CN203166913U - 一种电力线载波发射机数字前端 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及包括支撑智能电网的电力线通信领域，具体涉及一种电力线载波发射机数字前端，包括依次连接的数模转换器和现场可编程门阵列FPGA，所述现场可编程门阵列FPGA包括依次连接的混频器、滤波器、加窗器和逆傅立叶变换器，所述现场可编程门阵列FPGA的参数寄存器分别与混频器和级联滤波器连接。本实用新型将等效复数基带形式的数字前端与奈奎斯特窗的方法结合，通过现场可编程门阵列FPGA实现了一种具有支持频带选择、支持带宽配置、降低发射信号带外能量的电力线载波发射机数字前端。
Description
技术领域
本实用新型涉及包括支撑智能电网的电力线通信领域，具体涉及一种电力线载波发射机数字前端。
背景技术
传统的基于正交频分复用（OFDM）的电力线通信***发射机的数字前端不使用数字混频器，而是直接在基带对数字信号进行调制和处理，增加了***设计的复杂度。等效复数基带形式的数字前端广泛的用于无线通信领域，但目前还没有被用于电力线载波通信领域。奈奎斯特窗函数的方法已被用于发射机处理，但在电力线载波通信***中还没有与等效复数基带方法结合。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种电力线载波发射机数字前端，本实用新型将等效复数基带形式的数字前端与奈奎斯特窗的方法结合，通过现场可编程门阵列FPGA实现了一种具有支持频带选择、支持带宽配置、降低发射信号带外能量的电力线载波发射机数字前端。
本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的：
一种电力线载波发射机数字前端，其改进之处在于，所述发射机数字前端包括依次连接的数模转换器和现场可编程门阵列FPGA，所述现场可编程门阵列FPGA包括依次连接的混频器、滤波器、加窗器和逆傅立叶变换器，所述现场可编程门阵列FPGA的参数寄存器分别与混频器和级联滤波器连接。
优选的，所述混频器为数字混频器，包括依次进行通信的频率合成器和乘法器；所述频率合成器为可配置频点的直接数字频率合成器。
较优选的，所述可配置频点的范围为0赫兹到25兆赫兹。
优选的，所述滤波器为级联滤波器的插值滤波器，包括数据存储器I、存储控制器、乘法累加器和数据存储器II；所述乘法累加器和存储控制器分别与数据存储器I连接；所述数据存储器II与乘法累加器连接。
较优选的，所述数据存储器I为多路数据存储器，包括读端口和写端口；所述数据存储器II为滤波器系数存储器。
优选的，所述发射机数字前端的带宽范围为7.8千赫兹到10兆赫兹。
优选的，所述加窗器包括依次连接的窗函数系数存储器和乘法器，数据从乘法器输入，与窗函数系数相乘后从乘法器的输出端口输出。
优选的，所述逆傅立叶变换器包括输入缓存器、蝶形运算单元、输出缓存器、地址控制器和旋转因子存储器；所述地址控制器分别与输入缓存器、输出缓存器、旋转因子存储器连接；所述旋转因子存储器与蝶形运算单元连接；所述输入缓存器与蝶形运算单元连接；所述蝶形运算单元与输出缓存器连接。
优选的，所述参数存储器包括三个用于存储配置信息的寄存器（用于存储混频器的频点配置与级联滤波器的级数和插值率）。
与现有技术比，本实用新型达到的有益效果是：
1）本实用新型提出的发射机数字前端通过配置数字混频器的频率，可以实现对***中心频点的配置。
2）本实用新型提出的发射机数字前端通过配置数字级联滤波器的级联级数或插值倍数，可以实现对***带宽的配置。
3）本实用新型提出的发射机数字前端，通过加窗器降低发送信号及等效复数基带正交频分复用OFDM子载波的带外能量，从而降低了对其他***可能造成的干扰。
4）本实用新型提出的发射机数字前端结构，在使用陷波技术减少对无线电台可能造成的干扰时，通过加窗器，可以使陷波的子载波数最小，从而提高频谱利用率。
5）本实用新型提出的基于存储器的级联滤波器实现结构，能够通过一个双端口存储器和一个乘法累加器（由一个滤波器的若干乘累加模块组成）完成多个级联的插值滤波器的功能，大大的节省了FPGA逻辑资源。
