电力应急通信终端及其组网方法
【专利摘要】本发明公开一种电力应急通信终端及其组网方法，其硬件电路设置有信号处理板和射频板，信号处理板中设置有ARM模块和FPGA模块；当该通信终端作为便携式移动终端时，ARM模块与流媒体设备或/和传感器设备相连，用于获取救援人员的应急通信信息；当该通信终端作为基站终端时，ARM模块通过LAN口与计算机相连，用于实现应急信息的远程传输。其效果是：电路原理简单，通过FPGA和ARM芯片结合，既满足了OFDM通信高速运算的需求，又简化了硬件电路结构，满足应急通信设备便携式需要，通过Ad?hoc网络组网，保证本地便携式移动终端与基站终端的数据传输，再通过多种应急通信网络的融合，保证了网络的稳定性和顽健性好。
【专利说明】电力应急通信终端及其组网方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及应急通信技术，具体地讲，是一种电力应急通信终端及其组网方法。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的发展以及电力生产需要的快速增长，电力系统中的各种突发紧急事故也日益复杂，现有的电力应急通信体系亟待进一步完善。
[0003]目前的电力应急通信系统虽然达到一定规模，也具备了一定的应急指挥能力。但大多还处于初级发展阶段，其技术手段相对落后，通信网络的自组织能力和生存性较低，对公共基础通信设施的依赖性较强。由于公共基础设施在紧急状态下具有软、硬瘫痪的风险，现有的电力应急通信系统已经逐步将短波通信、卫星通信、微波通信以及专用集群通信等系统进行了有效融合。
[0004]随着各种通信方式的融合，其通信终端的信号处理电路也越来越复杂，设备的体积也越来越庞大，对于应急通/[目而目，难以满足便携式和小型化的需要。
【发明内容】
[0005]针对上述问题,本发明提供一种电力应急通信终端,通过FPGA和ARM芯片结合，既满足了 OFDM通信高速运算的需求，又简化了硬件电路结构，满足应急通信设备便携式需要。
[0006]为了达到上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下:
[0007]—种电力应急通信终端，其关键在于:设置有信号处理板和射频板，所述信号处理板中设置有ARM模块和FPGA模块；
[0008]所述ARM模块用于实现数据加解密以及系统网络管理；
[0009]所述FPGA模块用于实现基带信号处理，包括OFDM调制解调、信道编码译码以及数据帧的组装与拆分；
[0010]在所述FPGA模块的输入端设置有AD转换单元，该AD转换单元与所述射频板上的无线接收通道相连，在所述FPGA模块的输出端设置有DA转换单元，该DA转换单元与所述射频板上的无线发射通道相连，所述无线接收通道与所述无线发射通道还经过双工器连接在射频天线上；
[0011]所述FPGA模块与所述射频板之间还设置有一条TDD切换控制信号线，该TDD切换控制信号线用于向所述射频板提供时分双工控制信号，同时，该FPGA模块与所述射频板之间还设置有数控衰减器，FPGA模块通过该数控衰减器向所述射频板中的运算放大器提供增益控制信号。
[0012]作为进一步描述，所述ARM模块与FPGA模块共用一个晶振，该晶振的频率为20MHz，频率准确度为±lppm。
[0013]再进一步描述，所述AD转换单元采用AD6655集成芯片，所述DA转换单元采用AD9957集成芯片。[0014]为了满足终端设备各种电源需要，该通信终端还设置有电源模块，该电源模块设置有电源输入接口，该电源输入接口从外部电源引入12V直流电源，电源输入接口第一路经过第一稳压模块转化为5V数字电源输出，在5V数字电源输出端口上还连接有第二稳压模块，经过第二稳压模块转化为3.3V数字电源输出，在3.3V数字电源输出端口上还分别连接有第三稳压模块、第四稳压模块和第五稳压模块，3.3V数字电源经过所述第三稳压模块转化为2.5V数字电源输出，经过所述第四稳压模块转化为1.8V数字电源输出，经过所述第五稳压模块转化为1.1V数字电源输出，所述电源输入接口第二路经过隔离滤波电路后送入第六稳压模块中，经过所述第六稳压模块转换为5V模拟电源输出，在所述5V模拟电源的输出端口上还分别连接有第七稳压模块和第八稳压模块，5V模拟电源经过第七稳压模块转换为3.3V模拟电源输出，5V模拟电源经过第八稳压模块转换为1.8V模拟电源输出，所述电源输入接口引入的12V直流电源还为射频模块的发射通道和接收通道提供工作电源。
