CN103248382A

CN103248382A - 一种ofdm电力线载波通信接收机的模拟前端电路

Info

Publication number: CN103248382A
Application number: CN2013101836815A
Authority: CN
Inventors: 范涛
Original assignee: BEIJING TEEAPOGEE MICROELECTRONIC Co Ltd
Current assignee: BEIJING TEEAPOGEE MICROELECTRONIC Co Ltd
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2013-08-14

Abstract

本发明公开了一种OFDM电力线载波通信接收机的模拟前端电路。该电路包括：第一可调增益放大单元，第一能量检测单元，第一增益控制单元，可调带通滤波器单元，第二可调增益放大单元，第二能量检测单元，第二增益控制单元，模数转换单元。采用第一和第二可调增益控制单元，提升了电路的增益范围。采用第一和第二能量检测单元分别检测两个可调增益控制单元的输出信号，保证了电路的各节点在存在强干扰信号时不会发生饱和，第一和第二可调增益控制单元、能量检测单元、增益控制单元分别构成闭环，提高了电路的稳定速度。

Description

一种OFDM电力线载波通信接收机的模拟前端电路

技术领域

本发明涉及电力线通信技术，特别涉及一种OFDM电力线载波通信接收机的模拟前端电路。

背景技术

电力线通信是利用现有电力线传输数据，尤其是利用低压电力线配电网进行载波通信，成本低廉，但与其他通信方式相比，电力线作为通信介质有很多特性：时变性强，等效阻抗变换范围大，信道衰减大，干扰和噪声强等。

在电力线载波通信中，为了获得更高的速率和抗窄带干扰，采用正交频分复用技术（OFDM）。OFDM把信息分成若干个并行数据流，然后把数据调制到相互正交的单个子载波上进行传输。OFDM减小了码间干扰，提高了频谱利用率，有效的抵抗了窄带干扰。

在OFDM载波通信***中，由于发送端和接收端之间的距离不同、电力线对信号的衰减程度不同、电力线干扰的频率和幅度不同，因此，需要接收端具有很低的等效输入噪声，并且能够迅速根据各种干扰调节信号大小的功能，以保证在通信***中获得最佳的接收性能。

尤其在OFDM电力线载波通信***中，由于干扰信号在频率和幅度上存在严重的不确定和时变性，采用传统的数字增益控制方式，无法检测通路内部各节点，导致了接收机的模拟通路在各个节点都可能发生严重的非线性失真甚至饱和，恶化接收性能的问题，因此需要一个能够快速稳定，并准确控制模拟通路各个节点的增益控制方案，来发挥接收机的最佳性能。

发明内容

本发明目的是解决OFDM技术在电力线载波通信中，由于电力线对信号的衰减和干扰存在不确定性而导致的性能恶化的问题，提供了一种OFDM电力线载波通信接收机的模拟前端电路。

本发明的技术方案如下：

本发明公开了一种OFDM电力线载波通信接收机的模拟前端电路。该电路包括：第一可调增益放大单元，第一能量检测单元，第一增益控制单元，可调带通滤波器单元，第二可调增益放大单元，第二能量检测单元，第二增益控制单元，模数转换单元。第一可调增益放大单元用于信号的预放大，提升信号的信噪比；第一能量检测单元检测第一可调增益放大单元输出的信号能量值；第一增益控制单元根据检测到的能量值计算合理的增益值，并反馈给第一可调增益放大单元；第一可调增益放大单元对信号进行调整；可调带通滤波器单元用于对信号放大、干扰衰减；第二可调增益放大单元将信号放大到模数转换单元的输入信号范围；第二能量检测单元检测第二可调增益放大单元输出的信号能量值；第二增益转换单元根据检测到的能量值计算合理的增益值，并反馈给第二可调增益放大单元；第二可调增益放大单元对信号进行调整；模数转换单元将模拟信号转换为数字信号。

