專利名稱：農(nóng)用全數(shù)字化高壓輸電線數(shù)字載波機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬電子通信領(lǐng)域，具體說是涉及一種農(nóng)用全數(shù)字化高壓輸電線數(shù)字載波機(jī)。本實(shí)用新型主要用于農(nóng)電系統(tǒng)構(gòu)成35千伏至66千伏(35KV-6KV)高壓輸電線載波通道的數(shù)字通信，可用來傳送話音、遙信、遙測、遙控?cái)?shù)據(jù)和RTU信息或構(gòu)成點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)電力專用計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)農(nóng)用載波機(jī)均為4KHz帶寬的模擬機(jī)，只可通一路電話，不能傳輸數(shù)據(jù)，為傳輸RTU信號，常規(guī)做法是犧牲話音質(zhì)量，壓縮話音帶寬低于2.1KHz，在上音頻2.4KHz至3.4KH頻譜范圍傳0.6Kb速率的數(shù)據(jù)，且話音雜音大，通信質(zhì)量差，易在線路結(jié)冰、雨霧天氣造成通信中斷和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。
中國專利99238221.1公開了一種載波機(jī)，由于該專利技術(shù)主要偏重于超高壓、大容量，對省級以上電力通信效果較好，但成本較高，且對于農(nóng)電小容量通信的投入成本考慮較少。另外，農(nóng)電輸電線路比較復(fù)雜，母線上分支線路較多，信號衰減較大，傳輸條件較差。上述專利對農(nóng)電線路抗衰減特性和要求接收信號應(yīng)具備特大動(dòng)態(tài)范圍的技術(shù)性能明顯不足。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處，考慮到農(nóng)用成本和傳輸條件等綜合因素，針對農(nóng)用通信現(xiàn)狀，提供一種農(nóng)用全數(shù)字化高壓輸電線數(shù)字載波機(jī)。
本實(shí)用新型的目的可通過下述技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的農(nóng)用全數(shù)字化高壓輸電線數(shù)字載波機(jī)包括殼體，在殼體內(nèi)設(shè)置有由數(shù)據(jù)輸入接口、語音編碼板A、語音編碼板B、數(shù)據(jù)復(fù)接器、交織編碼器、發(fā)送調(diào)制器、沃爾氏編碼器、軟擴(kuò)頻處理器、帶通濾波器、功率放大器構(gòu)成的發(fā)信單元，由耦合均衡器和輸出接口構(gòu)成的雙工單元，以及由接收濾波器、前置放大器、反擴(kuò)頻處理器、接收解調(diào)器、沃爾氏解碼器、相關(guān)處理器、交織解碼器、數(shù)據(jù)分接器、數(shù)據(jù)輸出接口、語音解碼板A、語音解碼板B構(gòu)成的收信單元；其中所述發(fā)信單元的數(shù)據(jù)輸入接口、語音編碼板A、語音編碼板B的輸出端分別接入數(shù)據(jù)復(fù)接器的相應(yīng)輸入端，數(shù)據(jù)復(fù)接器的輸出端接入交織編碼器相應(yīng)輸入端，交織編碼器的輸出端分別接入發(fā)送調(diào)制器和沃爾氏編碼器的相應(yīng)輸入端，發(fā)送調(diào)制器和沃爾氏編碼器的輸出端分別接入軟擴(kuò)頻處理器的相應(yīng)輸入端，所述軟擴(kuò)頻處理器、帶通濾波器、功率放大器依次單向傳輸至雙工單元中耦合均衡器的輸入端；雙工單元中耦合均衡器以雙向傳輸?shù)姆绞脚c輸出接口相連接，并以單向傳輸?shù)姆绞脚c收信單元中接收濾波器的輸入端相連接，所述接收濾波器、前置放大器依次單向傳輸直至輸入到反擴(kuò)頻處理器，反擴(kuò)頻處理器的輸出端一路接入接收解調(diào)器，另一路接入沃爾氏解碼器，接收解調(diào)器和沃爾氏解碼器的輸出端分別接入相關(guān)處理器的相應(yīng)輸入端，而相關(guān)處理器、交織解碼器依次單向傳輸直至輸入到數(shù)據(jù)分接器，數(shù)據(jù)分接器的輸出端分別接入數(shù)據(jù)輸出接口、語音解碼板A、語音解碼板B的相應(yīng)輸入端。
