一種雙模多頻電力線載波數據機的製作方法

2023-05-03 22:52:06 1

專利名稱：一種雙模多頻電力線載波數據機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力線通信領域，特別涉及一種電力線通信中使用的數據機 (MODEM)，該數據機具有移頻健控(FSK)和移相鍵控(BSK)雙模調製方式同時具備有多 頻調製解調能力。
背景技術：
電力線載波Power Line Carrier-PLC通信是利用電力線作為信息傳輸媒介進行 語音或數據傳輸的一種特殊通信方式。電力通信網是為了保證電力系統的安全穩定運行應 運而生的，它同電力系統的安全穩定控制系統調度自動化系統被人們合稱為電力系統安全 穩定運行的三大支柱。目前它更是電網調度自動化網絡運營市場化和管理現代化的基礎， 是確保電網安全穩定經濟運行的重要手段，是電力系統的重要基礎設施。由於電力通信網 對通信的可靠性，保護控制信息傳送的快速性和準確性具有及嚴格的要求，並且電力部門 擁有發展通信的特殊資源優勢。因此，世界上大多數國家的電力公司都以自建為主的方式 建立了電力系統專用通信網。長期以來電力線載波通信網一直是電力通信網的基礎網絡， 目前在長達670000km的35kV以上電壓等級的輸電線路上，多數已開通電力線載波通道。形 成了龐大的電力線載波通信網，該網絡主要用於地市級或以下供電部門構成面向終端變電 站及大用戶的調度通信遠動及綜合自動化通道使用。近年來在低壓線路上用於自動抄表應 用的電力線載波網絡也已開始普及，國家電網公司計劃改造6000萬隻具有遠程通訊能力 的智能電錶，其主導通訊技術就是電力線載波技術。電力線數據機(MODEM)在電力線發送方基帶信號調製到載波上，在接收方將 載波上調製的基帶信號解調，還原成基帶信號，是電力線通信的重要通信接口(DCE)設備， 目前主流電力線載波技術主要有兩種調製方式，即移頻鍵控(FSK)和移相鍵控(PSK)。經過 多年的發展，這兩種技術都有大規模的應用，已經形成了並存的局面。然而，PSK和FSK的 電力線載波產品因物理層不同，無法做到互聯互通，在一定程度上影響了用戶的使用。隨著國內電網大規模鋪開電力線載波抄表系統的建設，兩種不同制式的載波不得 不分別招標和分開部署，維護難度很大。實用新型內容為克服目前電力線載波數據機中兩種主要調製方式，即FSK和PSK調製方式 不能互聯互通的缺陷，本實用新型提供一種雙模式多頻載波的數據機，該數據機 可以在物理層上同時支持FSK和PSK制式，並且能做到兩個頻點完全獨立，即能夠與現有系 統兼容，又可以大大提高通訊抗幹擾能力。本實用新型的數據機的技術方案是一種雙模多頻電力線載波數據機， 包括FSK調製解調單元和PSK調製解調單元，還包括與所述的FSK調製解調單元和PSK調 制解調單元相連的微處理器，所述的FSK調製解調單元和PSK調製解調單元具有獨立的時 鍾信號源。進一步的，上述的雙模多頻電力線載波數據機中所述的時鐘信號源包括第
3一時鐘和第二時鐘，所述的第一時鐘為PSK信道的參考時鐘，所述的第二時鐘為FSK信道的 參考時鐘。更進一步的，上述的雙模多頻電力線載波數據機中所述的第一時鐘為所述 的微處理器的時鐘源。更進一步的，上述的雙模多頻電力線載波數據機中所述的第二時鐘為所述 的微處理器的時鐘源。採用本方案的電力線載波數據機產品可以和現有的FSK和PSK制式產品互聯 互通，用戶在採購和招標時不再需要因為制式不同而分別採購，分開安裝和管理，能大大節 省維護成本。本技術方案是一種多頻技術，在電力線上存在一定頻率幹擾時，採用本技術的 產品可以自動切換到另一個信道通訊，因此抗幹擾性能比單模單頻產品有顯著提高。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作較為詳細的描述。