所述第一可调增益放大单元，用于信号的预放大，增益范围不大，等效输入噪声低。

所述第一能量检测单元用于检测第一可调增益放大单元的输出信号能量。

所述的第一增益控制单元根据检测到的信号能量计算信号增益。

所述可调带通滤波器单元用于放大信号，干扰衰减。

所述第二可调增益放大单元，增益范围很大，用于信号的放大。

所述第二能量检测单元用于检测第二可调增益放大单元的输出信号能量。

所述的第二增益控制单元根据检测到的信号能量计算信号增益。

所述的模数转换单元将模拟信号转换为数字信号。

本发明的有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1.本发明提供的在第一增益控制单元，具有很低的等效输入噪声，并且具有适量的增益，配合能量检测单元和增益控制单元，构成了第一个局部的闭环控制环路，既保证了整个接收通路的噪声裕度，又防止了在电力线出现强干扰的情况下，第一增益控制单元输出的节点发生饱和而恶化接收性能的问题。

2. 本发明提供的可调带通滤波器单元，级联在第一增益控制单元之后，对信号放大、电力线上干扰信号的衰减、提高信噪比，并为后续的信号放大提供了保证，同时可以通过调节不同频带适用不同的应用要求。

3. 本发明提供的第二增益控制单元，具有很大的增益，级联在可调带通滤波器单元之后，配合能量检测单元和增益控制单元，构成了第二个局部的闭环控制环路，既可以对信号进行充分放大、有效利用模数转换单元的动态范围，又防止了在电力线上出现强干扰的情况下，第二增益控制单元输出的节点发生饱和而恶化接收性能的问题。

4. 本发明的两个局部闭环控制环路并行独立工作，提高了整个接收机的模拟前端电路的稳定速度。

下面结合附图和实施实例对本发明做进一步说明。

图1是本发明实施的***框图

图2是本发明实施的第一可调增益放大单元，能量检测单元和增益控制单元的框图

图3是本发明实施的可调带通滤波器单元的框图

图4是本发明实施的第二可调增益放大单元，能量检测单元和增益控制单元的框图

具体实施方法

本发明实施的电路框图如图1。所示第一可调增益放大单元101，第一能量检测单元102，第一增益控制单元103，可调带通滤波器单元104，第二可调增益放大单元105，第二能量检测单元106，第二增益控制单元107，模数转换单元108。第一可调增益放大单元101的输出分别与第一能量检测单元102和可调带通滤波器单元104的输入连接；第一能量检测单元102的输出与第一增益控制单元103的输入连接；第一增益控制单元103的输出与第一可调增益放大单元101的增益控制端连接；可调带通滤波器单元104的输出与第一可调增益放大单元105的输入连接；第二可调增益放大单元105的输出分别与第二能量检测单元106和模数转换单元108的输入连接；第二能量检测单元106的输出与第二增益控制单元107的输入连接；第二增益控制单元107的输出与第二可调增益放大单元105的增益控制端连接。

如图2，第一可调增益放大单元采用电阻和放大器OP1来实现增益调节，其中输入电阻R11和R12位固定电阻值，电阻R13和R14采用5位数字码控制的电阻阵列实现，通过调节控制A<4:0>可以实现-10dB到21dB，步长1dB，共32个增益值，可以实现输入信号的放大和缩小，其中放大器采用等效输入噪声比较低的放大器，来保证第一可调增益放大单元整体的低噪声特性。

由于OFDM信号具有较大的峰均比，因此能量检测单元采用如图2中E1 所示的均方根能量检测，即对输出信号平方并积分，然后开平方的结果作为信号的能量值，避免了峰值检测等其他检测方式检测OFDM信号其检测值不稳定的问题。

检测结果通过如图2中的模数转换单元ADC1转换为增益控制码，第一可调增益放大单元根据增益控制码增大或减小信号，将信号调整到合适的目标。当发送机和接收机距离较近或电力线衰减较小、特别是在电力线存在很强干扰的情况下，自动减小增益，防止第一可调增益放大单元输出信号的严重非线性失真甚至饱和；当发送机和接收机距离较远或电力线衰减较大时，增大增益，提高第一可调增益放大单元的信噪比，提升整个接收通路的性能。