本實(shí)用新型的主要技術(shù)特點(diǎn)如下(1)采用MFSK數(shù)字調(diào)制，以實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化載波機(jī)。
(2)對調(diào)制后的信號進(jìn)行DSP處理，實(shí)現(xiàn)軟擴(kuò)頻。
(3)對同步信號進(jìn)行沃爾氏編碼，提高系統(tǒng)的抗干擾性。
(4)采用嵌入式DSP芯片，程序由廠商寫入，生產(chǎn)方便。
本實(shí)用新型的工作原理如下發(fā)信單元中的數(shù)據(jù)輸入接口把來自通信單位的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，映射到數(shù)據(jù)復(fù)接器，語音編碼板A和語音編碼板B把來自通信單位的兩路話音變換為兩路數(shù)據(jù)也映射到數(shù)據(jù)復(fù)接器，由數(shù)據(jù)復(fù)接器把3路數(shù)據(jù)復(fù)接成一路高速數(shù)據(jù)送到交織編碼器進(jìn)行交織編碼，從該編碼器獲得6dB編碼增益后分兩路分別送往發(fā)送調(diào)制器和沃爾氏編碼器；發(fā)送調(diào)制器對輸入的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行MFSK調(diào)制后送往軟擴(kuò)頻處理器，沃爾氏編碼器對輸入編碼數(shù)據(jù)的同步碼進(jìn)行沃爾氏編碼后也送往軟擴(kuò)頻處理器，兩信號在軟擴(kuò)頻處理器進(jìn)行軟擴(kuò)頻處理送往帶通濾波器，通過4階巴特沃斯選出待發(fā)送頻譜送往功率放大器進(jìn)行功率放大后送往“雙工單元”完成發(fā)送信號的處理工作。
雙工單元中的耦合均衡器接受功率放大器送來的信號并對其均衡后送往輸出接口以便和外部結(jié)合設(shè)施連接。同時(shí)外部設(shè)施來的收信信號也通過該輸出接口將收信信號送往耦合均衡器，由其分離出收信信號送往收信單元，完成收發(fā)的雙工任務(wù)。
收信單元的功能為“發(fā)信單元”信號處理的逆過程。雙工單元的耦合均衡器把分離出的收信信號送給接收濾波器，該濾波器通過5階巴特沃斯選出收信信號頻譜送往前置放大器，它把接收信號放大到一定幅度后送往反擴(kuò)頻處理器進(jìn)行解擴(kuò)，分兩路分別送往解調(diào)器和沃爾氏解碼器；由兩者分別解出數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)同步信號一并送往相關(guān)處理器，經(jīng)相關(guān)處理得到交織編碼數(shù)據(jù)送往交織解碼器，交織解碼器解出原高速復(fù)接數(shù)據(jù)送往數(shù)據(jù)分接器，它將數(shù)據(jù)分接三路，按對應(yīng)關(guān)系分別送給數(shù)據(jù)輸出接口、語音解碼板A和語音解碼板B；數(shù)據(jù)輸出接口將輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，還原得到對方(和本機(jī)通信的另一方)發(fā)端原始數(shù)據(jù)送往本地通信單位，完成數(shù)據(jù)的通信過程；同時(shí)兩路語音解碼板A、B將輸入數(shù)據(jù)變換為兩路話音也送往本地通信單位，完成話音的通信過程。
