CN101834634B - Fsk和psk双模多频电力线载波调制解调器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了FSK和PSK双模多频电力线载波调制解调器，包括FSK调制解调单元和PSK调制解调单元，还包括通过软件实现仲裁机制和桥接机制的微处理器，所述的FSK调制解调单元和PSK调制解调单元具有独立的时钟信号源。采用本方案的电力线载波调制解调器产品可以和现有的FSK和PSK制式产品互联互通，用户在采购和招标时不再需要因为制式不同而分别采购，分开安装和管理，能大大节省维护成本。本技术方案是一种多频技术，在电力线上存在一定频率干扰时，采用本技术的产品可以自动切换到另一个信道通讯，因此抗干扰性能比单模单频产品有显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及电力线通信领域，特别涉及一种电力线通信中使用的调制解调器(MODEM)，该调制解调器具有移频健控(FSK)和移相键控(BSK)双模调制方式同时具备有多频调制解调能力。
背景技术
电力线载波PowerLineCarrier-PLC通信是利用电力线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。电力通信网是为了保证电力***的安全稳定运行应运而生的，它同电力***的安全稳定控制***调度自动化***被人们合称为电力***安全稳定运行的三大支柱。目前它更是电网调度自动化网络运营市场化和管理现代化的基础，是确保电网安全稳定经济运行的重要手段，是电力***的重要基础设施。由于电力通信网对通信的可靠性，保护控制信息传送的快速性和准确性具有及严格的要求，并且电力部门拥有发展通信的特殊资源优势。因此，世界上大多数国家的电力公司都以自建为主的方式建立了电力***专用通信网。长期以来电力线载波通信网一直是电力通信网的基础网络，目前在长达670000km的35kV以上电压等级的输电线路上，多数已开通电力线载波通道。形成了庞大的电力线载波通信网，该网络主要用于地市级或以下供电部门构成面向终端变电站及大用户的调度通信远动及综合自动化通道使用。近年来在低压线路上用于自动抄表应用的电力线载波网络也已开始普及，国家电网公司计划改造6000万只具有远程通讯能力的智能电表，其主导通讯技术就是电力线载波技术。
电力线调制解调器(MODEM)在电力线发送方基带信号调制到载波上，在接收方将载波上调制的基带信号解调，还原成基带信号，是电力线通信的重要通信接口(DCE)设备，目前主流电力线载波技术主要有两种调制方式，即移频键控(FSK)和移相键控(PSK)。经过多年的发展，这两种技术都有大规模的应用，已经形成了并存的局面。然而，PSK和FSK的电力线载波产品因物理层不同，无法做到互联互通，在一定程度上影响了用户的使用。
随着国内电网大规模铺开电力线载波抄表***的建设，两种不同制式的载波不得不分别招标和分开部署，维护难度很大。
发明内容：
为克服目前电力线载波调制解调器中两种主要调制方式，即FSK和PSK调制方式不能互联互通的缺陷，本发明提供一种双模式多频载波的调制解调器，该调制解调器可以在物理层上同时支持FSK和PSK制式，并且能做到两个频点完全独立，即能够与现有***兼容，又可以大大提高通讯抗干扰能力。
本发明的调制解调器的技术方案是：FSK和PSK双模多频电力线载波调制解调器，包括FSK调制解调单元和PSK调制解调单元，其特征在于：还包括通过软件实现仲裁机制和桥接机制的微处理器，所述的FSK调制解调单元和PSK调制解调单元具有独立的时钟信号源；
所述的仲裁机制是指防止在一个信道上占用了过多时间，影响另外一个信道的判别，在接收时分时查询两个信道的数据，跟据锁定的随机码匹配情况，动态决定优先级，当随机码完全锁定后，即开始当前信道的接收；
所述的桥接机制就是将FSK信道和PSK信道连接起来实现互联互通。
进一步的，上述的FSK和PSK双模多频电力线载波调制解调器中：所述的时钟信号源包括第一时钟和第二时钟，所述的第一时钟为PSK信道的参考时钟，所述的第二时钟为FSK信道的参考时钟。
更进一步的，上述的FSK和PSK双模多频电力线载波调制解调器中：所述的第一时钟为所述的微处理器的时钟源。
更进一步的，上述的FSK和PSK双模多频电力线载波调制解调器中：所述的第二时钟为所述的微处理器的时钟源。
采用本方案的电力线载波调制解调器产品可以和现有的FSK和PSK制式产品互联互通，用产在采购和招标时不再需要因为制式不同而分别采购，分开安装和管理，能大大节省维护成本。本技术方案是一种多频技术，在电力线上存在一定频率干扰时，采用本技术的产品可以自动切换到另一个信道通讯，因此抗干扰性能比单模单频产品有显著提高。
下面结合附图和具体实施例对本发明作较为详细的描述。
附图说明：
图1为本发明调制解调器结构框图。
图2为本发明实施例解调单元结构框图。
图3为本发明实施例2产品结构框图。
具体实施方式
