜式移動終端時，ARM模塊與流媒體設備或/和傳感器設備相連，用於獲取救援人員的應急通信信息；當該通信終端作為基站終端時，ARM模塊通過LAN口與計算機相連，用於實現應急信息的遠程傳輸。其效果是：電路原理簡單，通過FPGA和ARM晶片結合，既滿足了OFDM通信高速運算的需求，又簡化了硬體電路結構，滿足應急通信設備可攜式需要，通過Ad?hoc網絡組網，保證本地可攜式移動終端與基站終端的數據傳輸，再通過多種應急通信網絡的融合，保證了網絡的穩定性和頑健性好。
【專利說明】電力應急通信終端及其組網方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及應急通信技術，具體地講，是一種電力應急通信終端及其組網方法。
【背景技術】
[0002]隨著信息技術的發展以及電力生產需要的快速增長，電力系統中的各種突發緊急事故也日益複雜，現有的電力應急通信體系亟待進一步完善。
[0003]目前的電力應急通信系統雖然達到一定規模，也具備了一定的應急指揮能力。但大多還處於初級發展階段，其技術手段相對落後，通信網絡的自組織能力和生存性較低，對公共基礎通信設施的依賴性較強。由於公共基礎設施在緊急狀態下具有軟、硬癱瘓的風險，現有的電力應急通信系統已經逐步將短波通信、衛星通信、微波通信以及專用集群通信等系統進行了有效融合。
[0004]隨著各種通信方式的融合，其通信終端的信號處理電路也越來越複雜，設備的體積也越來越龐大，對於應急通/[目而目，難以滿足可攜式和小型化的需要。
【發明內容】
[0005]針對上述問題,本發明提供一種電力應急通信終端,通過FPGA和ARM晶片結合，既滿足了 OFDM通信高速運算的需求，又簡化了硬體電路結構，滿足應急通信設備可攜式需要。
[0006]為了達到上述目的，本發明所採用的具體技術方案如下:
[0007]—種電力應急通信終端，其關鍵在於:設置有信號處理板和射頻板，所述信號處理板中設置有ARM模塊和FPGA模塊；
[0008]所述ARM模塊用於實現數據加解密以及系統網絡管理；
[0009]所述FPGA模塊用於實現基帶信號處理，包括OFDM調製解調、信道編碼解碼以及數據幀的組裝與拆分；
[0010]在所述FPGA模塊的輸入端設置有AD轉換單元，該AD轉換單元與所述射頻板上的無線接收通道相連，在所述FPGA模塊的輸出端設置有DA轉換單元，該DA轉換單元與所述射頻板上的無線發射通道相連，所述無線接收通道與所述無線發射通道還經過雙工器連接在射頻天線上；
[0011]所述FPGA模塊與所述射頻板之間還設置有一條TDD切換控制信號線，該TDD切換控制信號線用於向所述射頻板提供時分雙工控制信號，同時，該FPGA模塊與所述射頻板之間還設置有數控衰減器，FPGA模塊通過該數控衰減器向所述射頻板中的運算放大器提供增益控制信號。
[0012]作為進一步描述，所述ARM模塊與FPGA模塊共用一個晶振，該晶振的頻率為20MHz，頻率準確度為±lppm。
[0013]再進一步描述，所述AD轉換單元採用AD6655集成晶片，所述DA轉換單元採用AD9957集成晶片。[0014]為了滿足終端設備各種電源需要，該通信終端還設置有電源模塊，該電源模塊設置有電源輸入接口，該電源輸入接口從外部電源引入12V直流電源，電源輸入接口第一路經過第一穩壓模塊轉化為5V數字電源輸出，在5V數字電源輸出埠上還連接有第二穩壓模塊，經過第二穩壓模塊轉化為3.3V數字電源輸出，在3.3V數字電源輸出埠上還分別連接有第三穩壓模塊、第四穩壓模塊和第五穩壓模塊，3.3V數字電源經過所述第三穩壓模塊轉化為2.5V數字電源輸出，經過所述第四穩壓模塊轉化為1.8V數字電源輸出，經過所述第五穩壓模塊轉化為1.1V數字電源輸出，所述電源輸入接口第二路經過隔離濾波電路後送入第六穩壓模塊中，經過所述第六穩壓模塊轉換為5V模擬電源輸出，在所述5V模擬電源的輸出埠上還分別連接有第七穩壓模塊和第八穩壓模塊，5V模擬電源經過第七穩壓模塊轉換為3.3V模擬電源輸出，5V模擬電源經過第八穩壓模塊轉換為1.8V模擬電源輸出，所述電源輸入接口引入的12V直流電源還為射頻模塊的發射通道和接收通道提供工作電源。
