專利名稱：農用全數字化高壓輸電線數字載波機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬電子通信領域，具體說是涉及一種農用全數字化高壓輸電線數字載波機。本實用新型主要用于農電系統構成35千伏至66千伏(35KV-6KV)高壓輸電線載波通道的數字通信，可用來傳送話音、遙信、遙測、遙控數據和RTU信息或構成點對點、點對多點電力專用計算機通信網絡。
背景技術：
現農用載波機均為4KHz帶寬的模擬機，只可通一路電話，不能傳輸數據，為傳輸RTU信號，常規做法是犧牲話音質量，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速率的數據，且話音雜音大，通信質量差，易在線路結冰、雨霧天氣造成通信中斷和數據錯誤。
中國專利99238221.1公開了一種載波機，由于該專利技術主要偏重于超高壓、大容量，對省級以上電力通信效果較好，但成本較高，且對于農電小容量通信的投入成本考慮較少。另外，農電輸電線路比較復雜，母線上分支線路較多，信號衰減較大，傳輸條件較差。上述專利對農電線路抗衰減特性和要求接收信號應具備特大動態范圍的技術性能明顯不足。
發明內容本實用新型的目的正是針對上述現有技術中所存在的不足之處，考慮到農用成本和傳輸條件等綜合因素，針對農用通信現狀，提供一種農用全數字化高壓輸電線數字載波機。
本實用新型的目的可通過下述技術措施來實現本實用新型的農用全數字化高壓輸電線數字載波機包括殼體，在殼體內設置有由數據輸入接口、語音編碼板A、語音編碼板B、數據復接器、交織編碼器、發送調制器、沃爾氏編碼器、軟擴頻處理器、帶通濾波器、功率放大器構成的發信單元，由耦合均衡器和輸出接口構成的雙工單元，以及由接收濾波器、前置放大器、反擴頻處理器、接收解調器、沃爾氏解碼器、相關處理器、交織解碼器、數據分接器、數據輸出接口、語音解碼板A、語音解碼板B構成的收信單元；其中所述發信單元的數據輸入接口、語音編碼板A、語音編碼板B的輸出端分別接入數據復接器的相應輸入端，數據復接器的輸出端接入交織編碼器相應輸入端，交織編碼器的輸出端分別接入發送調制器和沃爾氏編碼器的相應輸入端，發送調制器和沃爾氏編碼器的輸出端分別接入軟擴頻處理器的相應輸入端，所述軟擴頻處理器、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的方式與輸出接口相連接，并以單向傳輸的方式與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頻處理器，反擴頻處理器的輸出端一路接入接收解調器，另一路接入沃爾氏解碼器，接收解調器和沃爾氏解碼器的輸出端分別接入相關處理器的相應輸入端，而相關處理器、交織解碼器依次單向傳輸直至輸入到數據分接器，數據分接器的輸出端分別接入數據輸出接口、語音解碼板A、語音解碼板B的相應輸入端。
本實用新型的主要技術特點如下(1)采用MFSK數字調制，以實現全數字化載波機。
(2)對調制后的信號進行DSP處理，實現軟擴頻。
(3)對同步信號進行沃爾氏編碼，提高系統的抗干擾性。
(4)采用嵌入式DSP芯片，程序由廠商寫入，生產方便。
本實用新型的工作原理如下發信單元中的數據輸入接口把來自通信單位的數據進行變換，映射到數據復接器，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據也映射到數據復接器，由數據復接器把3路數據復接成一路高速數據送到交織編碼器進行交織編碼，從該編碼器獲得6dB編碼增益后分兩路分別送往發送調制器和沃爾氏編碼器；發送調制器對輸入的編碼數據進行MFSK調制后送往軟擴頻處理器，沃爾氏編碼器對輸入編碼數據的同步碼進行沃爾氏編碼后也送往軟擴頻處理器，兩信號在軟擴頻處理器進行軟擴頻處理送往帶通濾波器，通過4階巴特沃斯選出待發送頻譜送往功率放大器進行功率放大后送往“雙工單元”完成發送信號的處理工作。
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合設施連接。同時外部設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，完成收發的雙工任務。
收信單元的功能為“發信單元”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頻處理器進行解擴，分兩路分別送往解調器和沃爾氏解碼器；由兩者分別解出數據和數據同步信號一并送往相關處理器，經相關處理得到交織編碼數據送往交織解碼器，交織解碼器解出原高速復接數據送往數據分接器，它將數據分接三路，按對應關系分別送給數據輸出接口、語音解碼板A和語音解碼板B；數據輸出接口將輸入數據進行變換，還原得到對方(和本機通信的另一方)發端原始數據送往本地通信單位，完成數據的通信過程；同時兩路語音解碼板A、B將輸入數據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。
以上的連接關系和“三個單元”實現了通信單位之間的全部通信，并由此實現了本實用新型的整個技術方案。