6）本实用新型通过加窗器，可以降低发射信号及OFDM子载波的带外能量，从而减少对其他电力线通信***的干扰，另外，在使用陷波技术减少对无线电台可能造成的干扰时，可以使陷波的子载波数最小，从而提高频谱利用率。
附图说明
图1是本实用新型提供的发射机数字前端结构图；
图2是本实用新型提供的数字混频器结构图；
图3是本实用新型提供的基于存储器的级联滤波器结构图；
图4是本实用新型提供的加窗器结构图；
图5是本实用新型提供的逆傅立叶变换器结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。
本实用新型提供的发射机数字前端结构图如图1所示，包括依次连接的数模转换器DAC和现场可编程门阵列FPGA，其中FPGA包括依次连接的混频器、级联的插值滤波器、加窗器和逆傅立叶变换器，FPGA的参数寄存器分别与混频器和级联的插值滤波器连接。其中逆傅立叶变换器实现调制符号到时域的等效复数基带信号的变换，加窗器用于降低等效复数基带信号的带外能量，级联的插值滤波器分步提高等效复数基带信号的采样率，混频器实现等效复数基带信号到带通信号的转换，数模转换器将带通数字信号转换为模拟信号。
本实用新型提供的数字混频器结构图如图2所示，包括依次进行通信的频率合成器DDS和乘法器；所述频率合成器为可配置频点的直接数字频率合成器。输入混频器的等效复数基带信号与直接数字频率合成器输出的载频信号相乘后得到带通输出信号。通过配置混频器的频率，可以实现对***中心频点的配置，中心频点可调整范围为0赫兹到25兆赫兹。
本实用新型提供的基于存储器的级联滤波器结构图如图3所示，包括数据存储器I、存储控制器、乘法累加器和数据存储器II；所述乘法累加器和存储控制器分别与数据存储器I连接；数据存储器II与乘法累加器连接。述数据存储器I为多路数据存储器，所述数据存储器II为滤波器系数存储器。
多路数据存储器只有一个写端口和一个读端口，用于存储级联滤波器中多个滤波器的多个抽头的采样值。由于级联的滤波器为插值滤波器，滤波器的采样率（带宽）越来越高，且多级滤波器的采样率之和小于最后一级滤波器采样率的两倍，因此只要满足FPGA的时钟速率大于或等于最后一级滤波器的输出采样率的两倍，就可以使用存储控制器控制并复用多路存储器的输入与输出端口，使得多路存储器可以同时存储多级滤波器的抽头采样值。同样，乘法累加器工作在FPGA的时钟下，可以通过分时复用对多级滤波器进行处理。滤波器系数存储器用于存储多级滤波器的滤波器系数。本实用新型提出的发射机数字前端结构中，通过改变级联插值滤波器的级联级数和插值倍数，可以实现对发射机数字前端带宽的配置，发射机数字前端带宽可调范围为7.8千赫兹到10兆赫兹。插值倍数取值可取2、3或5。级联滤波器即多个滤波器串联起来，通过数据存储器I、存储控制器、乘法累加器和数据存储器II的结构实现了多个串联滤波器的目的。
加窗器包括依次连接的窗函数系数存储器和乘法器，数据从乘法器输入，与窗函数系数相乘后从乘法器的输出端口输出。本实用新型提供的加窗器结构图如图4所示。
逆傅立叶变换器包括输入缓存器、蝶形运算单元、输出缓存器、地址控制器和旋转因子存储器；所述地址控制器分别与输入缓存器、输出缓存器、旋转因子存储器连接；所述旋转因子存储器与蝶形运算单元连接；所述输入缓存器与蝶形运算单元连接；所述蝶形运算单元与输出缓存器连接。本实用新型提供的逆傅立叶变换器结构图如图5所示。
参数存储器包括三个用于存储配置信息的寄存器，用于存储混频器的频点配置与级联滤波器的级数和插值率。
本实用新型提出的发射机数字前端结构中，通过加窗器降低发送信号及相邻子载波的带外能量。从而减少对其他电力线通信***的干扰，另外，在使用陷波技术减少对无线电台可能造成的干扰时，可以使陷波的子载波数最小，从而提高频谱利用率。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种电力线载波发射机数字前端，其特征在于，所述发射机数字前端包括依次连接的数模转换器和现场可编程门阵列FPGA，所述现场可编程门阵列FPGA包括依次连接的混频器、滤波器、加窗器和逆傅立叶变换器，所述现场可编程门阵列FPGA的参数寄存器分别与混频器和级联滤波器连接。
