專利名稱：全數字化高壓輸電線數字載波機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電子通信領域器材，具體地說是涉及一種全數字化高壓輸電線數字載波機。
從五十年初期到九十年代末，我國電力系統的高壓輸電線載波機一直沿用前蘇聯的模擬通信方式，從早期的ZDD-5型不斷發展為今天的ZDD-12型及其它各種型號的ZDD系列，均未脫出模擬通信的方式，以往電力載波通信方式，對于高壓輸電線高壓電暈放電造成的干抗，線路換位造成的阻抗——頻率特性超常波動和阻抗調制等，模擬通信方式很難對付這些不利特性。通信運行率低，通信質量差，話路雜音大是電力載波部門眾所周知的。尤其在結冰和雨、霧天氣、以往的摸擬方式出現通信中斷，引起遠動信息的錯誤和誤動，甚至因此而造成電網瓦解都不止一次地嚴重發生過。按照以上通信方式的思路所生產的模擬電力線載波機，設備龐大，電路落后，濾波器眾多，成本甚至高，又不能傳送圖像和2400bit/S以上的數據信息，其直接影響了電力部門的社會效益和經濟效益。由于高壓輸電線通信可用頻率范圍為40KHz至400KHz，在其范圍內劃分載波頻點有限。由于變電站同一母線上各分支出線間跨越衰耗不大，所以各載波機的頻率即使不在同一地區也不能復用，使得各通信站為爭得有限的通信頻率資源造成矛盾，加之高壓輸電線高頻端傳輸衰耗較大，實用頻段集中在100KHz到200KHz之間，使得該問題更加突出，這嚴重制約了電力通信的發展。
本實用新型的目的就在于提供一種能夠減少干擾、降低成本、容量較大、通信質量優良且可以抵抗惡劣氣候對高壓輸電線通信的影響的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以下措施來實現本實用新型包括殼體，在殼體內設置有數字調制器、單邊帶形成器、擴頻器、兩個跟蹤式數字濾波器、預放功放電路、輸出匹配網絡、兩個偽隨機序列碼發生器、頻率合成器、動態同步信號提取電路、變頻器、中放電路、中頻解調器、數字式低通濾波器、AGG放大控制電路、反擴頻乘法器、數字解調器；其中，數字調制器、單邊帶形成器、擴頻器、跟蹤式數字濾波器、預放功放電路、輸出匹配網絡依次單向傳輸，并且自數字調制器輸出直至輸入到輸出匹配網絡；跟蹤式數字濾波器、反擴頻乘法器、變頻器、中放電路、中頻解調器以及數字式低通濾波器依次為單向傳輸，并且自跟蹤式數字濾波器輸出直至輸入到數字式低通濾波器；頻率合成器分別輸出至數字調制器、單邊帶形成器、跟蹤式數字濾波器、兩個偽隨機序列碼發生器、數字解調器、數字式低通濾波器、中頻解調器以及變頻器；偽隨機序列碼發生器連接至擴頻器，偽隨機序列碼發生器分別連接至反擴頻乘法器及動態同步信號提取電路，動態同步信號提取電路輸出至頻率合成器，數字式低通濾波器輸出至數字解調器，中放電路與AGG放大控制電路為雙向傳輸；反擴頻乘法器連接至動態同步信號提取電路。
由于本實用新型采用數字調制，以實現數字載波，并采用擴頻、增加帶寬、等一系列設計，使本實用新型體積小、重量輕、抗干擾能力強、容量大、成本較低，通信質量極好，可以抵抗惡劣氣候對高壓輸電線通道的影響。該機除可傳送傳統的電話信號和運動信號外，還可同時傳送彩色圖像。如果不傳送圖像，還可以傳送14.4Kbit/s44.8Kbit/s數據，為計算機直線聯網提供了電力線數據通道。再者，由于該機采用全數字方式通信，使得同一頻段可以重復利用。即使在變電站同一母線上或在輸電線同一端站，可以幾臺同頻段的該數字載波機同時運行而互不干擾。這就有效地克服了頻率資源緊張和可工作在高壓輸電線上通信機數量的矛盾；反過來說，該機提高了高壓輸電線有限頻譜資源的利用率。
本實用新型的附圖圖面說明如下
圖1是本實用新型的外形結構圖。
圖2是本實用新型實現高壓輸電線通信的數字方案圖。
圖3是本實用新型的電路原理框圖。
圖4是本實用新型圖的電路原理圖。
本實用新型