本實用新型利用DSP技術，采用優化的軟擴頻方案，簡化了硬件電路，增強了AGC控制范圍，提高了接收靈敏度和動態范圍，改善了輸出信噪比，對抗了農用分支線路對通信信號的衰減，降低了成本，具有較高性價比，使之成為更針對農用通信的實用產品。另外本實用新型的載波機可以傳輸兩路數字電話和較1.2Kb高得多數據速率。試驗證明，在50公里左右的農用66KV復雜高壓輸電線路上傳輸9.6Kb/s-19.2Kb/s數據和兩路數字電話時，通信質量好，雜音輕微，即使在結冰和雨霧天氣，也能可靠通信。抗雜音，抗干擾，大動態，適合復雜農用高壓線路，通信容量適中，成本低廉。利用該技術，可以做成適合農電專用的專業通信機。
圖1為本實用新型的外形結構圖。
圖2為本實用新型與外部連接原理框圖。
圖3是本實用新型的原理框圖。
圖4是本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
本實用新型以下將結合實施例(附圖)作進一步描述如圖2所示，圖中A邊為某電力局近端變電站；B邊為遠離該局的遠端變電站；該機一式兩部，分別裝于A，B兩側。A、B兩側互為對稱，兩側有分別以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結兩地，E、F為分別安裝于每一端的數字載波機并通過結合濾波器C、D將各機的高頻信號耦合至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之間互為收發的是9.6Kb/s或19.6Kb/s雙向數據流。具體數據速率由通信部門按需求或線路情況自行設定。
如圖3所示，本實用新型的技術方案由三大部分構成其中方框0至9構成“發信單元”；方框12至22構成“收信單元”；方框10至11收發共用，構成“雙工單元”。
發信單元中的數據輸入接口0把來自通信單位的數據進行變換，映射到數據復接器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據也映射到數據復接器3，由數據復接器3把3路數據復接成一路高速數據送到交織編碼器4進行交織編碼，從該編碼器獲得6dB編碼增益后分兩路分別送往發送調制器5和沃爾氏編碼器6；發送調制器5對輸入的編碼數據進行MFSK調制后送往軟擴頻處理器7，沃爾氏編碼器6對輸入編碼數據的同步碼進行沃爾氏編碼后也送往軟擴頻處理器7，兩信號在軟擴頻處理器7進行軟擴頻處理送往帶通濾波器8，通過4階巴特沃斯選出待發送頻譜送往功率放大器9進行功率放大后送往雙工單元完成發送信號的處理工作。
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以便和外部結合設施連接。同時外部設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，完成收發的雙工任務。
收信單元的功能為發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頻處理器14進行解擴，分兩路分別送往解調器15和沃爾氏解碼器16；由兩者分別解出數據和數據同步信號一并送往相關處理器17，經相關處理得到交織編碼數據送往交織解碼器18，交織解碼器18解出原高速復接數據送往數據分接器19，它將數據分接三路，按對應關系分別送給數據輸出接口20、語音解碼板A21和語音解碼板B22；數據輸出接口20將輸入數據進行變換，還原得到對方(和本機通信的另一方)發端原始數據送往本地通信單位，完成數據的通信過程；同時兩路語音解碼板A21、B22將輸入數據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。
以上的連接關系和“三個單元”實現了通信單位之間的全部通信；并由此實現了本機的整個技術方案。
本實用新型的實施原則是為生產調試方便，該機采用模塊化設計，利用廠商成品模塊和嵌入式集成電路，軟件程序由廠商預先固化在芯片內部，省去生產開發周期。該機阻容元器件均采用微貼，增加了設備的可靠性。該機電源供給采用AC-DC變換器，直接供給各個功能板和芯片直流電源。
如圖4所示為本實用新型的電路原理為了方便起見，將結合圖3對圖4進行詳述以下將“發信單元”、“收信單元”、“雙工單元”的信號數據流結合在一塊敘述。圖4中U5(型號為HK-F64A)為一個頻率合成的同步時鐘發生器集成芯片，Cxo為連接其7、10腳的石英晶體，頻率為32.768MHz，其產生各種不同的同步時鐘分別以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據流的工作同步之用(x＝I、B、A)。由外部聯結來的以RS232D為標準的計算機雙向收發串行數據自Port-0口從集成電路U1的DL輸入或輸出，經U1變換為并行數據通過Port-1從Poi輸出或接收U2之Pa的數據，這對應于圖3中的0和20。