以上的連接關(guān)系和“三個(gè)單元”實(shí)現(xiàn)了通信單位之間的全部通信，并由此實(shí)現(xiàn)了本實(shí)用新型的整個(gè)技術(shù)方案。
本實(shí)用新型利用DSP技術(shù)，采用優(yōu)化的軟擴(kuò)頻方案，簡化了硬件電路，增強(qiáng)了AGC控制范圍，提高了接收靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍，改善了輸出信噪比，對抗了農(nóng)用分支線路對通信信號的衰減，降低了成本，具有較高性價(jià)比，使之成為更針對農(nóng)用通信的實(shí)用產(chǎn)品。另外本實(shí)用新型的載波機(jī)可以傳輸兩路數(shù)字電話和較1.2Kb高得多數(shù)據(jù)速率。試驗(yàn)證明，在50公里左右的農(nóng)用66KV復(fù)雜高壓輸電線路上傳輸9.6Kb/s-19.2Kb/s數(shù)據(jù)和兩路數(shù)字電話時(shí)，通信質(zhì)量好，雜音輕微，即使在結(jié)冰和雨霧天氣，也能可靠通信?？闺s音，抗干擾，大動(dòng)態(tài)，適合復(fù)雜農(nóng)用高壓線路，通信容量適中，成本低廉。利用該技術(shù)，可以做成適合農(nóng)電專用的專業(yè)通信機(jī)。


圖1為本實(shí)用新型的外形結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本實(shí)用新型與外部連接原理框圖。
圖3是本實(shí)用新型的原理框圖。
圖4是本實(shí)用新型的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型以下將結(jié)合實(shí)施例(附圖)作進(jìn)一步描述如圖2所示，圖中A邊為某電力局近端變電站；B邊為遠(yuǎn)離該局的遠(yuǎn)端變電站；該機(jī)一式兩部，分別裝于A，B兩側(cè)。A、B兩側(cè)互為對稱，兩側(cè)有分別以a.b.c三相33千伏至66千伏之間某電壓等級的三條高壓輸電線路聯(lián)結(jié)兩地，E、F為分別安裝于每一端的數(shù)字載波機(jī)并通過結(jié)合濾波器C、D將各機(jī)的高頻信號耦合至a.b.c任一相線和大地之間，或相到相耦合至兩線之間(圖例中為a相，屬于相——地耦合方式)，E和F之間互為收發(fā)的是9.6Kb/s或19.6Kb/s雙向數(shù)據(jù)流。具體數(shù)據(jù)速率由通信部門按需求或線路情況自行設(shè)定。
如圖3所示，本實(shí)用新型的技術(shù)方案由三大部分構(gòu)成其中方框0至9構(gòu)成“發(fā)信單元”；方框12至22構(gòu)成“收信單元”；方框10至11收發(fā)共用，構(gòu)成“雙工單元”。
發(fā)信單元中的數(shù)據(jù)輸入接口0把來自通信單位的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，映射到數(shù)據(jù)復(fù)接器3，語音編碼板A1和語音編碼板B2把來自通信單位的兩路話音變換為兩路數(shù)據(jù)也映射到數(shù)據(jù)復(fù)接器3，由數(shù)據(jù)復(fù)接器3把3路數(shù)據(jù)復(fù)接成一路高速數(shù)據(jù)送到交織編碼器4進(jìn)行交織編碼，從該編碼器獲得6dB編碼增益后分兩路分別送往發(fā)送調(diào)制器5和沃爾氏編碼器6；發(fā)送調(diào)制器5對輸入的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行MFSK調(diào)制后送往軟擴(kuò)頻處理器7，沃爾氏編碼器6對輸入編碼數(shù)據(jù)的同步碼進(jìn)行沃爾氏編碼后也送往軟擴(kuò)頻處理器7，兩信號在軟擴(kuò)頻處理器7進(jìn)行軟擴(kuò)頻處理送往帶通濾波器8，通過4階巴特沃斯選出待發(fā)送頻譜送往功率放大器9進(jìn)行功率放大后送往雙工單元完成發(fā)送信號的處理工作。