以下結合附圖和實施例作進一步詳細地說明如圖所示本實用新型包括殼體，在殼體內設置有數字調制器(1)、單邊帶形成器(2)、擴頻器(3)、兩個跟蹤式數字濾波器(4)(9)、預放功放電路(5)、輸出匹配網絡(6)、兩個偽隨機序列碼發生器(7)(11)、頻率合成器(8)、動態同步信號提取電路(12)、變頻器(13)、中放電路(14)、中頻解調器(16)、數字式低通濾波器(17)、AGG放大控制電路(15)、反擴頻乘法器(10)、數字解調器(18)；其中，數字調制器(1)、單邊帶形成器(2)、擴頻器(3)、跟蹤式數字濾波器(4)(9)、預放功放電路(5)、輸出匹配網絡(6)依次單向傳輸，并且自數字調制器(1)輸出直至輸入到輸出匹配網絡(6)；跟蹤式數字濾波器(9)、反擴頻乘法器(10)、變頻器(13)、中放電路(14)、中頻解調器(16)以及數字式低通濾波器(17)依次為單向傳輸，并且自跟蹤式數字濾波器(9)輸出直至輸入到數字式低通濾波器(17)；頻率合成器(8)分別輸出至數字調制器(1)、單邊帶形成器(2)、跟蹤式數字濾波器(4)、兩個偽隨機序列碼發生器(7)(11)、數字解調器(18)、數字式低通濾波器(17)、中頻解調器(16)以及變頻器(13)；偽隨機序列碼發生器(7)連接至擴頻器(3)，偽隨機序列碼發生器(11)分別連接至反擴頻乘法器(10)及動態同步信號提取電路(12)，動態同步信號提取電路(12)輸出至頻率合成器(8)，數字式低通濾波器(17)輸出至數字解調器(18)，中放電路(14)與AGG放大控制電路(15)為雙向傳輸，反擴頻乘法器(10)連接至動態同步信號提取電路(12)。
本實用新型的工作原理如下A該機實現高壓輸電線通信的數字方案如“附圖2”，圖中A邊為某電力局近端變電站，B邊為遠離本局的遠端變電站，該機一式兩部分別裝于A、B、兩側，A、B兩側有分別以a.b.c三相10千伏至50萬伏之間某電壓等級的高壓輸電線三條來聯結兩地，E、F為分別安裝于各端的數載波機并通過結合濾波器C、D將各機高頻信號耦合至a.b.c任一相線和大地之間，或相一相耦合至兩線之間(圖例中為a相，屬相一地耦合方式)，這和通常模擬載波方式沒有區別。有本質不同之處在于從E到電力局通信室及從F到變電所通信站之間為雙向數據接口，互為收發的是14.4Kbit/s至44.8Kbit/s數據。具體數據速率由通信部門按需求或通信線路情況自行設定。
B該機的技術構成該機的構成方案見“附圖3”。圖示方案由“發信單元”和“收信單元”組成“發信單元”由(1)至(7)組成，“收信單元”由(9)至于(18)組成。“動態同步提取電路(12)”和“頻率合成器(18)”兩單元共用，由8位打碼開關設定整機工作頻段。
發信單元“數字調制(1)”將來自通信單位的14.4Kbit/s至44.8Kbit/s的數據變換為鍵控載頻送給“單邊帶形成器(2)”，該“形成器”的作用在于把“數字調制器”輸出的雙邊帶抑載或非抑載雙邊帶鍵控載波處理為“單邊帶信號”。因為高壓輸電線電暈放電噪聲隨接收的頻帶加寬而正比增加，把“雙邊帶”處理為“單邊帶”，信息內容并未丟失，但減少了一倍信號帶寬，可以在收端換來6dB的抗噪增益(以電壓電平計算201g2＝6)。然后將處理過的該單邊帶數字頻譜信號送到“擴頻器(3)”進行“直接擴頻”(簡稱DSC)。“擴頻器(3)”依據“偽隨機序列碼發生器(7)”的數字序列進行乘法運算，把含信息內容的單邊數字信號譜進行加擴加密處理，在其輸出端得到一個近百倍原信息頻帶寬度的信號譜，以便使收端得到一個近百倍的抗噪擾能力和允許該頻段頻譜資源的重復使用。該“擴頻器”擴頻增益為32dB(以電壓電平計算201g40＝32)。該增益由“偽隨機序列碼發生器”的碼片速率決定(見下)。“跟蹤式數字濾波器(4)”濾出來自“擴頻器(3)”的擴頻信號譜，在“頻率合成器(8)”的作用下自動跟蹤擴頻信號譜，其帶通特性由其自身芯片的碼位決定(實施時可用16位)。“預放、功放電路(5)”將來自帶通濾波器選擇的信號放大為1W至10W輸出(視高壓輸電線的電壓等級而定，例如，50萬伏等級可按10W輸出設定)“輸出匹配網絡(6)”是將功率輸出信號耦合至高壓輸電線路，以完成發信單元的信號輸送功能。
