針對c8psk hart系統中的電纜損耗均衡發射信道的方法和設備的制作方法
【專利摘要】一種通過使要發射數據穿過使要發射數據預失真以補償帶寬限制的信道補償裝置來調整發射自現場裝置的波形以克服電纜帶寬限制的方法。預失真可確保電纜的控制端上接收高質量信號。
【專利說明】針對C8PSK HART系統中的電纜損耗均衡發射信道的方法和設備
[0001]發明背景
[0002]本發明涉及高速信道可尋址遠程轉換器(“HART”)系統，且更具體地涉及均衡C8PSK HART系統中的電纜損耗。
[0003]HART協議是用于在智能現場裝置與控制系統之間跨模擬線發送和接收數字信息及通過同時允許雙向數字通信而提高傳統的4-20mA信號傳遞的全球標準。圖1圖示HART網絡的示意圖。如所示，HART網絡100包括控制室101和耦接至控制室101的多個現場裝置110.1至110.η。現場裝置通常是由控制室101控制的儀器，例如，壓力傳感器、控制閥等。其響應于來自控制室101的命令收集信息并且經由HART協議將信息傳達回至控制室101。控制室101隨后根據接收自現場裝置的信息控制現場裝置，例如，110.1。結合HART協議，控制室101與現場裝置通信以執行裝置配置或再配置、裝置診斷及裝置故障排除而無需指派工程師到現場。在圖1中，Rl至Rn及Cl至Cn分別表示將現場裝置110.1至110.η互連至控制室101的通信線的電阻及電容且Rsense表示至網絡的控制室101的負載。
[0004]相干8向相移鍵控(C8PSK)廣泛 用于電信行業且已知用于提供2線現場設備所需的較快通信與較低功率消耗之間的最佳平衡。
[0005]圖2圖示現有技術C8PSK HART現場裝置中的發射器的示意架構。如所示，符號映射裝置201的輸入被耦接至發射器200的輸入。符號映射裝置201按9.6Kbits/秒接收輸入數據流且將數據流分為多個符號，每個符號是一組三個連續位(三位)且被映射為相角。符號映射裝置201的輸出信號的頻率是3.2KHz。
[0006]查找表(LUT) 202的輸入被耦接至符號映射裝置201的輸出以接收符號。符號被用作LUT202的指針以找出符號的實部和虛部。
[0007]根升余弦(RRC)濾波器203被耦接至LUT202的輸出以接收符號的虛部(Imag)且RRC濾波器204被耦接至LUT202的輸出以接收符號的實部(Real)。RRC濾波器203和204過濾符號的實部和虛部并且分別輸出符號的正交相位信號Q和同相信號I。
[0008]混合器205的一個輸入被耦接至RRC203的輸出以接收正交相位信號Q且混合器205的另一個輸入接收載波cos (ω t)。混合器205將Q與cos (ω t)相乘。
[0009]混合器206的一個輸入被I禹接至RRC204的輸出以接收同相信號I且混合器206的另一個輸入接收載波sin (ω t)。混合器206將I與sin (ω t)相乘。
[0010]加法器207的一個輸入被耦接至混合器205的輸出以接收信號QX cos (ω t)且加法器207的另一個輸入被耦接至混合器206的輸出以接收信號I X sin (on)。加法器207將這兩個信號組合在一起并且輸出要發射信號QX cos (ω?)+I X sin (ω?)。
[0011]數字模擬轉換器(DAC)208具有被耦接至加法器207的輸出的輸入，并且將要發射信號QX cos (ω?)+I X sin (ω?)轉換為模擬信號。
[0012]緩沖器209的輸入被耦接至DAC208的輸出。模擬信號在進入發射信道之前在緩沖器209上緩沖。
[0013]信道特性對于HART網絡中的每個現場裝置不同，這取決于其與控制室的距離。在現有技術C8PSK HART系統中，控制室無表示現場裝置位置的數據且因此不了解其與現場裝置之間電纜的帶寬。電纜帶寬可因電纜系統的非線性而導致控制室接收器上的大比特誤碼率。
