CN203352582U - 电力线载波信道强干扰噪声抑制装置中用的抑噪电路 - Google Patents

Abstract

电力线载波信道强干扰噪声抑制装置中用的抑噪电路，用在该装置中信息分流通道之后，差分混合器电路之前，对强干扰噪声中分流出来的频率高于载波信号频率的混噪信号流进行抑噪处理的电路，关键在于：本电路为引入的混噪信号设计由有两条信息通道，一条为直连通道、结构中包括第一射随器电路、第一受控开关电路、第三射随器电路；第二条为抑噪处理通道、结构中包括第一限幅器电路、第二射随器电路、第一弱信号增强电路、第二受控开关电路；第一弱信号增强电路的两个输入端口分别接至第一射随器和第二射随器的输出端、出口端通过第二受控开关电路接在第三射随器电路的输入端口经适配处理后输出或转到二级降噪电路进一步处理。本电路实现了对弱小的载波（子载波）信号，在整个载波频带内不被抑制的大前提下，对强干扰噪声进行有效地衰减，从而提高电力线传输载波信号的信噪比。

Description

电力线载波信道强干扰噪声抑制装置中用的抑噪电路

技术领域

本实用新型属于电力线载波通信技术领域，涉及一种利用电力线载波信道通信过程中干扰噪声的抑制装置中用的强干扰噪声频率高于载波频率的抑噪电路。 

背景技术

众所周知，电力线是为输送工频强电而设计的，它是庞大输电电网的主要组成部分，其主要功能是输送电能。连接在配电网上的各种用电负载及其可随时启动和断开这些负载的高压开关，是形成电力线载波信道强干扰的主体原因。有关干扰噪声的分类在有关公开文献上都有详细的论述这里不再重复。可以简而明了地认为电力线上的干扰噪声由“背景噪声”和“强干扰噪声”构成。 

“背景噪声”虽然频谱连续，但是“功率谱密度”低，且随频率增加而减小。通过先进的“扩频”和“调制/解调技术，可以有效地降低信道内数据传输”误码率”。 

“强干扰噪声”包括脉冲干扰噪声和周期性干扰噪声。脉冲干扰噪声是由连接在配电网上的各种大功率设备的高压开关随机开启和关闭所产生；周期性干扰噪声是由大功率电动机、冲压机、掘进机、大型开关电源、大型显示器、地铁动力车等所需的直流配电站工作时所产生。脉冲干扰噪声是突发的脉宽和间歇时间也是随机的，所以无法预知而且干扰的带宽可能很宽。周期性干扰噪声可能与工频“同步”或“异步”，由于持续时间长可以造成载波数据大面积错误或丢失。再加上我国生产的这些设备对其“电磁兼容”指标管控不严，它们在工作时给配电网形成的干扰更加严重，这也是我国电力线载波信道环境恶劣的主要原因。以上这些强干扰噪声其强度之大可达到有用载波信号的50dB以上。它们在干扰“子载波”通信的同时，还能把相邻“子载波”信道内的背景噪声电平“拉高”十几分贝以上。用电设备的“启动和断开”虽然属于“突发性”影响，但从整个配电网来看，这种“突发性”又无时不在。载波信道内功率谱密度相对较低的“背景噪声”不可能单独存在，所以，对载波信号的干扰起不到主导作用。因此，单靠采用先进的调制/解调技术，在强干扰噪声面前是无能为力的。只有抑制或消弱信道内的强干扰噪声才能有效地提高电力线载波通信的质量。强干扰噪声虽然能量强大，但是其频谱却是“离散”的，这就为载波子通道的“自适应”选择提供了可能。即使只把强干扰噪声降下一定幅度，也会使其相邻子载波信道的背景噪声降低，这实质上提高了子载波信号的信噪比，虽然信道内强干扰噪声幅度还可能比较大，但是载波通信的误码率要比抑制前明显降低。 

对于任何强弱相差高达50dB的混合信号，以抑制强干扰信号为主，但同时不能让弱信号受到压缩和衰减。从幅度高达50dB的噪声淹没中，区分或筛选出弱小的载波信号，无论是用“模拟”或“数字”处理技术其设计难度是可想而知的。对强干扰噪声抑制的方法一般从判断、识别、抑制噪声信号入手，虽然扑捉不到弱小的载波信号，但绝对不能消弱或压缩载波（子载波）信号。等把强噪声干扰抑制到一定电平之后，再对载波信号提取并给于有效放大，最终使信道内传输载波，包括子载波，信号的信噪比获得提升。由于强干扰噪声及弱载波，包括子载波，信号，在整个40khz至500khz载波信道内，二者之间的频率大小会随信息编码规则随时变化，抑制强干扰的过程中随时需要识别强干扰噪声和载波频率在信道内的频率大小。从而分情况设计电路，以对强干扰噪声，包括脉冲间歇噪声，频率低于载波或子载波频率、强干扰噪声，包括脉冲间歇噪声，频率高于载波或子载波频率这两种情况进行分通道处理成为必要的处理方法。 