雙工單元中的耦合均衡器10接受功率放大器9送來的信號并對其均衡后送往輸出接口11以便和外部結(jié)合設(shè)施連接。同時(shí)外部設(shè)施來的收信信號也通過該輸出接口11將收信信號送往耦合均衡器10，由其分離出收信信號送往收信單元，完成收發(fā)的雙工任務(wù)。
收信單元的功能為發(fā)信單元信號處理的逆過程。雙工單元的耦合均衡器10把分離出的收信信號送給接收濾波器12，該濾波器通過5階巴特沃斯選出收信信號頻譜送往前置放大器13，它把接收信號放大到一定幅度后送往反擴(kuò)頻處理器14進(jìn)行解擴(kuò)，分兩路分別送往解調(diào)器15和沃爾氏解碼器16；由兩者分別解出數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)同步信號一并送往相關(guān)處理器17，經(jīng)相關(guān)處理得到交織編碼數(shù)據(jù)送往交織解碼器18，交織解碼器18解出原高速復(fù)接數(shù)據(jù)送往數(shù)據(jù)分接器19，它將數(shù)據(jù)分接三路，按對應(yīng)關(guān)系分別送給數(shù)據(jù)輸出接口20、語音解碼板A21和語音解碼板B22；數(shù)據(jù)輸出接口20將輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，還原得到對方(和本機(jī)通信的另一方)發(fā)端原始數(shù)據(jù)送往本地通信單位，完成數(shù)據(jù)的通信過程；同時(shí)兩路語音解碼板A21、B22將輸入數(shù)據(jù)變換為兩路話音也送往本地通信單位，完成話音的通信過程。
以上的連接關(guān)系和“三個(gè)單元”實(shí)現(xiàn)了通信單位之間的全部通信；并由此實(shí)現(xiàn)了本機(jī)的整個(gè)技術(shù)方案。
本實(shí)用新型的實(shí)施原則是為生產(chǎn)調(diào)試方便，該機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，利用廠商成品模塊和嵌入式集成電路，軟件程序由廠商預(yù)先固化在芯片內(nèi)部，省去生產(chǎn)開發(fā)周期。該機(jī)阻容元器件均采用微貼，增加了設(shè)備的可靠性。該機(jī)電源供給采用AC-DC變換器，直接供給各個(gè)功能板和芯片直流電源。
如圖4所示為本實(shí)用新型的電路原理為了方便起見，將結(jié)合圖3對圖4進(jìn)行詳述以下將“發(fā)信單元”、“收信單元”、“雙工單元”的信號數(shù)據(jù)流結(jié)合在一塊敘述。圖4中U5(型號為HK-F64A)為一個(gè)頻率合成的同步時(shí)鐘發(fā)生器集成芯片，Cxo為連接其7、10腳的石英晶體，頻率為32.768MHz，其產(chǎn)生各種不同的同步時(shí)鐘分別以CP1、CP2、CP3、CP4、CPX5、CPY6送給BP1(型號為AMBE1000)、BP2(型號為AMBE1000)、U1(型號為LQD-9.6/1)、U2(型號為LQD3001)、U3(型號為DRZ9500x)、U4(型號為DCU9510x)、U6(型號為HK32-1A)的CP、CPx、CPL、CPH、CPX5、CPY6，作為它們輸入輸出數(shù)據(jù)流的工作同步之用(x＝I、B、A)。