2.如权利要求1所述的电力线载波发射机数字前端，其特征在于，所述混频器为数字混频器，包括依次进行通信的频率合成器和乘法器；所述频率合成器为可配置频点的直接数字频率合成器。
3.如权利要求2所述的电力线载波发射机数字前端，其特征在于，所述可配置频点的范围为0赫兹到25兆赫兹。
4.如权利要求1所述的电力线载波发射机数字前端，其特征在于，所述滤波器为级联滤波器的插值滤波器，包括数据存储器I、存储控制器、乘法累加器和数据存储器II；所述乘法累加器和存储控制器分别与数据存储器I连接；所述数据存储器II与乘法累加器连接。
5.如权利要求4所述的电力线载波发射机数字前端，其特征在于，所述数据存储器I为多路数据存储器，包括读端口和写端口；所述数据存储器II为滤波器系数存储器。
6.如权利要求1所述的电力线载波发射机数字前端，其特征在于，所述发射机数字前端的带宽范围为7.8千赫兹到10兆赫兹。
7.如权利要求1所述的电力线载波发射机数字前端，其特征在于，所述加窗器包括依次连接的窗函数系数存储器和乘法器，数据从乘法器输入，与窗函数系数相乘后从乘法器的输出端口输出。
8.如权利要求1所述的电力线载波发射机数字前端，其特征在于，所述逆傅立叶变换器包括输入缓存器、蝶形运算单元、输出缓存器、地址控制器和旋转因子存储器；所述地址控制器分别与输入缓存器、输出缓存器、旋转因子存储器连接；所述旋转因子存储器与蝶形运算单元连接；所述输入缓存器与蝶形运算单元连接；所述蝶形运算单元与输出缓存器连接。
9.如权利要求1所述的电力线载波发射机数字前端，其特征在于，所述参数存储器包括三个用于存储配置信息的寄存器。
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|---|---|---|---|
| CN 201320154295 CN203166913U (zh) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | 一种电力线载波发射机数字前端 |
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| CN 201320154295 CN203166913U (zh) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | 一种电力线载波发射机数字前端 |
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ID=49028066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN 201320154295 Expired - Lifetime CN203166913U (zh) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | 一种电力线载波发射机数字前端 |
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN203166913U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014146416A1 (zh) * | 2013-03-21 | 2014-09-25 | 国家电网公司 | 一种用于电力线载波通信的数字前端***及其实现方法 |
| CN107454030A (zh) * | 2017-07-17 | 2017-12-08 | 科大智能电气技术有限公司 | 一种电力线宽带载波半并行发射机及其实现方法 |
| CN113890548A (zh) * | 2021-09-24 | 2022-01-04 | 哈尔滨工程大学 | 用于信号上变频的装置及现场可编程门阵列 |
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2013
- 2013-03-29 CN CN 201320154295 patent/CN203166913U/zh not_active Expired - Lifetime
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