一種基于ofdm的高速窄帶載波通信裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及電力線載波通信領域，特別設及一種基于OFDM的高速窄帶載波通信裝 置。
【背景技術】
[0002] 隨著智能電網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，不僅網(wǎng)絡交換的數(shù)據(jù)量隨之增加，而且對數(shù)據(jù)傳 輸中的安全性、可靠性要求的也不斷提高，使得現(xiàn)有上的窄帶載波通信(NB-PLC)技術已無 法滿足要求，因而高速率的NB-PLC(3kHz-500曲Z)技術憑借其更高速率、更加安全、更加穩(wěn) 健的特性優(yōu)勢，成為未來化C技術發(fā)展的必然趨勢。
[0003] 高速窄帶載波技術的關鍵在于調制解調技術的研究。正交頻分復用(0抑1)是一種 特殊的多載波信號調制方法，該技術的顯著優(yōu)勢是能夠有效的對抗頻率選擇性衰落，且與 傳統(tǒng)并行數(shù)據(jù)傳輸相比頻譜利用率高。由于OFDM技術具有可靠的工作模式、高效的信道編 碼技術W及強大的糾錯機制，是智能電網(wǎng)首選的最安全可靠和最具有高投入產(chǎn)出比的通信 模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有窄帶載波通信技術存在的上述缺點和不足，提供一種 基于OFDM的高速窄帶載波通信裝置，該裝置利用多個模塊系統(tǒng)和OFDM技術實現(xiàn)窄帶載波的 穩(wěn)定、高速、全雙工通信。
[0005] 本發(fā)明解決技術問題所采取的技術方案是:本發(fā)明整體架構要包括禪合電路、模 擬前端、收發(fā)前端、物理層處理單元、媒體接入控制(MAC)、匯聚層處理單元等六個部分組 成。
[0006] 所述的禪合前端完全由模擬電路組成，實現(xiàn)電網(wǎng)電壓的安全隔離，并且對高頻載 波信號進行提取和注入。其對于局端設備，需要負責Ξ相電上的高頻載波信號提取和注入。 模擬前端負責數(shù)模信號轉換、信號濾波W及信號放大功能。對于發(fā)送電路，實現(xiàn)數(shù)模轉換、 發(fā)送濾波、W及線性驅動。對于接收電路，實現(xiàn)接收濾波、模擬自動增益控制及模數(shù)轉換。模 擬前端是由模擬電路W及數(shù)模轉換1C組成。
[0007] 所述的收發(fā)前端由數(shù)字電路實現(xiàn)。對于發(fā)送電路和接收電路包括濾波、放大和數(shù) 模轉換模塊。帶收發(fā)前端還包括時間同步功能，對接收到的基帶信號進行前導卷積運算，W 確定物理帖的起始位置。
[000引所述的物理層算法處理單元也由數(shù)字電路實現(xiàn)，采用OFDM技術，子載波支持 DBPSK、DQPSK、D8PSK調制。對于發(fā)送通路，其對MAC層數(shù)據(jù)帖進行信道編碼、交織、數(shù)字調制、 W及加循環(huán)前綴后形成物理層帖，然后加前導并發(fā)送到數(shù)模轉換器上。對于接收電路，其對 同步后的物理層帖進行去循環(huán)前綴、數(shù)字解調、解交織、W及解碼后還原出MAC層數(shù)據(jù)帖。物 理層算法處理單元也同時記錄數(shù)據(jù)包的子載波信噪比（Signal Noise Ratio，SNR)、數(shù)據(jù)帖 誤碼率(Bit Error Rate,B邸)為MAC層提供認知功能的支持。
[0009] 所述的MAC層協(xié)議找處理單元由基于處理器的軟件方式實現(xiàn)。其控制物理層算法 處理單元實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)，另外也實現(xiàn)多址接入方式的選擇，流量控制，快速組網(wǎng)策略，業(yè)務 感知及對軟實時業(yè)務的支撐。匯聚層協(xié)議找處理單元同樣由基于處理器的軟件方式實現(xiàn)。 其主要操控MAC層和處理其反饋，提供分帖、組帖功能，W及快速的協(xié)議轉換功能。
[0010] 本發(fā)明有益的效果是實現(xiàn)窄帶載波的穩(wěn)定、高速、全雙工通信，達到通信質量要 求，滿足配電網(wǎng)自動化"Ξ遙"使用標準。
【附圖說明】
[0011] 圖1裝置整體架構圖。
【具體實施方式】
[0012] 本發(fā)明整體架構如圖1所示，包括禪合電路1、模擬前端2、收發(fā)前端3、物理層處理 單元4、媒體接入控制(MAC)5、匯聚層處理單元6等六個部分組成。其中模擬前端2、收發(fā)前端 3和物理層處理單元4采用收發(fā)雙通道，實現(xiàn)全雙工通信;禪合電路采用外端電路;模擬前端 位于系統(tǒng)硬件平臺模擬板上；收發(fā)前端和物理層處理單元在FPGA忍片中實現(xiàn)，MAC、匯聚層 處理單元在ARM忍片中實現(xiàn)，F(xiàn)PGA和ARM忍片均位于系統(tǒng)硬件平臺數(shù)字板上。
