专利名称：低压电力线载波的调制解调设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及通信领域，更具体地说，涉及一种低压电力线载波的调制解调设备。
背景技术：
电力线通信(Power Line Communication，简称PLC)技术是利用现有的几乎无所不在的电力线作为通信载体，在不需要重新布线的基础上，在现有的电力线上实现信息传输的技术。该技术是将载有信息的高频信号加载于电力线上，然后用电力线进行传输，接收信息的调制解调器再将信号从杂乱的信息中分离出来，以实现信息的传递。然而，低压电力线上的信号衰减特性和干扰特性非常复杂，而且随机性和时变性大，如何用准确的解析式或数学模型加以描述成为电力线载波通信领域的科研难题。因此对低压电力线载波通信设备的设计提出了很高的要求，既要求其有很好的自适应能力，又要求有合理的性价比。同时，在国家规定的40-500kHz的电力线载波频率中，从衰减变化的趋势来看，我国IOOkHz以下的信号衰减较小，但受50Hz的工频谐波影响较大；150kHz以上的信号衰减较大，但受50Hz的工频谐波影响较小；而100kHz-150kHz频段的信号的情况处于两者之间。在低压电力线载波通信中，能提供一种适合我国电力线特点的、克服电力线的强衰减和强干扰问题的、通信可靠且切实可行的调制解调设备，是载波通信技术领域内的一个重要课题。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷，提出一种低压电力线载波的调制解调设备，用以克服电力线的强衰减和强干扰问题。为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种低压电力线载波的调制解调设备，包括调制模块、解调模块以及用于控制所述调制模块和所述解调模块的收发控制模块；所述调制模块包括差分编码电路，直序扩频电路，调制电路以及功率放大电路； 所述差分编码电路与所述直序扩频电路连接，所述直序扩频电路与所述调制电路连接，所述调制电路与所述功率放大电路连接；所述解调模块包括模拟混频器，低通滤波电路，限幅放大电路，数字下变频电路， 采用串并混合捕获方法的同步捕获电路，功率检测电路，同步解扩电路以及差分解码电路； 所述模拟混频器与所述低通滤波电路连接，所述低通滤波电路与所述限幅放大电路连接， 所述限幅放大电路与所述数字下变频电路连接，所述数字下变频电路与所述同步捕获电路连接，所述同步捕获电路与所述功率检测电路连接，所述功率检测电路与所述同步解扩电路连接，所述同步解扩电路与所述差分解码电路连接。进一步的，所述低压电力线载波的调制解调设备还包括伪随机码及数据同步发生电路和载波频率发生电路；所述伪随机码及数据同步发生电路与所述直序扩频电路、所述数字下变频电路、所述同步捕获电路、所述同步解扩电路和所述差分解码电路连接，所述载波频率发生电路与所述收发控制模块、所述调制电路和所述模拟混频器连接。进一步的，所述直序扩频电路集成了三通道伪随机码，长度分别为127，63及15 位。进一步的，所述模拟混频器为吉尔伯特的电路结构形式。进一步的，所述限幅放大电路为五级限幅放大电路。本实用新型采用模拟混频器和限幅放大电路，提高了信号的接收灵敏度，采用串并混合捕获方法的同步捕获电路，提高了系统同步的准确性，采用基带扩频通信技术能在很大程度上克服电力线的强衰减和强干扰的问题，大大提供通信系统的生存能力。
图1为本实用新型提供的低压电力线载波的调制解调设备一实施例的原理框图；图2为本实用新型应用于电力线系统的原理框图。
具体实施方式
本实用新型提供的低压电力线载波的调制解调设备采用基带扩频通信技术进行调制和解调，其核心思想包括调制模块、解调模块以及用于控制所述调制模块和所述解调模块的收发控制模块；所述调制模块包括差分编码电路，直序扩频电路，调制电路以及功率放大电路；所述差分编码电路与所述直序扩频电路连接，所述直序扩频电路与所述调制电路连接，所述调制电路与所述功率放大电路连接；所述解调模块包括模拟混频器，低通滤波电路，限幅放大电路，数字下变频电路，采用串并混合捕获方法的同步捕获电路，功率检测电路，同步解扩电路以及差分解码电路；所述模拟混频器与所述低通滤波电路连接， 所述低通滤波电路与所述限幅放大电路连接，所述限幅放大电路与所述数字下变频电路连接，所述数字下变频电路与所述同步捕获电路连接，所述同步捕获电路与所述功率检测电路连接，所述功率检测电路与所述同步解扩电路连接，所述同步解扩电路与所述差分解码电路连接。本实用新型采用模拟混频器和限幅放大电路，提高了信号的接收灵敏度，采用串并混合捕获方法的同步捕获电路，提高了系统同步的准确性，采用基带扩频通信技术能在很大程度上克服电力线的强衰减和强干扰的问题，大大提供通信系统的生存能力。