发明内容

本实用新型为了解决在强干扰噪声（脉冲间歇）频率高于载波（子载波）频率这种情况下，抑噪电路的设计难题，设计了电力线载波信道强干扰噪声抑制装置中用的抑噪电路，有效地实现了对电力线信道内传输来的强干扰载波信号频率高于载波频率的混合信号进行抑噪处理，并可实现对弱小的载波信号进行增强和提取。 

本实用新型采用的技术方案是：电力线载波信道强干扰噪声抑制装置中用的抑噪电路，用在该装置中信息分流通道之后，差分混合器电路之前，对强干扰噪声中分流出来的频率高于载波信号频率的混噪信号流进行抑噪处理的电路，关键在于：本电路为引入的混噪信号设计由有两条信息通道，一条为直连通道、结构中包括第一射随器电路、第一受控开关电路、第三射随器电路；第二条为抑噪处理通道、结构中包括第一限幅器电路、第二射随器电路、第一弱信号增强电路、第二受控开关电路；第一弱信号增强电路的两个输入端口分别接至第一射随器和第二射随器的输出端、出口端通过第二受控开关电路接在第三射随器电路的输入端口经适配处理后输出或转到二级降噪电路进一步处理；本电路的结构中还包括控制信号提取电路、由第一噪声电平比较电路和第一控制逻辑生成电路串连组成、连接在第一射随器输出端口，由第一控制逻辑生成电路输出端口引出两条触发信号线分别连接在两个受控开关的触发端口上。 

本实用新型的有益效果是：本抑噪电路实现了对电力线载波信道的弱小的载波（子载波）信号，在整个载波频带内不被抑制的大前提下，对强干扰噪声进行有效地衰减，从而提高整个电力线传输载波信号的信噪比。 

附图说明

图1是本实用新型的实施例的结构示意框图； 

图2是本实用新型实施例的电原理图；

附图中，27是第一限幅器电路，28是第一射随器电路，29是第二射随器电路，30是第一弱信号增强电路，31是第一噪声电平比较电路，32是第二受控开关电路，33是第一控制逻辑生成电路，34是第一受控开关电路，35是第三射随器电路，36是第二限幅器电路，37是第四射随器电路，38是第二弱信号增强电路，39是第二噪声电平比较电路，40是第三受控开关电路，41是第二控制逻辑生成电路，42是第四受控开关电路，43是第五射随器电路，44是第三限幅器电路，45是第六射随器电路，46是差分放大器电路，47是输出阻抗调整电路。

具体实施方式

电力线载波信道强干扰噪声抑制装置中用的抑噪电路，用在该装置中信息分流通道之后，差分混合器电路之前，对强干扰噪声中分流出来的频率高于载波信号频率的混噪信号流进行抑噪处理的电路，重要的是：本电路为引入的混噪信号设计由有两条信息通道，一条为直连通道、结构中包括第一射随器电路28、第一受控开关电路34、第三射随器电路35；第二条为抑噪处理通道、结构中包括第一限幅器电路27、第二射随器电路29、第一弱信号增强电路30、第二受控开关电路32；第一弱信号增强电路30的两个输入端口分别接至第一射随器28和第二射随器29的输出端、出口端通过第二受控开关电路32接在第三射随器电路35的输入端口经适配处理后输出或转到二级降噪电路进一步处理；本电路的结构中还包括控制信号提取电路、由第一噪声电平比较电路31和第一控制逻辑生成电路33串连组成、连接在第一射随器28输出端口，由第一控制逻辑生成电路33输出端口引出两条触发信号线分别连接在两个受控开关的触发端口上。 

直连通道中的第一射随器电路28由运算放大器U51D和电阻R511搭接而成、第一受控开关电路34是电子开关U54A、第三射随器电路35是运算放大器U53A；第二条通道中的第一限幅器电路27是由电阻R512和双向二极管D53组成的分压电路，第二射随器电路29由运算放大器U51C搭接组成，第一弱信号增强电路30是运算放大器U51A和电阻R513、电阻R514 、电阻R515、电阻R516元件搭接而成的比较放大电路，第二受控开关电路32是电子开关U54B, 运算放大器U51A的两个输入端口分别借助电阻R513、电阻R515接至运算放大器U51D、运算放大器U51C的输出端、出口端通过电子开关U54A接在运算放大器U53A的输入端口。 