[0015]为了满足各级电源输出的稳定性，所述第一稳压模块和第六稳压模块均选用型号为ADP2303的电源芯片，所述第二稳压模块和第七稳压模块均选用型号为ADP3339的电源芯片，所述第三稳压模块选用型号为TPS79625的电源芯片，所述第四稳压模块和第八稳压模块均选用型号为TPS79618的电源芯片,所述第五稳压模块选用型号为ADP1706的电源芯片，其中第一稳压模块、第二稳压模块、第三稳压模块、第四稳压模块以及第五稳压模块的接地端均与数字地相连，第六稳压模块、第七稳压模块以及第八稳压模块的接地端均与模拟地相连。
[0016]为了减少电源对系统造成的干扰，所述隔离滤波电路是由一个电感元件和至少一个电容元件组成的LC滤波电路，其中电容元件设置在输出端与模拟地之间。
[0017]结合电力应急通信的需要，当该通信终端作为便携式移动终端时，所述ARM模块与流媒体设备或/和传感器设备相连，用于获取救援人员的应急通信信息；当该通信终端作为基站终端时，所述ARM模块通过LAN 口与计算机相连，用于实现应急信息的远程传输。
[0018]为了提高应急通信网络的覆盖范围，保证网络的顽健性，本发明还提供了一种电力应急通信终端的组网方法，结合上述电力应急通信终端，在每个救援人员身上配置一个通信终端作为便携式移动终端，并在该通信终端的ARM模块上连接流媒体设备或/和传感器设备，获取救援人员的应急通信信息；在应急通信车上配置一个通信终端作为基站终端，并将该通信终端的ARM模块与应急通信车上的计算机连接；便携式移动终端通过一跳或多跳的方式与基站终端相连，各个便携式移动终端与基站终端采用无线Ad hoc网络进行组网，基站终端再通过应急通信车上的计算机实现远程数据传输。
[0019]为了结合多种通信方式，保障信息畅通，所述应急通信车上配置有卫星通信设备、集群通信设备、微波通信设备以及短波通信设备。
[0020]本发明的显著效果是:
[0021]电路原理简单，通过FPGA和ARM芯片结合，既满足了 OFDM通信高速运算的需求，又简化了硬件电路结构，满足应急通信设备便携式需要，通过Ad hoc网络组网，保证本地便携式移动终端与基站终端的数据传输，再通过卫星通信设备、集群通信设备、微波通信设备以及短波通信设备等设备的融合，保证了远程通信，终端设备实施容易，网络组建迅速，网络的稳定性和顽健性好。【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明的电路原理框图；
[0023]图2为图1中ARM模块的外围扩展电路；
[0024]图3为图1中FPGA模块的外围扩展电路；
[0025]图4为图1中发射通道的电路原理框图；
[0026]图5为图1中接收通道的电路原理框图；
[0027]图6为图1中电源模块的电路原理框图；
[0028]图7为本发明应急通信系统的网络拓扑结构图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
[0030]如图1-图3所示，一种电力应急通信终端，设置有信号处理板和射频板，所述信号处理板中设置有ARM模块和FPGA模块；
[0031]所述ARM模块用于实现数据加解密以及系统网络管理；
[0032]所述FPGA模块用于实现基带信号处理，包括OFDM调制解调、信道编码译码以及数据帧的组装与拆分；
[0033]在所述FPGA模块的输入端设置有AD转换单元，该AD转换单元采用AD6655集成芯片并与所述射频板上的无线接收通道相连，在所述FPGA模块的输出端设置有DA转换单元，该DA转换单元采用AD9957集成芯片并与所述射频板上的无线发射通道相连，所述无线接收通道与所述无线发射通道还经过双工器连接在射频天线上；
[0034]所述FPGA模块与所述射频板之间还设置有一条TDD切换控制信号线，该TDD切换控制信号线用于向所述射频板提供时分双工控制信号，同时，该FPGA模块与所述射频板之间还设置有数控衰减器，FPGA模块通过该数控衰减器向所述射频板中的运算放大器提供增益控制信号。