“偽隨機序列碼發生器”提供25-1的偽隨機碼循環周期，碼片寬為1.6uS，以滿足擴頻器需要。“頻率合成器(8)”給各單元提供正確的時序脈沖，使各單元同步有序地工作。
收信單元由“跟蹤式數字濾波器(9)”自跟蹤地濾出自高壓輸電線送來的本接收單元的數字載波信號，送給“反擴頻乘法器(10)”，同發信單元一樣，本單元“偽隨機序列碼發生器(11)”以和發端相同的隨機邏輯給反擴器提供碼流，經過反擴器處理信息，反擴器就輸出了和發端相同的鍵控載波信號，該信號分為二路、一路送給“動態同步信號提取(12)”，為頻率合成器提供同步時鐘，另一路送給“變頻器(13)”，“變頻器”把合成器送來的本振信號、和鍵控載波混頻，得到60KHz中頻送給“中放(14)電路”。“AGC放大控制(15)電路”用于控制中放的增益，其AGC范圍為15~30dB，以對付高壓輸電線對載波的動態衰減。“中頻解調器(16)”將來自中放的一定強度的中頻信號恢復成適合“數字解調器(18)”解調的雙邊帶信號，通過“數字式低通濾波器(17)”濾除中，高頻干擾后，送給數字解調器。經解調得到原發端的數據信息。從而完成收發通信。
如前所述，該實用新型工作于40KHz～400KHz范圍，劃分3個波段，波段可以任選。但收發頻段必須一致。現將其具體構成和原理分述如下(如圖4)。
以下說明中英文符號表示為R電阻。C電容。L電感。T變壓器。X晶體。IC集成電路(其型號已在附圖中注明)。K打碼開關。W瓦。KHz千赫茲。A輸出插座。B輸入插座。Ω歐姆。Vp-p電壓峰-峰值(伏)。mVp-p電壓峰-峰值(毫伏)。Kbit/s每秒千比特。DC-DC直流-直流變換器。AC-DC交流-直流變換器。
A、公共單元公共單元由“頻率合成器(8)和“動態同步信號提取電路(12)構成，二者共同工作起到給整機各集成芯片提供同步時鐘的作用。前者由IC8、K1、X1、R16、C27、C28、構成，后者由模塊MR6717和C38構成。K1為波段打碼開關，X1為穩頻振蕩晶體，R16為泄放電阻，C28、C38為耦合電容。當末收到高壓輸電線上傳來的數字載波信號時，IC8由晶體X1、C28、R16構成內部振蕩，給收發各集成芯片提供準確的時鐘。當收到輸電線傳來的信號時，模塊MR6717的3腳通過C38從IC9的12腳取得同步信息，經模塊內部處理提純后從其4腳輸出標準同步信號送給IC8的8腳，取代由晶X1構成的內部振蕩，通過IC8內部分頻，倍頻由腳7、15、14、3、5、6、9、輸出給收發各相關芯片提供標準時鐘。其腳10、11、13、所接打碼開關K1、可改變IC8內部分頻值，以便轉換工作波段。
B、發信單元發信數據及同步時鐘由通信站相關設備用外部連線引入a1，a2點送入“數字調制器(1)”。數字調制器(1)由IC1及其周邊電阻R1～R4和電容C1～C8構成。該調制器僅占用IC1內部的發信支路(IC1具有收信，發信雙工功能)。14.4Kbit/s～44.8Kbit/s數據信號DATA IN和其同步時鐘CLK IN分別從其2腳和7腳輸入，外部同步觸發脈沖從C7進入27腳，通過IC1內發信支路GMSK調制后變成4.8KHZ鍵控雙邊帶抑制載頻信號，分別從其18腳和25腳以180度和270度相角輸出，并經過C5、R2、和C6、R3送給下一級IC2的3腳和5腳。
單邊帶形成器(2)由IC2、D1、R5、R6、R7、C9、C10構成。R5、C9、構成IC2的電源去耦，D1、R7使IC2 8腳的時鐘脈沖有效。其8腳通過R6和IC1的C7相聯，共同接受IC8 14腳送來的時鐘脈沖。IC2把3、5、8腳接收的上述信號在內部進行處理，從其16腳通過C10向IC3送出帶限為4.8KHz的單邊帶信號。