第一噪声电平比较电路31是由运算放大器U51B与配套电阻R51、电阻R52、电阻R53元件搭接而成的差分放大器和二极管D51和电阻R54、电阻R56、电容C51元件组成的检、滤波电路串连而成，运算放大器U51B的输入端接在第一射随器电路28的输出端、经检、滤波电路取出的控制信号加载到第一控制逻辑生成电路33的输入端；第一控制逻辑生成电路33由与非门U52A和与非门U52B串连搭接而成、形成相反的两个触发信号分别加载在电子开关U54A和电子开关U54B的触发端；一级抑噪信号经电子开关U54A送至运算放大器U53A输出一级降噪信号。 

与第三射随器电路35输出端连接的二级抑噪处理电路的结构中包括有两条信息通道：一条为直连通道、结构中包括第四受控开关电路42、第五射随器电路43；第二条为二级抑噪处理通道、结构中包括第二限幅器电路36、第四射随器电路37、第二弱信号增强电路38、第三受控开关电路40；第二弱信号增强电路38的两个输入端口分别接至第三射随器电路35和第四射随器37的输出端、出口端通过第三受控开关电路40接在第五射随器电路43的输入端口经适配处理后输出或转到三级降噪电路进一步处理；本二级抑噪处理电路的结构中还包括控制信号提取电路，由第二噪声电平比较电路39和第二控制逻辑生成电路41串连组成、连接在第三射随器电路35输出端口，由第二控制逻辑生成电路41输出端口引出两条触发信号线分别连接在两个受控开关的触发端口上。 

第四射随器电路37由运算放大器U53C和电阻R517搭接而成，第三受控开关电路40是电子开关U54D，第五射随器电路43由运算放大器U55B和电阻R524搭接而成；第二限幅器电路36是由电阻R518、双向二极管D54、及运算放大器U55A组成的分压电路，第二噪声电平比较电路39由运算放大器U53B搭接组成，第二弱信号增强电路38是运算放大器U53D和电阻R519、电阻R520、电阻R521、电阻R522元件搭接而成的比较放大电路，第四受控开关电路42是电子开关U54C, 运算放大器U53D的两个输入端口借助电阻R521、电阻R519分别接至运算放大器U53C、运算放大器U55A的输出端、出口端通过电子开关U54C接在运算放大器U55B的输入端口。 

第二噪声电平比较电路39是由运算放大器U53B与配套电阻R56、电阻R57、电阻R58元件搭接而成的差分放大器和二极管D52和电阻R59、电阻R510、电容C52元件组成的检、滤波电路串连而成，运算放大器U53B的输入端接在第四射随器电路37的输出端、经检、滤波电路取出的控制信号加载到逻辑生成电路的输入端；逻辑生成电路由与非门U52C和与非门U52D串连搭接而成、形成相反的两个触发信号分别加载在电子开关U54C和电子开关U54D的触发端；二级抑噪信号经电子开关U54C送至运算放大器U55B输出二级降噪信号或送至三级降噪电路处理。 

三级降噪电路的结构包括第三限幅器电路44、第六射随器电路45、差分放大电路46、输出阻抗调整电路47：第五射随器电路43发出信号分别送至第三限幅器电路44和第六射随器电路45进行幅度调整后形成两路输出信号输送到差分放大电路46进行比较放大、形成增强的通讯信号经输出阻抗调整电路47发送到强干扰噪声抑制装置中的差分混合器电路的输入端。 

三级降噪电路的结构中的第三限幅器电路44是由运算放大器U55C、电阻R525与双向二极管D55组成的分压器搭接而成的限幅发大电路，第六射随器电路45由运算放大器U55D和起调整作用的电阻R526搭成，差分放大电路46由运算放大器U56B和输入端适配电阻R527、电阻R528、电阻R529、电阻R530元件搭接而成，输出阻抗调整电路47是由运算放大器U56A射随器。 

在具体实施时，对于强干扰噪声（脉冲间歇）频率高于载波（子载波）频率时，相当于弱小的低频正弦波叠加在比其振幅高几十分贝、频率相对高的正弦波之上。混合后的波形类似调幅波。该抑噪电路的设计是先让混合信号经过第一限幅器电路27，抑制掉叠加在强正弦波顶部的弱正弦波信号，用这路顶部被压缩或被消除的信号和原来信号进行差分放大，我们就可以获取弱小的信号的最大幅度时的混合信号。这里要引起注意的是，限幅幅度不能过大以多级级联进行分级限幅最好。在级联过程中还可以对处理后的混合信号进行放大，以获取弱小信号的增益。级联时还要用混合信号幅度识别电路，保证限幅器只对超出设定幅度的混合信号限幅，低于设定幅度的混合信号直接输送到下一级。 