[0035]ARM模块主要采用型号为AT91SAM9G20芯片，FPGA模块主要采用EPGCGX150芯片，通过其外围扩展电路可以看出，在各个芯片上还相应的连接有SDRM存储器和FLASH存储器，在本例中所述ARM模块与FPGA模块共用一个晶振，该晶振的频率为20MHz，频率准确度为 土lppm。
[0036]通过图4和图5可以看出，发射通道主要由中频滤波、中频放大、混频、带通滤波、前置放大以及功率放大电路组成，接收通道主要由限幅低噪声放大电路、带通滤波电路、混频电路、中频滤波电路以及中放及自动增益控制放大电路组成，上述的数控衰减器主要为自动增益控制放大电路提供控制信号。
[0037]如图6所示，为了保证系统各种电源供应，硬件电路中还设置有电源模块，该电源模块设置有电源输入接口，该电源输入接口从外部电源引入12V直流电源，电源输入接口第一路经过第一稳压模块转化为5V数字电源输出，在5V数字电源输出端口上还连接有第二稳压模块，经过第二稳压模块转化为3.3V数字电源输出，在3.3V数字电源输出端口上还分别连接有第三稳压模块、第四稳压模块和第五稳压模块，3.3V数字电源经过所述第三稳压模块转化为2.5V数字电源输出，经过所述第四稳压模块转化为1.8V数字电源输出，经过所述第五稳压模块转化为1.1V数字电源输出，所述电源输入接口第二路经过隔离滤波电路后送入第六稳压模块中，经过所述第六稳压模块转换为5V模拟电源输出，在所述5V模拟电源的输出端口上还分别连接有第七稳压模块和第八稳压模块，5V模拟电源经过第七稳压模块转换为3.3V模拟电源输出，5V模拟电源经过第八稳压模块转换为1.8V模拟电源输出，所述电源输入接口引入的12V直流电源还为射频模块的发射通道和接收通道提供工作电源。
[0038]在具体实施过程中，所述第一稳压模块和第六稳压模块均选用型号为ADP2303的电源芯片，所述第二稳压模块和第七稳压模块均选用型号为ADP3339的电源芯片，所述第三稳压模块选用型号为TPS79625的电源芯片，所述第四稳压模块和第八稳压模块均选用型号为TPS79618的电源芯片,所述第五稳压模块选用型号为ADP1706的电源芯片，其中第一稳压模块、第二稳压模块、第三稳压模块、第四稳压模块以及第五稳压模块的接地端均与数字地相连，第六稳压模块、第七稳压模块以及第八稳压模块的接地端均与模拟地相连。
[0039]为了保证隔离效果，所述隔离滤波电路是由一个电感元件和至少一个电容元件组成的LC滤波电路，其中电容元件设置在输出端与模拟地之间。
[0040]在网络接入过程中，当该通信终端作为便携式移动终端时，所述ARM模块与流媒体设备或/和传感器设备相连，用于获取救援人员的应急通信信息；当该通信终端作为基站终端时，所述ARM模块通过LAN 口与计算机相连，用于实现应急信息的远程传输。
[0041]如图7所示，结合上述电力应急通信终端的硬件设备，其具体的组网方法如下:首先，在每个救援人员身上配置一个通信终端作为便携式移动终端，并在该通信终端的ARM模块上连接流媒体设备或/和传感器设备，获取救援人员的应急通信信息；在应急通信车上配置一个通信终端作为基站终端，并将该通信终端的ARM模块与应急通信车上的计算机连接；便携式移动终端通过一跳或多跳的方式与基站终端相连，各个便携式移动终端与基站终端采用无线Ad hoc网络进行组网，基站终端再通过应急通信车上的计算机实现远程数据传输。
[0042]为了实现多种应急通信网络的融合，所述应急通信车上配置有卫星通信设备、集群通信设备、微波通信设备以及短波通信设备。
[0043]最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明技术方案而非限制技术方案，尽管 申请人:参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明技术方案进行的修改或者等同替换，不能脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种电力应急通信终端，其特征在于:设置有信号处理板和射频板，所述信号处理板中设置有ARM模块和FPGA模块； 所述ARM模块用于实现数据加解密以及系统网络管理； 