擴頻器(3)和“偽隨機序列碼發生器(7)由IC3、K2、R8、R10、C10、C11、C29構成。其中K2為打碼開關，用戶以此來設置IC3內部形成的偽隨機序列碼的碼形(其必須和對應的收信對端一致)，R10為接收同步時鐘的衰減電阻，C11為輸出耦合電容。R8、C10、C29為IC3要求的外圍元件。當IC3從8腳接收到IC2的單邊信號后，在上述構造及IC3內部的作用下，由其12腳通過C11向下一級輸出120KHz帶寬的擴頻信號。
跟蹤式數字濾波器(4)由IC4、IC5、R9、R11、C12～C20構成，R9、R11為信號耦合電阻，C12～C19為IC4要求的外圍電容，C20為耦合電容。通過公式設計，該濾波器3dB帶寬為120KHz。通過IC4、IC5共同處理，該120KHz寬帶信號經C20耦合到下一級。
預放、功放電路(6)由IC6、IC7、R12～R15、C21、C22構成。IC6形成預放，IC7形成功放、R12是耦合電阻，R15為負反饋電阻，R13、R14為偏置電阻，C21、C22為電源退耦。IC6 9腳接收上一級送來的信號，將其放大到4VP-P送給IC7，IC7將其功率放大到1～10W送給下一級，其功率大小視具體線路情況而定。調整電阻R15，可以控制輸出功率的大小。
輸出匹配網絡(6)由C23、C24、L1、T1構成。C23、C24、L1用來形成IC7和T1之間隔離，并濾除高次諧波。T1用來將IC7輸出12Ω的低阻抗變換為75Ω。來自上一級的數字載波信號通過該網絡在A點輸出。并在A點通過75Ω同軸電纜外聯結至高壓輸電線的結合濾波器，以將發信的信號送往高壓輸電線傳輸至對方。
C、收信單元從高壓輸電線送來的數字載波信號通過外部結合濾波器用75Ω同軸電纜引入B點，并通過B點送入接收單元。“跟蹤式數字濾波器(9)由L3、L4、L19、R20、C31～C35、C54、IC9構成。C31、C34、C35、為耦合電容，L4、C54、構成電源去耦，R19、R20是IC9要求的外圍電阻。C32、L3、C33、構成兀型濾波器，以其粗濾性能防止B點高于400KHz信號竄入接收單元。C31、C34將兀型波波器粗濾的B點信號，引入IC9的8腳進行精濾。IC9 1腳為IC8輸送的同步時鐘，通過IC9內部處理，在其5腳輸出精濾的信號并通過C35送給下一級。
反擴頻乘法器(10)、“偽隨機序列碼發生器(11)由IC10、R21、R22、R31，C36、C37、C53、K3構成。R31和C53構成本級電源去藕，R21、C36為IC10、要求的外圖元件，R22為同步時鐘耦合輸入電阻，C37為耦合電容，K3為IC10內偽隨機序列碼發生器的打碼開關，撥動K3、可以設置IC10內部偽碼碼型，其碼型必須和其對應發信的對端一致，也就是說K3的設置必須和對端一致。IC10從8腳和9腳分別接收精濾信號和同步時鐘，在K3給定偽碼碼型的情況下，經IC10內運算，在12腳輸出反擴頻信號并通過C37送給下一級。
變頻器(13)由IC11、C39～C41構成。其中C39、C40為IC11要求外圍電容，C41為耦合電容。IC11的1腳和6腳分別接收上一級送來的反擴頻信號和IC8送來的同步時鐘，經其內部處理后在其4腳輸出60KHz中頻信號并通過C41耦合給下一級。
中放電路(14)和“AGC放大控制電路(15)由IC12、C42～C44、C52、R23、R0、R24、R30、L5、D2、D3、構成。其中IC12為可變增益放大器，R30、C52構成電源去耦，R23為平恒電阻，C42為IC12要求的外圍電容，L5、C44、R24是諧振網絡，其諧振頻率為60KHz，C43、D2、D3，C45、構成倍壓整流濾波電路(即AGC控制)，R0為輸出耦合電阻。IC12從4腳接收上一級送來的中頻信號，經IC12處理在其1腳輸出，1腳接有60KHz選頻網絡，并經C43耦合給D2、D3、整流，在5腳得到經C45濾波的直流電壓，以控制IC12的增益，在其1腳得到一個穩定為300mVp-p的中頻信號并經過R0耦全到下一級。