圖1為本實用新型數據機結構框圖。圖2為本實用新型實施例解調單元結構框圖。圖3為本實用新型實施例2產品結構框圖。
具體實施方式
實施例1、如圖1所示，本實施例是一種在電力線上進行通信時使用的調製解調 器，該數據機具有FSK和PSK兩種模式的調製和解調方式，且是一種多頻的調製解調 器，是一種FSK和PSK雙模多頻電力線載波數據機，包括FSK調製解調單元和PSK調製 解調單元，本實施例中，還包括通過軟體實現仲裁機制和橋接機制的微處理器，所述的FSK 調製解調單元和PSK調製解調單元具有獨立的時鐘信號源。本實施例的雙模式的核心是 同時支持兩種不同頻率的時鐘系統，分別作為FSK和PSK的參考時鐘，這樣才能做到兩個頻 率，兩種制式的獨立性，即頻點和帶寬都是不同的。本實施例中，時鐘單元由第一時鐘和第 二時鐘組成，第一時鐘為PSK信道的參考時鐘，第二時鐘為FSK信道的參考時鐘。在上述第 一時鐘和第二時鐘中設定一個為主時鐘為微處理器提供時鐘，如圖1所示，主時鐘是以微 處理器提供時鐘命名的，可以是第一時鐘，也可以是第二時鐘，在本實施例中，主副時鐘只 是為了稱呼方便，兩個時間是相互獨立的，沒有主從關係，第一時鐘可以同時為微處理器和 PSK信道提供時鐘信號，第一時鐘可以同時為微處理器和FSK信道提供時鐘信號，第二時鐘 可以同時為微處理器和PSK信道提供時鐘信號，第二時鐘可以同時為微處理器和FSK信道 提供時鐘信號，如圖1所示，兩個時鐘相互獨立。本實施例中，採用專用微控制器MCU對兩個獨立時鐘系統和調製解調單元進行軟 件分時切換，從而實現兩個完全獨立的FSK和PSK信道。MCU設置了軟體仲裁機制，防止一 個信道佔用時間過長影響到另一個信道的工作。同時，MCU還實現了橋接機制，可以將一個 信道上的數據轉換到另一個信道上，實現類似網橋的功能。綜合上述結構，本實施例在物理層上實現了對現有電力線載波MODEM的兼容，同 時提供更好的抗幹擾性能。時鐘單元雙模式的核心是同時支持兩種不同頻率的時鐘系統，就是上面說的第
4一時鐘和第二時鐘，分別作為FSK和PSK的參考時鐘，這樣才能做到兩個頻率，兩種制式的 獨立性，即頻點和帶寬都是不同的。時鐘單元由主時鐘和副時鐘組成，兩個時鐘分別為PSK 和FSK信道提供獨立的參考時鐘，而主時鐘可同時作為MCU的運行時鐘。如圖1所示，主晶振所產生時鐘是主時鐘，為PSK參考時鐘，而副時鐘即另外一個 由外部時鐘源提供，做FSK參考時鐘。時鐘主要用於混頻時鐘和發送時鐘。圖示兩個時鐘 是完全獨立的，由獨立的源和分頻邏輯產生，保證兩個信道的獨立性。調製解調單元如圖2所示實現PSK和FSK的調製解調。兩個獨立的AFE (Analog Front End)模擬前端分別對FSK和PSK載波進行數字變頻和濾波。這種做法保證了 FSK和 PSK信道獨立，有不同的頻點和帶寬。MCU軟體實現的仲裁機制和橋接機制仲裁機制在接收時分時查詢兩個信道的數 據，跟據鎖定的隨機碼匹配情況，動態決定優先級，當隨機碼完全鎖定後，即開始當前信道 的接收。仲裁機制可以防止在一個信道上佔用了過多時間，影響另外一個信道的判別。橋 接機制可以在需要時將FSK信道和PSK信道連接起來，把一邊的數據翻譯到另一邊，從而實 現兩個信道的互聯互通。本實施例的特徵本實用新型由一個雙時鐘系統分別提供PSK和FSK的參考時鐘，依靠專用微控制 器軟體實現兩個調製信道的信號鎖定和信道仲裁，並可以將兩個不同制式的信道數據相互 轉換，真正做到互聯互通。本實施例中，微處理器的仲裁機制通過分時復用和偽隨機碼捕獲實現來實現兩個 信道的仲裁。PSK和FSK信道根據碼速率不同來分配不同的時間片，當某一個信道捕獲到正 確的碼型，此信道自動升級為主信道。橋接機制把一個信道上接收的碼元轉換成另一個信道的碼元，並且重新匹配碼速 率進行發送，使兩種不同制式的載波裝置實現互聯互通。如圖3所示是一種具體的FSK和PSK雙模多頻電力線載波數據機。AFE模擬 前端使用AFE3361，為通用FM收音機接收模擬前端。主時鐘採用19. 2M晶振產生，同時作為PSK參考時鐘，PSK中心頻率為120K。副時鐘源採用單片機78F9202，主頻10M，輸出時鐘作為FSK時鐘，FSK中心頻率 270K。主控MCU採用NP3250，CISC內核，內置PSK和FSK解調邏輯，具有外部時鐘輸入的 定時器。PSK信道採用480K陶瓷濾波器，FSK信道採用455K陶瓷濾波器。
權利要求一種雙模多頻電力線載波數據機，包括FSK調製解調單元和PSK調製解調單元，其特徵在於還包括分別與所述的FSK調製解調單元和PSK調製解調相連的微處理器，所述的FSK調製解調單元和PSK調製解調單元具有獨立的時鐘信號源。
2.根據權利要求1所述的雙模多頻電力線載波數據機，其特徵在於所述的時鐘 信號源包括第一時鐘和第二時鐘，所述的第一時鐘為PSK信道的參考時鐘，所述的第二時 鍾為FSK信道的參考時鐘。
3.根據權利要求2所述的雙模多頻電力線載波數據機，其特徵在於所述的第一 時鐘為所述的微處理器的時鐘源。
4.根據權利要求2所述的雙模多頻電力線載波數據機，其特徵在於所述的第二 時鐘為所述的微處理器的時鐘源。
專利摘要本實用新型提供了FSK和PSK雙模多頻電力線載波數據機，包括FSK調製解調單元和PSK調製解調單元，還包括通過軟體實現仲裁機制和橋接機制的微處理器，所述的FSK調製解調單元和PSK調製解調單元具有獨立的時鐘信號源。採用本方案的電力線載波數據機產品可以和現有的FSK和PSK制式產品互聯互通，用戶在採購和招標時不再需要因為制式不同而分別採購，分開安裝和管理，能大大節省維護成本。本技術方案是一種多頻技術，在電力線上存在一定頻率幹擾時，採用本技術的產品可以自動切換到另一個信道通訊，因此抗幹擾性能比單模單頻產品有顯著提高。
文檔編號H04L27/32GK201750437SQ20102016594
公開日2011年2月16日 申請日期2010年4月16日 優先權日2010年4月16日
發明者楊永, 祝文聞 申請人:龔黎