如图3，可调带通滤波器单元采用有源RC滤波器的结构，其中电阻和电容采用可变的电阻和电容阵列，通过频带调整单元实现不同频带信号的选择，可以适应不同的应用要求。在存在很强的带外干扰的情况下，通过减小带外干扰信号，减小了信号的峰峰值，为后续信号的放大提供了空间。

如图4，第二可调增益放大单元采用电阻和放大器OP2来实现增益调节，其中输入电阻R41和R42采用固定电阻值，电阻R43和R44采用6位数字码控制的电阻阵列实现，通过调节控制B<5:0>可以实现0dB到63dB，步长1dB，共64个增益值，最大可以将几毫伏的信号放大到几伏特，对于如此高的增益范围，为了防止如失调等非理想因素造成电路无法正常工作，加入了失调消除单元。

如前所述，为了很好的处理OFDM信号，能量检测单元采用均方根能量检测，如图4中的E2，检测结果通过如图4中的模数转换单元ADC2转换为增益控制码，第二可调增益放大单元根据增益控制码调整信号，将信号调整到模数转单元的输入信号范围。当发送机和接收机距离较远或电力线衰减较大时，增大增益，提升接收机的传输距离和抗衰减能力。在存在很强干扰的情况下，减小增益，防止第二可调增益放大单元输出信号的严重非线性失真甚至饱和，最大程度的发挥了接收通路的性能。

采用两级局部闭环的增益控制方式，接收电路总增益范围达到了-10dB到84dB,提供了高达95dB的总动态范围，可以充分应对电力线大衰减或远距离传输，在电力线存在强干扰的情况下，保证了接收电路各节点不发生严重非线性失真甚至饱和，同时也保持了在各种复杂的电力线环境下的良好接收性能。可调带通滤波器单元提升了信噪比，通过调整频带，适应不同的应用要求和频带要求。

本发明不局限于上述的具体实施方式，本领域的技术人员在以上说明的基础上还能看出许多选择、组合、修改和变更。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims

1.一种OFDM电力线载波通信接收机的模拟前端电路。

2.该电路包括：第一可调增益放大单元，第一能量检测单元，第一增益控制单元，可调带通滤波器单元，第二可调增益放大单元，第二能量检测单元，第二增益控制单元，模数转换单元。

3.第一可调增益放大单元用于信号的预放大，提升信号的信噪比；第一能量检测单元检测第一可调增益放大单元输出信号的能量值；第一增益转换单元根据检测到的能量值计算合理的增益值，并反馈给第一可调增益放大单元；第一可调增益放大单元对信号进行调整；可调带通滤波器单元用于信号放大、干扰衰减；第二可调增益放大单元将信号放大到模数转换单元的输入信号范围；第二能量检测单元检测第二可调增益放大单元输出信号的能量值；第二增益控制单元根据检测到的能量值计算合理的增益值，并反馈给第二可调增益放大单元；第二可调增益放大单元对信号进行调整；模数转换单元将模拟信号转换为数字信号。

4.如权利要求1所述第一可调增益放大单元，其特征在于：所述第一可调增益放大单元，增益范围不大，等效输入噪声低，用于信号的预放大。

5.如权利要求1所述第一能量检测单元，其特征在于：所述第一能量检测单元用于检测第一可调增益放大单元的输出信号能量。

6.如权利要求1所述的第一增益控制单元，其特征在于：所述的第一增益控制单元根据检测到的信号能量计算信号增益。

7.如权利要求1所述可调带通滤波器单元，其特征在于：所述可调带通滤波器单元用于放大信号、干扰衰减。

8.如权利要求1所述第二可调增益放大单元，其特征在于：所述第二可调增益放大单元，增益范围很大，用于信号的放大。

9.如权利要求1所述第二能量检测单元，其特征在于：所述第二能量检测单元用于检测第二可调增益放大单元的输出信号能量。

10.如权利要求1所述的第二增益控制单元，其特征在于：所述的第二增益控制单元根据检测到的信号能量计算信号增益。

11.如权利要求1所述的模数转换单元，其特征在于：所述的模数转换单元将模拟信号转换为数字信号。