由外部聯(lián)結(jié)來的以RS232D為標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)雙向收發(fā)串行數(shù)據(jù)自Port-0口從集成電路U1的DL輸入或輸出，經(jīng)U1變換為并行數(shù)據(jù)通過Port-1從Poi輸出或接收U2之Pa的數(shù)據(jù)，這對應(yīng)于圖3中的0和20。由外部聯(lián)結(jié)來的以E/M為標(biāo)準(zhǔn)的兩路話音信號自E/M-1、E/M-2口從BP1板和BP2板的E/M分別進(jìn)入或流出，該兩板的作用是對語音進(jìn)行數(shù)模或模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)編解碼在D/io通過Port-2和Port-3輸出或接收U2之Pb和Pc的數(shù)據(jù)，這對應(yīng)于圖3中的1、2和21、22。U2將Pa、Pb、Pc的數(shù)據(jù)匯接成一路，通過P-out/in從Pio輸出或接收U3之DDL的數(shù)據(jù)，這對應(yīng)于圖3中的3和19。U3將DDL的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交織，從DO送出給U4的DII，并將來自U4 DOU的數(shù)據(jù)從DI接收，進(jìn)行數(shù)據(jù)反交織，完成數(shù)據(jù)交織的編解碼作用，這對應(yīng)于圖3中的4和18。U4將DII接收的數(shù)據(jù)分出數(shù)據(jù)同步碼進(jìn)行沃爾氏變換，同時(shí)也將其信息數(shù)據(jù)進(jìn)行MFSK變換，然后在其內(nèi)部進(jìn)行軟擴(kuò)頻，變換成載波信號由AO輸出給U6的6腳；同理，U4 AI將接收U6 1腳的載波信號進(jìn)行上述反變換，從DOU輸出給U3已反變換了的數(shù)據(jù)，從而完成數(shù)據(jù)信息的調(diào)解、編解和擴(kuò)頻處理，這對應(yīng)于圖3中的5、6、7、和14、15、16、17。U6是一個(gè)數(shù)字濾波器芯片，它將6腳接收的AO信號中的發(fā)信載波信號選出，從12腳經(jīng)5C4、5R1送給U7(型號為TLE2301)的11腳，它同時(shí)自10腳接收來自TN1的收信信號，選出接收載波信號，從1腳送給U4的AI，從而完成收發(fā)載波的選擇濾波功能，它對應(yīng)于圖3中的8和13。U7、U8(型號為TLE2301)構(gòu)成功率放大器，它將U711腳接收的發(fā)信載波信號放大到一瓦特(即30dBm)從N1、N2輸出；5C8、5R2為U8輸入交連電容電阻，5C1、5C2、5C3、5C7為均衡電容，5D1、5D2、5D3、5D4為過載保護(hù)二極管，5P1、5P2為增益調(diào)整電位器，5K1、5K2為功放電源開關(guān)，它們共同完成功率放大作用；這對應(yīng)于圖3中的9。TN1為雙向耦合均衡變壓器，其3腳通過5XC7接地，1、2腳接U7、U8輸出端，起到平衡、均衡作用，并將收信載波耦合給U6的10腳完成雙工通信作用；其4、5腳為接口端，S1是同軸座，以供和外部設(shè)備連結(jié)，這對應(yīng)于圖3中的10、11。U9(型號為ADC4820)為一個(gè)交流直流變換器，其作用是將220V交流電源變換為各單元所需的直流電壓，所變換的電壓等級均已標(biāo)出，故不再贅述。
上述所有聯(lián)結(jié)均已在圖4中明確標(biāo)出和連接，其芯片連接管腳已用阿拉伯?dāng)?shù)字注腳標(biāo)出；沒有述及的電容均為電源退耦電容，電感均為電源退耦電感，JF3A、JF3B的DB15為電源交連15針插頭座，由于供電部分簡單，不再贅述。