[0015]為了滿足各級電源輸出的穩定性，所述第一穩壓模塊和第六穩壓模塊均選用型號為ADP2303的電源晶片，所述第二穩壓模塊和第七穩壓模塊均選用型號為ADP3339的電源晶片，所述第三穩壓模塊選用型號為TPS79625的電源晶片，所述第四穩壓模塊和第八穩壓模塊均選用型號為TPS79618的電源晶片,所述第五穩壓模塊選用型號為ADP1706的電源晶片，其中第一穩壓模塊、第二穩壓模塊、第三穩壓模塊、第四穩壓模塊以及第五穩壓模塊的接地端均與數字地相連，第六穩壓模塊、第七穩壓模塊以及第八穩壓模塊的接地端均與模擬地相連。
[0016]為了減少電源對系統造成的幹擾，所述隔離濾波電路是由一個電感元件和至少一個電容元件組成的LC濾波電路，其中電容元件設置在輸出端與模擬地之間。
[0017]結合電力應急通信的需要，當該通信終端作為可攜式移動終端時，所述ARM模塊與流媒體設備或/和傳感器設備相連，用於獲取救援人員的應急通信信息；當該通信終端作為基站終端時，所述ARM模塊通過LAN 口與計算機相連，用於實現應急信息的遠程傳輸。
[0018]為了提高應急通信網絡的覆蓋範圍，保證網絡的頑健性，本發明還提供了一種電力應急通信終端的組網方法，結合上述電力應急通信終端，在每個救援人員身上配置一個通信終端作為可攜式移動終端，並在該通信終端的ARM模塊上連接流媒體設備或/和傳感器設備，獲取救援人員的應急通信信息；在應急通信車上配置一個通信終端作為基站終端，並將該通信終端的ARM模塊與應急通信車上的計算機連接；可攜式移動終端通過一跳或多跳的方式與基站終端相連，各個可攜式移動終端與基站終端採用無線Ad hoc網絡進行組網，基站終端再通過應急通信車上的計算機實現遠程數據傳輸。
[0019]為了結合多種通信方式，保障信息暢通，所述應急通信車上配置有衛星通信設備、集群通信設備、微波通信設備以及短波通信設備。
[0020]本發明的顯著效果是:
[0021]電路原理簡單，通過FPGA和ARM晶片結合，既滿足了 OFDM通信高速運算的需求，又簡化了硬體電路結構，滿足應急通信設備可攜式需要，通過Ad hoc網絡組網，保證本地可攜式移動終端與基站終端的數據傳輸，再通過衛星通信設備、集群通信設備、微波通信設備以及短波通信設備等設備的融合，保證了遠程通信，終端設備實施容易，網絡組建迅速，網絡的穩定性和頑健性好。【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明的電路原理框圖；
[0023]圖2為圖1中ARM模塊的外圍擴展電路；
[0024]圖3為圖1中FPGA模塊的外圍擴展電路；
[0025]圖4為圖1中發射通道的電路原理框圖；
[0026]圖5為圖1中接收通道的電路原理框圖；
[0027]圖6為圖1中電源模塊的電路原理框圖；
[0028]圖7為本發明應急通信系統的網絡拓撲結構圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步說明。
[0030]如圖1-圖3所示，一種電力應急通信終端，設置有信號處理板和射頻板，所述信號處理板中設置有ARM模塊和FPGA模塊；
[0031]所述ARM模塊用於實現數據加解密以及系統網絡管理；
[0032]所述FPGA模塊用於實現基帶信號處理，包括OFDM調製解調、信道編碼解碼以及數據幀的組裝與拆分；
[0033]在所述FPGA模塊的輸入端設置有AD轉換單元，該AD轉換單元採用AD6655集成晶片並與所述射頻板上的無線接收通道相連，在所述FPGA模塊的輸出端設置有DA轉換單元，該DA轉換單元採用AD9957集成晶片並與所述射頻板上的無線發射通道相連，所述無線接收通道與所述無線發射通道還經過雙工器連接在射頻天線上；
[0034]所述FPGA模塊與所述射頻板之間還設置有一條TDD切換控制信號線，該TDD切換控制信號線用於向所述射頻板提供時分雙工控制信號，同時，該FPGA模塊與所述射頻板之間還設置有數控衰減器，FPGA模塊通過該數控衰減器向所述射頻板中的運算放大器提供增益控制信號。
[0035]ARM模塊主要採用型號為AT91SAM9G20晶片，FPGA模塊主要採用EPGCGX150晶片，通過其外圍擴展電路可以看出，在各個晶片上還相應的連接有SDRM存儲器和FLASH存儲器，在本例中所述ARM模塊與FPGA模塊共用一個晶振，該晶振的頻率為20MHz，頻率準確度為 土lppm。