以下结合附图及优选实施方式对本实用新型技术方案进行详细说明。图1为本实用新型提供的低压电力线载波的调制解调设备一实施例的原理框图。 如图1所示，该调制解调设备1包括调制模块10、解调模块20以及收发控制模块30，该收发控制模块30用于控制调制模块10和解调模块20。该调制模块10包括差分编码电路11，直序扩频电路12，调制电路13以及功率放大电路14 ；其中，差分编码电路11与直序扩频电路12连接，直序扩频电路12与调制电路 13连接，调制电路13与功率放大电路14连接。该解调模块20包括模拟混频器21，低通滤波电路22，限幅放大电路23，数字下变频电路对，采用串并混合捕获方法的同步捕获电路25，功率检测电路26，同步解扩电路 27以及差分解码电路观；其中，模拟混频器21与低通滤波电路22连接，低通滤波电路22 与限幅放大电路23连接，限幅放大电路23与数字下变频电路M连接，数字下变频电路M与同步捕获电路25连接，同步捕获电路25与功率检测电路沈连接，功率检测电路沈与同步解扩电路27连接，同步解扩电路27与差分解码电路观连接。进一步的，本实用新型还包括伪随机码及数据同步发生电路40和载波频率发生电路50 ；其中，伪随机码及数据同步发生电路40与直序扩频电路12、数字下变频电路24、 同步捕获电路25、同步解扩电路27和差分解码电路观连接，载波频率发生电路50与收发控制模块30、调制电路13和模拟混频器21连接。该设备的调制解调包括发送和接收两个过程，由单片机2和3进行控制，可通过接口电路配置发送/接收状态。当设备配置为发送状态时，收发控制模块30为低电平逻辑， 单片机2在同步信号的作用下将要传输的原始信号加载到差分编码电路11上，差分编码电路11对该信号进行差分编码；直序扩频电路12采用伪随机码及数据同步发生电路40产生的伪随机码(如PN码)对差分编码后的信号进行直序扩频；直序扩频后的信号通过载波频率发生电路50产生的120KHz载波信号经调制电路13调制处理后得到调制信号；该调制信号经过功率放大电路14的放大处理后送给耦合装置4，耦合装置4将信号耦合到低压电力线6上进行传输。本实施例中，直序扩频电路12集成了三通道伪随机码，长度分别为127，63及15 位。也即，直序扩频电路12可根据不同情况，采用不同长度的伪随机码进行直序扩频，三通道伪随机码可以通过接口电路进行切换。举例来说，当电力线通信环境良好时，可以采用15 位伪随机码进行直序扩频；当电力线通信环境一般时，可以采用63位伪随机码进行直序扩频；当电力线通信环境较差时，可以采用127位伪随机码进行直序扩频。采用这种直序扩频方式，适应于我国国内民用及工业电网实情。当设备配置为接收状态时，收发控制模块30为高电平逻辑。低压电力线6上的信号经耦合装置5耦合进来后，高精度的模拟混频器21将该信号与载波频率发生电路50产生的600KHz的时钟信号混频产生480KHz的中频信号，优选地，该高精度的模拟混频器21 可为吉尔伯特的电路结构形式；低通滤波电路22将中频信号进行滤波，滤除带外的干扰和噪声，后经限幅放大电路23 (优选为五级限幅放大电路)限幅放大处理后，再通过数字下变频电路对将4801(泡的中频信号转换为120KHz的低频信号；该低频信号经同步捕获电路25 进行同步捕获，该同步捕获电路25采用的捕获方法为串并混合捕获方法；当通信系统同步后，经过功率检测电路26、同步解扩电路27和差分解码电路观恢复出通信系统所传输的原始信号，该原始信号在同步信号下降沿的作用下将差分解码出的信号传输给单片机3。具体地说，同步捕获电路25中起捕获作用的电路由两个相关器、加法器、门限寄存器以及比较器组成。接收的信号与本地伪随机序列产生的相位差为一个PN码片的两个 PN码序列分别相乘后再积分，即求出它们的互相关值，然后与门限寄存器中的门限值进行比较，以判断是否已捕获到有用信号。