權(quán)利要求1.一種農(nóng)用全數(shù)字化高壓輸電線數(shù)字載波機(jī)，它包括殼體，其特征在于在殼體內(nèi)設(shè)置有由數(shù)據(jù)輸入接口(0)、語音編碼板A(1)、語音編碼板B(2)、數(shù)據(jù)復(fù)接器(3)、交織編碼器(4)、發(fā)送調(diào)制器(5)、沃爾氏編碼器(6)、軟擴(kuò)頻處理器(7)、帶通濾波器(8)、功率放大器(9)構(gòu)成的發(fā)信單元，由耦合均衡器(10)和輸出接口(11)構(gòu)成的雙工單元，以及由接收濾波器(12)、前置放大器(13)、反擴(kuò)頻處理器(14)、接收解調(diào)器(15)、沃爾氏解碼器(16)、相關(guān)處理器(17)、交織解碼器(18)、數(shù)據(jù)分接器(19)、數(shù)據(jù)輸出接口(20)、語音解碼板A(21)、語音解碼板B(22)構(gòu)成的收信單元；其中所述發(fā)信單元的數(shù)據(jù)輸入接口(0)、語音編碼板A(1)、語音編碼板B(2)的輸出端分別接入數(shù)據(jù)復(fù)接器(3)的相應(yīng)輸入端，數(shù)據(jù)復(fù)接器(3)的輸出端接入交織編碼器(4)相應(yīng)輸入端，交織編碼器(4)的輸出端分別接入發(fā)送調(diào)制器(5)和沃爾氏編碼器(6)的相應(yīng)輸入端，發(fā)送調(diào)制器(5)和沃爾氏編碼器(6)的輸出端分別接入軟擴(kuò)頻處理器(7)的相應(yīng)輸入端，所述軟擴(kuò)頻處理器(7)、帶通濾波器(8)、功率放大器(9)依次單向傳輸至雙工單元中耦合均衡器(10)的輸入端；雙工單元中耦合均衡器(10)以雙向傳輸?shù)姆绞脚c輸出接口(11)相連接，并以單向傳輸?shù)姆绞脚c收信單元中接收濾波器(12)的輸入端相連接，所述接收濾波器(12)、前置放大器(13)依次單向傳輸直至輸入到反擴(kuò)頻處理器(14)，反擴(kuò)頻處理器(14)的輸出端一路接入接收解調(diào)器(15)，另一路接入沃爾氏解碼器(16)，接收解調(diào)器(15)和沃爾氏解碼器(16)的輸出端分別接入相關(guān)處理器(17)的相應(yīng)輸入端，而相關(guān)處理器(17)、交織解碼器(18)依次單向傳輸直至輸入到數(shù)據(jù)分接器(19)，數(shù)據(jù)分接器(19)的輸出端分別接入數(shù)據(jù)輸出接口(20)、語音解碼板A(21)、語音解碼板B(22)的相應(yīng)輸入端。
專利摘要一種農(nóng)用全數(shù)字化高壓輸電線數(shù)字載波機(jī)，它包括殼體，其特征在于在殼體內(nèi)設(shè)置有由數(shù)據(jù)輸入接口(0)、語音編碼板A(1)、語音編碼板B(2)、數(shù)據(jù)復(fù)接器(3)、交織編碼器(4)、發(fā)送調(diào)制器(5)、沃爾氏編碼器(6)、軟擴(kuò)頻處理器(7)、帶通濾波器(8)、功率放大器(9)構(gòu)成的發(fā)信單元，由耦合均衡器(10)和輸出接口(11)構(gòu)成的雙工單元，以及由接收濾波器(12)、前置放大器(13)、反擴(kuò)頻處理器(14)、接收解調(diào)器(15)、沃爾氏解碼器(16)、相關(guān)處理器(17)、交織解碼器(18)、數(shù)據(jù)分接器(19)、數(shù)據(jù)輸出接口(20)、語音解碼板A(21)、語音解碼板B(22)構(gòu)成的收信單元。
文檔編號H02J13/00GK2717113SQ20042001071
公開日2005年8月10日 申請日期2004年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月26日
發(fā)明者李迎華, 黃訓(xùn)誠, 王英武, 李躍華 申請人:李迎華, 黃訓(xùn)誠