[0036]通過圖4和圖5可以看出，發射通道主要由中頻濾波、中頻放大、混頻、帶通濾波、前置放大以及功率放大電路組成，接收通道主要由限幅低噪聲放大電路、帶通濾波電路、混頻電路、中頻濾波電路以及中放及自動增益控制放大電路組成，上述的數控衰減器主要為自動增益控制放大電路提供控制信號。
[0037]如圖6所示，為了保證系統各種電源供應，硬體電路中還設置有電源模塊，該電源模塊設置有電源輸入接口，該電源輸入接口從外部電源引入12V直流電源，電源輸入接口第一路經過第一穩壓模塊轉化為5V數字電源輸出，在5V數字電源輸出埠上還連接有第二穩壓模塊，經過第二穩壓模塊轉化為3.3V數字電源輸出，在3.3V數字電源輸出埠上還分別連接有第三穩壓模塊、第四穩壓模塊和第五穩壓模塊，3.3V數字電源經過所述第三穩壓模塊轉化為2.5V數字電源輸出，經過所述第四穩壓模塊轉化為1.8V數字電源輸出，經過所述第五穩壓模塊轉化為1.1V數字電源輸出，所述電源輸入接口第二路經過隔離濾波電路後送入第六穩壓模塊中，經過所述第六穩壓模塊轉換為5V模擬電源輸出，在所述5V模擬電源的輸出埠上還分別連接有第七穩壓模塊和第八穩壓模塊，5V模擬電源經過第七穩壓模塊轉換為3.3V模擬電源輸出，5V模擬電源經過第八穩壓模塊轉換為1.8V模擬電源輸出，所述電源輸入接口引入的12V直流電源還為射頻模塊的發射通道和接收通道提供工作電源。
[0038]在具體實施過程中，所述第一穩壓模塊和第六穩壓模塊均選用型號為ADP2303的電源晶片，所述第二穩壓模塊和第七穩壓模塊均選用型號為ADP3339的電源晶片，所述第三穩壓模塊選用型號為TPS79625的電源晶片，所述第四穩壓模塊和第八穩壓模塊均選用型號為TPS79618的電源晶片,所述第五穩壓模塊選用型號為ADP1706的電源晶片，其中第一穩壓模塊、第二穩壓模塊、第三穩壓模塊、第四穩壓模塊以及第五穩壓模塊的接地端均與數字地相連，第六穩壓模塊、第七穩壓模塊以及第八穩壓模塊的接地端均與模擬地相連。
[0039]為了保證隔離效果，所述隔離濾波電路是由一個電感元件和至少一個電容元件組成的LC濾波電路，其中電容元件設置在輸出端與模擬地之間。
[0040]在網絡接入過程中，當該通信終端作為可攜式移動終端時，所述ARM模塊與流媒體設備或/和傳感器設備相連，用於獲取救援人員的應急通信信息；當該通信終端作為基站終端時，所述ARM模塊通過LAN 口與計算機相連，用於實現應急信息的遠程傳輸。
[0041]如圖7所示，結合上述電力應急通信終端的硬體設備，其具體的組網方法如下:首先，在每個救援人員身上配置一個通信終端作為可攜式移動終端，並在該通信終端的ARM模塊上連接流媒體設備或/和傳感器設備，獲取救援人員的應急通信信息；在應急通信車上配置一個通信終端作為基站終端，並將該通信終端的ARM模塊與應急通信車上的計算機連接；可攜式移動終端通過一跳或多跳的方式與基站終端相連，各個可攜式移動終端與基站終端採用無線Ad hoc網絡進行組網，基站終端再通過應急通信車上的計算機實現遠程數據傳輸。
[0042]為了實現多種應急通信網絡的融合，所述應急通信車上配置有衛星通信設備、集群通信設備、微波通信設備以及短波通信設備。
[0043]最後需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明技術方案而非限制技術方案，儘管 申請人:參照較佳實施例對本發明作了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，那些對本發明技術方案進行的修改或者等同替換，不能脫離本技術方案的宗旨和範圍，均應涵蓋在本發明權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.一種電力應急通信終端，其特徵在於:設置有信號處理板和射頻板，所述信號處理板中設置有ARM模塊和FPGA模塊； 所述ARM模塊用於實現數據加解密以及系統網絡管理； 所述FPGA模塊用於實現基帶信號處理，包括OFDM調製解調、信道編碼解碼以及數據幀的組裝與拆分； 在所述FPGA模塊的輸入端設置有AD轉換單元，該AD轉換單元與所述射頻板上的無線接收通道相連，在所述FPGA模塊的輸出端設置有DA轉換單元，該DA轉換單元與所述射頻板上的無線發射通道相連，所述無線接收通道與所述無線發射通道還經過雙工器連接在射頻天線上； 所述FPGA模塊與所述射頻板之間還設置有一條TDD切換控制信號線，該TDD切換控制信號線用於向所述射頻板提供時分雙工控制信號，同時，該FPGA模塊與所述射頻板之間還設置有數控衰減器，FPGA模塊通過該數控衰減器向所述射頻板中的運算放大器提供增益控制信號。