[0014]根據C8PSK HART協議，可通過現場裝置中的接收器中的信道估計裝置估計并且均衡從控制室至現場裝置的信道的帶寬限制。但是，C8PSK HART標準和現有技術C8PSK HART現場裝置均無發射器側均衡。
[0015]因此，需提供一種調整來自現場裝置的信號以克服電纜帶寬限制的方法和一種可補償其發射信道中的帶寬限制的現場裝置并且需允許控制室中的良好接收而不管現場裝置在網絡中的位置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]因此，可了解本發明的特征，下文描述多個圖示。但是，應注意附圖僅圖示本發明的特定實施方案且因此不被視作限制其范圍，因為本發明可涵蓋其它同樣有效的實施方案。
[0017]圖1圖示HART網絡的示意圖。
[0018]圖2圖示現有技術C8PSK HART現場裝置中的發射器的示意架構。
[0019]圖3圖示根據本發明的一個實施方案的C8PSK HART現場裝置中的發射器的示意架構。
[0020]圖4圖示根據本發明的一個實施方案的C8PSK HART現場裝置的接收器和發射器的示意架構。
[0021]圖5圖示C8PSK HART系統中的模擬信號。
[0022]圖6示出根據本發明的一個實施方案的均衡C8PSK HART現場裝置中的發射信道的方法。
【具體實施方式】
[0023]本發明提供一種方法以通過使要發射信號穿過使要發射信號預失真以補償帶寬限制而調整從現場裝置發射至控制室的波形以克服電纜帶寬限制。預失真可改進信號在控制室接收時的質量。
[0024]圖3圖示根據本發明的一個實施方案的C8PSK HART現場裝置中的發射器的示意架構。如所示，信道補償裝置310可被添加至圖2中的發射器，其輸入耦接至加法器207的輸出且其輸出耦接至DAC208的輸入。要發射信號可通過信道補償裝置310預失真，用信道損傷補償帶寬限制。在一個實施方案中，信道補償裝置310可為均衡器。例如，均衡器可能是線性均衡器(例如，MMSE (最小均方誤差)均衡器和迫零均衡器)、決策反饋均衡器、盲均衡器、自適應均衡器、Viterbi均衡器、BCJR均衡器或turbo均衡器。應了解信道補償裝置310可被放置在發射器中的其它位置，例如，符號映射裝置201與LUT202之間。
[0025]HART是主/從協議，其意指智能現場裝置僅在主設備(其是HART系統中的控制室)對其“發言”時“發言”。HART交易由主設備命令連同從設備響應組成。由現場裝置中的接收器獲得的信道損傷可用于現場裝置中的發射器中的信道補償。
[0026]圖4圖示根據本發明的一個實施方案的C8PSK HART現場裝置的接收器和發射器的示意架構。如所示，在現場裝置110.η中的接收器400上，來自控制室101的命令可通過模擬數字轉換器(ADC) 401轉換為數字信號且隨后由信道選擇濾波器402過濾。信道估計裝置403可估計信道損傷并且在于混合器404和405上解調前補償信道損傷。隨后在要發射信號進入發射信道之前，信道損傷可由發射器300中的信道補償裝置310用于預失真。
[0027]具體地，ADC401的輸入可被耦接至接收器400的輸入。ADC401可接收來自HART網絡的模擬信號并且將其轉換為數字信號。
[0028]信道選擇濾波器402的輸入可被耦接至ADC401的輸出。信道選擇濾波器402可過濾來自ADC401的數字信號以僅傳遞所要信號，即，經C8PSK HART調制的信號。可過濾帶
外信號。
[0029]信道估計裝置403可具有被耦接至信道選擇濾波器402的輸出的輸入。信道估計裝置403可估計信道損傷(現場異常)(包括量值和相損傷)并且補償信道損傷。