同步捕获电路25采用这种捕获方法一方面可以增加捕获的速度，另一方面也不会给硬件资源造成较大负担。当捕获到同步信号后，即收发PN 码相位差在半个码元以内时，同步捕获电路25转入保持同步阶段，即跟踪状态。同步跟踪采用延迟锁相环的方法，在进入跟踪状态后，跟踪过程都是闭环运行的，两端相位发生差别时，环路能根据误差大小进行自动调整以减小误差。图2为本实用新型应用于电力线系统的原理框图。如图2所示，在主站100和从站200分别设置一个上述实施例提供的调制解调设备，主站100和从站200的调制解调设备分别通过耦合装置300和400与低压电力线500连接。本实用新型提供的低压电力线载波的调制解调设备针对低压电力线配电网的高噪声、高衰减和信号失真的特点，采用基带扩频通信技术，在很大程度上克服电力线的强衰减和强干扰的问题，大大提供通信系统的生存能力；该设备采用模拟混频器和限幅放大电路，提高了信号的接收灵敏度，采用串并混合捕获方法的同步捕获电路，提高了系统同步的准确性，又可使通信距离增大，通信系统的成本降低。本实用新型提供的设备具有载波频率可调的能力，在保证通信可靠的前提下，可根据不同的电力线环境选择合适的载波通信频率。本实用新型提供的设备还具有数据同步捕获快、硬件电路结构简单的优点。本实用新型提供的低压电力线载波的调制解调设备在各种复杂的电力线环境下都具有抗干扰能力强、接收灵敏度高的特点，可广泛地应用于电力线载波集中抄表系统中， 无需重新布线，解决了低压电力线载波抄表一次抄表成功率低的难题。最后，需要注意的是以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种低压电力线载波的调制解调设备，其特征在于，包括调制模块、解调模块以及用于控制所述调制模块和所述解调模块的收发控制模块；所述调制模块包括差分编码电路，直序扩频电路，调制电路以及功率放大电路；所述差分编码电路与所述直序扩频电路连接，所述直序扩频电路与所述调制电路连接，所述调制电路与所述功率放大电路连接；所述解调模块包括模拟混频器，低通滤波电路，限幅放大电路，数字下变频电路，采用串并混合捕获方法的同步捕获电路，功率检测电路，同步解扩电路以及差分解码电路；所述模拟混频器与所述低通滤波电路连接，所述低通滤波电路与所述限幅放大电路连接，所述限幅放大电路与所述数字下变频电路连接，所述数字下变频电路与所述同步捕获电路连接，所述同步捕获电路与所述功率检测电路连接，所述功率检测电路与所述同步解扩电路连接，所述同步解扩电路与所述差分解码电路连接。
2.根据权利要求1所述的低压电力线载波的调制解调设备，其特征在于，还包括伪随机码及数据同步发生电路和载波频率发生电路；所述伪随机码及数据同步发生电路与所述直序扩频电路、所述数字下变频电路、所述同步捕获电路、所述同步解扩电路和所述差分解码电路连接，所述载波频率发生电路与所述收发控制模块、所述调制电路和所述模拟混频器连接。
3.根据权利要求1或2所述的低压电力线载波的调制解调设备，其特征在于，所述直序扩频电路集成了三通道伪随机码，长度分别为127，63及15位。
4.根据权利要求1或2所述的低压电力线载波的调制解调设备，其特征在于，所述模拟混频器为吉尔伯特的电路结构形式。
5.根据权利要求1或2所述的低压电力线载波的调制解调设备，其特征在于，所述限幅放大电路为五级限幅放大电路。
专利摘要本实用新型公开了一种低压电力线载波的调制解调设备，包括调制模块、解调模块以及用于控制所述调制模块和所述解调模块的收发控制模块；所述调制模块包括差分编码电路，直序扩频电路，调制电路以及功率放大电路；所述解调模块包括模拟混频器，低通滤波电路，限幅放大电路，数字下变频电路，采用串并混合捕获方法的同步捕获电路，功率检测电路，同步解扩电路以及差分解码电路。本实用新型采用模拟混频器和限幅放大电路，提高了信号的接收灵敏度，采用串并混合捕获方法的同步捕获电路，提高了系统同步的准确性，采用基带扩频通信技术能在很大程度上克服电力线的强衰减和强干扰的问题，大大提供通信系统的生存能力。
文档编号H04B3/54GK201957017SQ20112002646
公开日2011年8月31日 申请日期2011年1月25日 优先权日2011年1月25日
发明者徐名扬, 赵新毅 申请人:西安深亚电子有限公司