2.根據權利要求1所述的電力應急通信終端，其特徵在於:所述ARM模塊與FPGA模塊共用一個晶振，該晶振的頻率為20MHz，頻率準確度為±lppm。
3.根據權利要求1所述的電力應急通信終端，其特徵在於:所述AD轉換單元採用AD6655集成晶片，所述DA轉換單元採用AD9957集成晶片。
4.根據權利要求1所述的電力應急通信終端，其特徵在於:還設置有電源模塊，該電源模塊設置有電源輸入接口，該電源輸入接口從外部電源引入12V直流電源，電源輸入接口第一路經過第一穩壓模塊轉化為5V數字電源輸出，在5V數字電源輸出埠上還連接有第二穩壓模塊，經過第二穩壓模塊轉化為3.3V數字電源輸出，在3.3V數字電源輸出埠上還分別連接有第三穩壓模塊、第四穩壓模塊和第五穩壓模塊，3.3V數字電源經過所述第三穩壓模塊轉化為2.5V數字電源輸出，經過所述第四穩壓模塊轉化為1.8V數字電源輸出，經過所述第五穩壓模塊轉化為1.1V數字電源輸出，所述電源輸入接口第二路經過隔離濾波電路後送入第六穩壓模塊中，經過所述第六穩壓模塊轉換為5V模擬電源輸出，在所述5V模擬電源的輸出埠上還分別連接有第七穩壓模塊和第八穩壓模塊，5V模擬電源經過第七穩壓模塊轉換為3.3V模擬電源輸出，5V模擬電源經過第八穩壓模塊轉換為1.8V模擬電源輸出，所述電源輸入接口引入的12V直流電源還為射頻模塊的發射通道和接收通道提供工作電源。
5.根據權利要求4所述的電力應急通信終端，其特徵在於:所述第一穩壓模塊和第六穩壓模塊均選用型號為ADP2303的電源晶片，所述第二穩壓模塊和第七穩壓模塊均選用型號為ADP3339的電源晶片，所述第三穩壓模塊選用型號為TPS79625的電源晶片，所述第四穩壓模塊和第八穩壓模塊均選用型號為TPS79618的電源晶片，所述第五穩壓模塊選用型號為ADP1706的電源晶片,其中第一穩壓模塊、第二穩壓模塊、第三穩壓模塊、第四穩壓模塊以及第五穩壓模塊的接地端均與數字地相連，第六穩壓模塊、第七穩壓模塊以及第八穩壓模塊的接地端均與模擬地相連。
6.根據權利要求4所述的電力應急通信終端，其特徵在於:所述隔離濾波電路是由一個電感元件和至少一個電容元件組成的LC濾波電路，其中電容元件設置在輸出端與模擬地之間。
7.根據權利要求1所述的電力應急通信終端，其特徵在於:當該通信終端作為可攜式移動終端時，所述ARM模塊與流媒體設備或/和傳感器設備相連，用於獲取救援人員的應急通信信息；當該通信終端作為基站終端時，所述ARM模塊通過LAN 口與計算機相連，用於實現應急信息的遠程傳輸。
8.—種如權利要求1所述的電力應急通信終端的組網方法，其特徵在於:在每個救援人員身上配置一個通信終端作為可攜式移動終端，並在該通信終端的ARM模塊上連接流媒體設備或/和傳感器設備，獲取救援人員的應急通信信息；在應急通信車上配置一個通信終端作為基站終端，並將該通信終端的ARM模塊與應急通信車上的計算機連接；可攜式移動終端通過一跳或多跳的方式與基站終端相連，各個可攜式移動終端與基站終端採用無線Ad hoc網絡進行組網，基站終端再通過應急通信車上的計算機實現遠程數據傳輸。
9.根據權利要求8所述的電力應急通信終端的組網方法，其特徵在於:所述應急通信車上配置有 衛星通信設備、集群通信設備、微波通信設備以及短波通信設備。
【文檔編號】H04W88/02GK103986233SQ201410208681
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月16日 優先權日:2014年5月16日
【發明者】劉孝先, 徐鬱, 吳維農, 肖靜薇, 陳柯 申請人:國家電網公司, 國網重慶市電力公司信息通信分公司