[001引禪合電路巧外端電路，直接使用標準禪合器，要保證相應的絕緣性能和窄帶禪合 效果，具體參數(shù)如下表：
[0014]
[0015] 模擬前端2采用MAX2991控制忍片，此忍片是集成電路，其商化1C獨特獨立工作模 式，提供兩級自動增益控制(AGC)，具有62B動態(tài)范圍，內(nèi)置可編程濾波器，支持窄帶頻帶的 濾波。
[0016] 收發(fā)前端3、物理層處理單元4、媒體接入控制（MAC)5、匯聚層處理單元6分別由 FPGA和ARM實現(xiàn)。(FDM系統(tǒng)采用專用集成電路:現(xiàn)場可編程口陣列FPGA。首先對(FDM系統(tǒng)進 行整體數(shù)據(jù)流的規(guī)劃和資源分配。物理層處理單元4分別包括(FDM的發(fā)送電路和接收電路， 利用FPGA可W將其設計成調制解調器，該調制解調器可W利用串口與上MAC層通信。為保證 到忍片設計的平穩(wěn)過渡，窄帶化C裝置的實現(xiàn)基于包含硬核的S0C FPGA，如Altera切clone V SE系列。Altera切clone V SE系列在FPGA架構中集成了基于ARM的硬核處理器系統(tǒng) 化PS)，包括處理器、外設和存儲器接口。HPS與片內(nèi)的FPGA邏輯資源通過高性能ARM細舊A蠻 AXITM總線橋接系統(tǒng)互聯(lián)緊密鏈接。物理層算法部分在FPGA邏輯資源中實現(xiàn)，并依據(jù)AXI標 準封裝為兼容AMBA總線的IP核。方便與HPS系統(tǒng)的交互。對于基于處理器的軟件部分，其包 括協(xié)議找和協(xié)議轉換軟件，需要支持100kbps吞吐率的MAC層數(shù)據(jù)包處理能力。其中，其上需 要基于多任務方式保證業(yè)務處理的部分運行于片內(nèi)的硬核。而對實時性要求高的部分可W 使用獨立的軟核，如Altera Nios II。外圍數(shù)據(jù)接口包括485接口 W讀取、寫入電表。對于局 端設備，外圍數(shù)據(jù)接口還包括W太網(wǎng)MC/PHY層，提供到W太網(wǎng)的協(xié)議轉換。
[0017]主控系統(tǒng)與FPGA采用并行串口定義P0~P7進行輸入輸出設計，進而系統(tǒng)可此陜速 建立自組網(wǎng)，與相應系統(tǒng)進行快速連接，進而快速適應電網(wǎng)結構及信道條件變化。
【主權項】
1. 一種基于OFDM的高速窄帶載波通信裝置，其特征是包括耦合電路、模擬前端、收發(fā)前 端、物理層處理單元、媒體接入控制(MAC)、匯聚層處理單元六個部分，其中所述模擬前端、 收發(fā)前端和物理層處理單元采用收發(fā)雙通道;所述收發(fā)前端和物理層處理單元在FPGA芯片 中實現(xiàn);所述MAC、匯聚層處理單元在ARM芯片中實現(xiàn);所述FPGA和ARM芯片均位于系統(tǒng)硬件 平臺數(shù)字板上。2. 根據(jù)權利要求1所述的收發(fā)雙通道，其特征在于，接收電路和發(fā)送電路獨立運行，進 行窄帶載波全雙工通信。3. 根據(jù)權利要求1所述的模擬前端，其特征在于，采用MAX2991控制芯片進行自動增益 控制和窄帶頻帶的濾波。4. 根據(jù)權利要求1所述的FPGA芯片，其特征在于，現(xiàn)場可編程門陣列對OFDM系統(tǒng)進行整 體數(shù)據(jù)流的規(guī)劃和資源分配，設計成調制解調器。
【專利摘要】本發(fā)明涉及電力線載波通信領域，特別涉及一種基于OFDM的高速窄帶載波通信裝置。該裝置包括耦合電路、模擬前端、收發(fā)前端、物理層處理單元、媒體接入控制(MAC)、匯聚層處理單元等六個部分組成。其中收發(fā)前端和物理層處理單元在FPGA芯片中實現(xiàn)，MAC、匯聚層處理單元在ARM芯片中實現(xiàn)，F(xiàn)PGA和ARM芯片均位于系統(tǒng)硬件平臺數(shù)字板上，并結合OFDM多載波信號調制方法技術進行信道編碼和糾錯模式，實現(xiàn)窄帶(3kHz-500kHz)載波裝置的高效、穩(wěn)定、高速通信。
【IPC分類】H04L27/26, H04B3/54
【公開號】CN105490707
【申請?zhí)枴緾N201610012741
【發(fā)明人】胡平, 馮佳豪, 王承民, 楊會峰, 王朋朋, 樊會叢, 單保濤, 劉涌, 李宏仲, 林憲平, 林榕, 李勇, 邵華
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河北省電力公司, 上海博英信息科技有限公司
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2016年1月11日