中頻解調器(16)由IC13、Rb、R25、CL、C46～C48、C51、D4、和X2構成。其中R25、C51、CL構成電源去耦，C46、C48、為耦合電容，C47為IC13移相電容，X2為60KHz選頻晶體。D4、Rb使輸入給IC13腳11的同步時鐘在芯片內部有效。這樣，從R0耦合過來的60KHz中頻信號經X2進一步選頻，從C46送IC13的20腳，通過IC13的內部解調作用，在其15腳出4.8KHz的雙邊帶抑載信號，并經過C48送給下一級。
數字式低通濾濾器(17)由IC14、IC15、R26～R29、C49、C50、構成。其中C49、R26、C50、R29、為耦合網絡，R27、R28、分別為運放IC15的輸入匹配電阻和負反饋電阻。從C48送來的信號引入到IC14的8腳，其1腳是引入的同步時鐘，通過IC14內部選擇作用，濾除高于4.8KHz 2的9.6KHz以上中、高頻干擾和雜散干擾，通過5腳將雙邊帶抑載信號經C49、R26送IC15放大，以滿足“數字解調器(18)對輸入信號強度的要求。調整R28的值可以控制1C15放大量，被放大信號由IC15的5腳輸出并經C50、R29送下一級處理。
數字解調器(18)由IC1收信支路及相關元件構成(前已所述)。由IC15放大到一定強度的信號送到IC1的14腳，由IC1內部集成單元處理后，在其10腳和4腳分別輸出數據DATA和同步時鐘CLK。該數據和時鐘從b1，b2點輸出與同樣的發信數據一起由外部連線引到通信站相關接口設備，完成整個收發通信過程。
該機工作電源分為+12V、-12V、+5V，由一般DC-DC、AC-DC變換得來，由于通用簡單，此處不再贅述。
權利要求1.一種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數字調制器(1)、單邊帶形成器(2)、擴頻器(3)、兩個跟蹤式數字濾波器(4)(9)、預放功放電路(5)、輸出匹配網絡(6)、兩個偽隨機序列碼發生器(7)(11)、頻率合成器(8)、動態同步信號提取電路(12)、變頻器(13)、中放電路(14)、中頻解調器(16)、數字式低通濾波器(17)、AGG放大控制電路(15)、反擴頻乘法器(10)、數字解調器(18)；其中，數字調制器(1)、單邊帶形成器(2)、擴頻器(3)、跟蹤式數字濾波器(4)、預放功放電路(5)、輸出匹配網絡(6)依次單向傳輸，并且自數字調制器(1)輸出直至輸入到輸出匹配網絡(6)；跟蹤式數字濾波器(9)、反擴頻乘法器(10)、變頻器(13)、中放電路(14)、中頻解調器(16)以及數字式低通濾波器(17)依次為單向傳輸，并且自跟蹤式數字濾波器(9)輸出直至輸入到數字式低通濾波器(17)；頻率合成器(8)分別輸出至數字調制器(1)、單邊帶形成器(2)、跟蹤式數字濾波器(4)、兩個偽隨機序列碼發生器(7)(11)、數字解調器(18)、數字式低通濾波器(17)、中頻解調器(16)以及變頻器(13)；偽隨機序列碼發生器(7)連接至擴頻器(3)，偽隨機序列碼發生器(11)分別連接至反擴頻乘法器(10)及動態同步信號提取電路(12)，動態同步信號提取電路(12)輸出至頻率合成器(8)，數字式低通濾波器(17)輸出至數字解調器(18)，中放電路(14)與AGG放大控制電路(15)為雙向傳輸；反擴頻乘法器(10)連接至動態同步信號提取電路(12)。
專利摘要一種全數字化高壓輸電線數字載波機,它包括殼體,其特征在于:在殼體內設置有數字調制器、單邊帶形成器、擴頻器、兩個跟蹤式數字濾波器、預放功放電路、輸出匹配網絡、兩個偽隨機序列碼發生器等組成。由于本實用新型采用數字調制,以實現數字載波,并采用擴頻、增加帶寬、等一系列設計,使本實用新型體積小、重量輕、抗干擾能力強、容量大、成本較低,通信質量極好,可以抵抗惡劣氣候對高壓輸電線通道的影響。
文檔編號H04B3/54GK2385477SQ9923822
公開日2000年6月28日 申請日期1999年7月30日 優先權日1999年7月30日
發明者李躍華, 吳琦, 余書印, 全振基 申請人:河南省華康通信研究所