所述FPGA模块用于实现基带信号处理，包括OFDM调制解调、信道编码译码以及数据帧的组装与拆分； 在所述FPGA模块的输入端设置有AD转换单元，该AD转换单元与所述射频板上的无线接收通道相连，在所述FPGA模块的输出端设置有DA转换单元，该DA转换单元与所述射频板上的无线发射通道相连，所述无线接收通道与所述无线发射通道还经过双工器连接在射频天线上； 所述FPGA模块与所述射频板之间还设置有一条TDD切换控制信号线，该TDD切换控制信号线用于向所述射频板提供时分双工控制信号，同时，该FPGA模块与所述射频板之间还设置有数控衰减器，FPGA模块通过该数控衰减器向所述射频板中的运算放大器提供增益控制信号。
2.根据权利要求1所述的电力应急通信终端，其特征在于:所述ARM模块与FPGA模块共用一个晶振，该晶振的频率为20MHz，频率准确度为±lppm。
3.根据权利要求1所述的电力应急通信终端，其特征在于:所述AD转换单元采用AD6655集成芯片，所述DA转换单元采用AD9957集成芯片。
4.根据权利要求1所述的电力应急通信终端，其特征在于:还设置有电源模块，该电源模块设置有电源输入接口，该电源输入接口从外部电源引入12V直流电源，电源输入接口第一路经过第一稳压模块转化为5V数字电源输出，在5V数字电源输出端口上还连接有第二稳压模块，经过第二稳压模块转化为3.3V数字电源输出，在3.3V数字电源输出端口上还分别连接有第三稳压模块、第四稳压模块和第五稳压模块，3.3V数字电源经过所述第三稳压模块转化为2.5V数字电源输出，经过所述第四稳压模块转化为1.8V数字电源输出，经过所述第五稳压模块转化为1.1V数字电源输出，所述电源输入接口第二路经过隔离滤波电路后送入第六稳压模块中，经过所述第六稳压模块转换为5V模拟电源输出，在所述5V模拟电源的输出端口上还分别连接有第七稳压模块和第八稳压模块，5V模拟电源经过第七稳压模块转换为3.3V模拟电源输出，5V模拟电源经过第八稳压模块转换为1.8V模拟电源输出，所述电源输入接口引入的12V直流电源还为射频模块的发射通道和接收通道提供工作电源。
5.根据权利要求4所述的电力应急通信终端，其特征在于:所述第一稳压模块和第六稳压模块均选用型号为ADP2303的电源芯片，所述第二稳压模块和第七稳压模块均选用型号为ADP3339的电源芯片，所述第三稳压模块选用型号为TPS79625的电源芯片，所述第四稳压模块和第八稳压模块均选用型号为TPS79618的电源芯片，所述第五稳压模块选用型号为ADP1706的电源芯片,其中第一稳压模块、第二稳压模块、第三稳压模块、第四稳压模块以及第五稳压模块的接地端均与数字地相连，第六稳压模块、第七稳压模块以及第八稳压模块的接地端均与模拟地相连。
6.根据权利要求4所述的电力应急通信终端，其特征在于:所述隔离滤波电路是由一个电感元件和至少一个电容元件组成的LC滤波电路，其中电容元件设置在输出端与模拟地之间。
7.根据权利要求1所述的电力应急通信终端，其特征在于:当该通信终端作为便携式移动终端时，所述ARM模块与流媒体设备或/和传感器设备相连，用于获取救援人员的应急通信信息；当该通信终端作为基站终端时，所述ARM模块通过LAN 口与计算机相连，用于实现应急信息的远程传输。
8.—种如权利要求1所述的电力应急通信终端的组网方法，其特征在于:在每个救援人员身上配置一个通信终端作为便携式移动终端，并在该通信终端的ARM模块上连接流媒体设备或/和传感器设备，获取救援人员的应急通信信息；在应急通信车上配置一个通信终端作为基站终端，并将该通信终端的ARM模块与应急通信车上的计算机连接；便携式移动终端通过一跳或多跳的方式与基站终端相连，各个便携式移动终端与基站终端采用无线Ad hoc网络进行组网，基站终端再通过应急通信车上的计算机实现远程数据传输。
9.根据权利要求8所述的电力应急通信终端的组网方法，其特征在于:所述应急通信车上配置有 卫星通信设备、集群通信设备、微波通信设备以及短波通信设备。
【文档编号】H04W88/02GK103986233SQ201410208681
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】刘孝先, 徐郁, 吴维农, 肖静薇, 陈柯 申请人:国家电网公司, 国网重庆市电力公司信息通信分公司