实施例1、如图1所示，本实施例是一种在电力线上进行通信时使用的调制解调器，该调制解调器具有FSK和PSK两种模式的调制和解调方式，且是一种多频的调制解调器，是一种FSK和PSK双模多频电力线载波调制解调器，包括FSK调制解调单元和PSK调制解调单元，本实施例中，还包括通过软件实现仲裁机制和桥接机制的微处理器，所述的FSK调制解调单元和PSK调制解调单元具有独立的时钟信号源。本实施例的双模式的核心是同时支持两种不同频率的时钟***，分别作为FSK和PSK的参考时钟，这样才能做到两个频率，两种制式的独立性，即频点和带宽都是不同的。本实施例中，时钟单元由第一时钟和第二时钟组成，第一时钟为PSK信道的参考时钟，第二时钟为FSK信道的参考时钟。在上述第一时钟和第二时钟中设定一个为主时钟为微处理器提供时钟，如图1所示，主时钟是以微处理器提供时钟命名的，可以是第一时钟，也可以是第二时钟，在本实施例中，主副时钟只是为了称呼方便，两个时间是相互独立的，没有主从关系，第一时钟可以同时为微处理器和PSK信道提供时钟信号，第一时钟可以同时为微处理器和FSK信道提供时钟信号，第二时钟可以同时为微处理器和PSK信道提供时钟信号，第二时钟可以同时为微处理器和FSK信道提供时钟信号，如图1所示，两个时钟相互独立。
本实施例中，采用专用微控制器MCU对两个独立时钟***和调制解调单元进行软件分时切换，从而实现两个完全独立的FSK和PSK信道。MCU设置了软件仲裁机制，防止一个信道占用时间过长影响到另一个信道的工作。同时，MCU还实现了桥接机制，可以将一个信道上的数据转换到另一个信道上，实现类似网桥的功能。
综合上述结构，本实施例在物理层上实现了对现有电力线载波MODEM的兼容，同时提供更好的抗干扰性能。
时钟单元：双模式的核心是同时支持两种不同频率的时钟***，就是上面说的第一时钟和第二时钟，分别作为FSK和PSK的参考时钟，这样才能做到两个频率，两种制式的独立性，即频点和带宽都是不同的。时钟单元由主时钟和副时钟组成，两个时钟分别为PSK和FSK信道提供独立的参考时钟，而主时钟可同时作为MCU的运行时钟。
如图1所示，主晶振所产生时钟是主时钟，为PSK参考时钟，而副时钟即另外一个由外部时钟源提供，做FSK参考时钟。时钟主要用于混频时钟和发送时钟。图示两个时钟是完全独立的，由独立的源和分频逻辑产生，保证两个信道的独立性。
调制解调单元如图2所示：实现PSK和FSK的调制解调。两个独立的AFE(AnalogFrontEnd)模拟前端分别对FSK和PSK载波进行数字变频和滤波。这种做法保证了FSK和PSK信道独立，有不同的频点和带宽。
MCU软件实现的仲裁机制和桥接机制：仲裁机制在接收时分时查询两个信道的数据，跟据锁定的随机码匹配情况，动态决定优先级，当随机码完全锁定后，即开始当前信道的接收。仲裁机制可以防止在一个信道上占用了过多时间，影响另外一个信道的判别。桥接机制可以在需要时将FSK信道和PSK信道连接起来，把一边的数据翻译到另一边，从而实现两个信道的互联互通。
本实施例的特征：
本发明由一个双时钟***分别提供PSK和FSK的参考时钟，依靠专用微控制器软件实现两个调制信道的信号锁定和信道仲裁，并可以将两个不同制式的信道数据相互转换，真正做到互联互通。
本实施例中，微处理器的仲裁机制通过分时复用和伪随机码捕获实现来实现两个信道的仲裁。PSK和FSK信道根据码速率不同来分配不同的时间片，当某一个信道捕获到正确的码型，此信道自动升级为主信道。
桥接机制把一个信道上接收的码元转换成另一个信道的码元，并且重新匹配码速率进行发送，使两种不同制式的载波装置实现互联互通。
如图3所示是一种具体的FSK和PSK双模多频电力线载波调制解调器。AFE模拟前端使用AFE3361，为通用FM收音机接收模拟前端。
主时钟采用19.2M晶振产生，同时作为PSK参考时钟，PSK中心频率为120K。
副时钟源采用单片机78F9202，主频10M，输出时钟作为FSK时钟，FSK中心频率270K。
主控MCU采用NP3250，CISC内核，内置PSK和FSK解调逻辑，具有外部时钟输入的定时器。
PSK信道采用480K陶瓷滤波器，FSK信道采用455K陶瓷滤波器。
Claims (2)
1.FSK和PSK双模多频电力线载波调制解调器，包括FSK调制解调单元和PSK调制解调单元，其特征在于：还包括仲裁机制和桥接机制，所述的FSK调制解调单元和PSK调制解调单元具有独立的时钟信号源；
所述的仲裁机制：
在接收时分时查询两个信道的数据，根据锁定的随机码匹配情况，动态决定优先级，当随机码完全锁定后，即开始当前信道的接收；在一个信道在电力线上存在一定频率干扰时，自动切换到另一个信道通信；
所述的桥接机制将FSK信道和PSK信道连接起来，把一边的数据翻译到另一边，实现两个信道的互联互通。
2.根据权利要求1所述的FSK和PSK双模多频电力线载波调制解调器，其特征在于：所述的时钟信号源包括第一时钟和第二时钟，所述的第一时钟为PSK信道的参考时钟，所述的第二时钟为FSK信道的参考时钟。
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