由外部聯結來的以E/M為標準的兩路話音信號自E/M-1、E/M-2口從BP1板和BP2板的E/M分別進入或流出，該兩板的作用是對語音進行數模或模數轉換，經編解碼在D/io通過Port-2和Port-3輸出或接收U2之Pb和Pc的數據，這對應于圖3中的1、2和21、22。U2將Pa、Pb、Pc的數據匯接成一路，通過P-out/in從Pio輸出或接收U3之DDL的數據，這對應于圖3中的3和19。U3將DDL的數據進行數據交織，從DO送出給U4的DII，并將來自U4 DOU的數據從DI接收，進行數據反交織，完成數據交織的編解碼作用，這對應于圖3中的4和18。U4將DII接收的數據分出數據同步碼進行沃爾氏變換，同時也將其信息數據進行MFSK變換，然后在其內部進行軟擴頻，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腳的載波信號進行上述反變換，從DOU輸出給U3已反變換了的數據，從而完成數據信息的調解、編解和擴頻處理，這對應于圖3中的5、6、7、和14、15、16、17。U6是一個數字濾波器芯片，它將6腳接收的AO信號中的發信載波信號選出，從12腳經5C4、5R1送給U7(型號為TLE2301)的11腳，它同時自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，從而完成收發載波的選擇濾波功能，它對應于圖3中的8和13。U7、U8(型號為TLE2301)構成功率放大器，它將U711腳接收的發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為過載保護二極管，5P1、5P2為增益調整電位器，5K1、5K2為功放電源開關，它們共同完成功率放大作用；這對應于圖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，以供和外部設備連結，這對應于圖3中的10、11。U9(型號為ADC4820)為一個交流直流變換器，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出，故不再贅述。
上述所有聯結均已在圖4中明確標出和連接，其芯片連接管腳已用阿拉伯數字注腳標出；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。
權利要求1.一種農用全數字化高壓輸電線數字載波機，它包括殼體，其特征在于在殼體內設置有由數據輸入接口(0)、語音編碼板A(1)、語音編碼板B(2)、數據復接器(3)、交織編碼器(4)、發送調制器(5)、沃爾氏編碼器(6)、軟擴頻處理器(7)、帶通濾波器(8)、功率放大器(9)構成的發信單元，由耦合均衡器(10)和輸出接口(11)構成的雙工單元，以及由接收濾波器(12)、前置放大器(13)、反擴頻處理器(14)、接收解調器(15)、沃爾氏解碼器(16)、相關處理器(17)、交織解碼器(18)、數據分接器(19)、數據輸出接口(20)、語音解碼板A(21)、語音解碼板B(22)構成的收信單元；其中所述發信單元的數據輸入接口(0)、語音編碼板A(1)、語音編碼板B(2)的輸出端分別接入數據復接器(3)的相應輸入端，數據復接器(3)的輸出端接入交織編碼器(4)相應輸入端，交織編碼器(4)的輸出端分別接入發送調制器(5)和沃爾氏編碼器(6)的相應輸入端，發送調制器(5)和沃爾氏編碼器(6)的輸出端分別接入軟擴頻處理器(7)的相應輸入端，所述軟擴頻處理器(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)以雙向傳輸的方式與輸出接口(11)相連接，并以單向傳輸的方式與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頻處理器(14)，反擴頻處理器(14)的輸出端一路接入接收解調器(15)，另一路接入沃爾氏解碼器(16)，接收解調器(15)和沃爾氏解碼器(16)的輸出端分別接入相關處理器(17)的相應輸入端，而相關處理器(17)、交織解碼器(18)依次單向傳輸直至輸入到數據分接器(19)，數據分接器(19)的輸出端分別接入數據輸出接口(20)、語音解碼板A(21)、語音解碼板B(22)的相應輸入端。
專利摘要一種農用全數字化高壓輸電線數字載波機，它包括殼體，其特征在于在殼體內設置有由數據輸入接口(0)、語音編碼板A(1)、語音編碼板B(2)、數據復接器(3)、交織編碼器(4)、發送調制器(5)、沃爾氏編碼器(6)、軟擴頻處理器(7)、帶通濾波器(8)、功率放大器(9)構成的發信單元，由耦合均衡器(10)和輸出接口(11)構成的雙工單元，以及由接收濾波器(12)、前置放大器(13)、反擴頻處理器(14)、接收解調器(15)、沃爾氏解碼器(16)、相關處理器(17)、交織解碼器(18)、數據分接器(19)、數據輸出接口(20)、語音解碼板A(21)、語音解碼板B(22)構成的收信單元。
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 優先權日2004年4月26日
發明者李迎華, 黃訓誠, 王英武, 李躍華 申請人:李迎華, 黃訓誠