[0030]下表1示出根據C8PSK HART協議的C8PSK消息段。
[0031]表1
【權利要求】
1.一種HART網絡中的現場裝置，其包括: 發射器，其包括: 符號映射器，其被耦接至所述發射器的輸入端以接收輸入數據流并且將所述數據流劃分為符號，每個所述符號是一組三個連續位；和 信道預失真器，其接收要發射信號并且用信道損傷使所述要發射信號預失真以補償帶寬限制。
2.根據權利要求1所述的現場裝置，其中所述信道預失真器是均衡器。
3.根據權利要求2所述的現場裝置，其中所述均衡器選自由:線性均衡器、決策反饋均衡器、盲均衡器、自適應均衡器、Viterbi均衡器、BCJR均衡器和turbo均衡器組成的組。
4.根據權利要求3所 述的現場裝置，其中所述線性均衡器選自由最小均方誤差(MMSE)均衡器和迫零均衡器組成的組。
5.根據權利要求1所述的現場裝置，其還包括: 接收器，其包括: 模擬數字轉換器(ADC)，其接收來自所述HART網絡的模擬信號并且將所述模擬信號轉換為數字信號；和 信道估計裝置，其估計在所接收的HART信號中的信道損傷并且補償所述信道損傷。
6.根據權利要求5所述的現場裝置，其中所述信道估計裝置通過比較所述所接收的HART信號與已知序列來估計所述信道損傷。
7.根據權利要求6所述的現場裝置，其中所述HART網絡是C8PSK網絡。
8.根據權利要求7所述的現場裝置，其中所述已知序列在所述C8PSKHART協議中定義。
9.根據權利要求6所述的現場裝置，其中所述信道估計裝置是均衡器。
10.根據權利要求9所述的現場裝置，其中所述均衡器選自由:線性均衡器、決策反饋均衡器、盲均衡器、自適應均衡器、Viterbi均衡器、BCJR均衡器和turbo均衡器組成的組。
11.根據權利要求10所述的現場裝置，其中所述線性均衡器選自由MMSE均衡器和迫零均衡器組成的組。
12.根據權利要求6所述的現場裝置，其中所述信道預失真器獲得來自所述信道估計裝置的所述信道損傷。
13.根據權利要求6所述的現場裝置，其中所述信道預失真器和所述信道估計裝置是相同類型的裝置。
14.根據權利要求5所述的現場裝置，其中所述信道預失真器是濾波器，其基于來自所述信道估計裝置的信道損傷使所述要發射信號的量值和相位預失真。
15.一種用于減小HART網絡中的現場裝置上的信道損傷的方法，其包括: 在所述現場裝置的接收器上: 接收從控制室發射至所述現場裝置的命令；和 在所述所接收的信號中檢測信道損傷的量值和相位；以及 在所述現場裝置的發射器上: 將數據流映射為符號，每個所述符號包括三個連續位； 調制所述符號；根據由所述接收器檢測到的所述信道損傷使經調制的信號預失真；和 將預失真的信號發射至所述控制室。
16.根據權利要求15所述的方法，其還包括:在所述接收器上，將來自所述控制室的所述命令轉換為數字信號并且從所述數字信號選擇HART消息。
17.根據權利要求16所述的方法，其中通過比較所選的HART消息與已知序列而檢測所述信道損傷。
18.根據權利要求17所述的方法，其中所述網絡是C8PSKHART網絡。
19.根據權利要求18所述的方法，其中所述已知序列根據所述C8PSKHART協議定義。
20.根據權 利要求16所述的方法，其還包括:在所述現場裝置的所述接收器上，將所述數據信號中的符號解映射為位。
21.根據權利要求15所述的方法，其還包括:在所述現場裝置的所述發射器上，將所述預失真的信號轉換為模擬信號。
【文檔編號】H04L25/03GK103988474SQ201280041324
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年8月22日 優先權日:2011年8月25日
【發明者】D·歐科夫, T·維納利努 申請人:美國亞德諾半導體公司