其原理方框图如图1所示。由于混合信号中的强干扰噪声幅度变化的包络信息，携带了弱小的低频信号。此方法的实质是用丢失部分强信号的信息和弱信号的可容忍失真作为代价，换取了对弱小信号的放大和提取。这种抑制电路也有先天不足，当高频强干扰的频率小于两倍弱信号频率时，提取弱信号的能力就会变得很差。 

综上所述，本抑噪电路的设计是应用于对电力线载波信道中的强干扰噪声进行抑制方法中。在对强干扰的抑制方法中，随时准确判断和识别强干扰噪声和载波（子载波）频率在载波信道中的大小就成为关键。根据强干扰噪声的频率超前或滞后载波的情况，将待处理信号强干扰噪声频率大于载波频率的混噪信号输送到本实用新型设计的电路去处理。 

参见附图1、2，第一射随器电路28、第二射随器电路29的作用是便于信号阻抗匹配及输出能力变强。第一限幅器电路27、第一弱信号增强电路30二者对同一路信号的限幅前后进行差分，其输出可以使混合信号幅度降低，但高频干扰信号的幅度变化被保留下来，也就是说载波信号没有被衰减。第一弱信号增强电路30还能使没有被限幅的高频干扰信号被全部抑制，高频信号的丢失会给寄生其上的低频载波信号带来失真，对于数字载波信号来讲，轻微的失真还是可以容忍的。第一噪声电平比较电路31检出噪声幅度超过设定限值后，经第一控制逻辑生成电路33形成控制脉冲，通过第一受控开关电路34、第二受控开关电路32把因为高于设定幅度经限幅、差分后的输出，或因低于设定电压不用经过限幅和差分的输出分别输入到第三射随器电路35，再和二级抑噪处理电路连接。二级抑噪处理电路工作流程和原理如上述抑造相同。经二级抑噪后的信号再与三级抑噪处理电路相连。 

Claims (8)

1.电力线载波信道强干扰噪声抑制装置中用的抑噪电路，用在该装置中信息分流通道之后，差分混合器电路之前，对强干扰噪声中分流出来的频率高于载波信号频率的混噪信号流进行抑噪处理的电路，其特征在于：本电路为引入的混噪信号设计由有两条信息通道，一条为直连通道、结构中包括第一射随器电路（28）、第一受控开关电路（34）、第三射随器电路（35）；第二条为抑噪处理通道、结构中包括第一限幅器电路（27）、第二射随器电路（29）、第一弱信号增强电路（30）、第二受控开关电路（32）；第一弱信号增强电路（30）的两个输入端口分别接至第一射随器（28）和第二射随器（29）的输出端、出口端通过第二受控开关电路（32）接在第三射随器电路（35）的输入端口经适配处理后输出或转到二级降噪电路进一步处理；本电路的结构中还包括控制信号提取电路、由第一噪声电平比较电路（31）和第一控制逻辑生成电路（33）串连组成、连接在第一射随器（28）输出端口，由第一控制逻辑生成电路（33）输出端口引出两条触发信号线分别连接在两个受控开关的触发端口上。

2.根据权利要求1所述的电力线载波信道强干扰噪声抑制装置中用的抑噪电路，其特征在于：直连通道中的第一射随器电路（28）由运算放大器U51D和电阻R511搭接而成、第一受控开关电路（34）是电子开关U54A、第三射随器电路（35）是运算放大器U53A；第二条通道中的第一限幅器电路（27）是由电阻R512和双向二极管D53组成的分压电路，第二射随器电路（29）由运算放大器U51C搭接组成，第一弱信号增强电路（30）是运算放大器U51A和电阻R513、电阻R514 、电阻R515、电阻R516元件搭接而成的比较放大电路，第二受控开关电路（32）是电子开关U54B, 运算放大器U51A的两个输入端口分别借助电阻R513、电阻R515接至运算放大器U51D、运算放大器U51C的输出端、出口端通过电子开关U54A接在运算放大器U53A的输入端口。

3.根据权利要求2所述的电力线载波信道强干扰噪声抑制装置中用的抑噪电路，其特征在于：第一噪声电平比较电路（31）是由运算放大器U51B与配套电阻R51、电阻R52、电阻R53元件搭接而成的差分放大器和二极管D51和电阻R54、电阻R56、电容C51元件组成的检、滤波电路串连而成，运算放大器U51B的输入端接在第一射随器电路（28）的输出端、经检、滤波电路取出的控制信号加载到第一控制逻辑生成电路（33）的输入端；第一控制逻辑生成电路（33）由与非门U52A和与非门U52B串连搭接而成、形成相反的两个触发信号分别加载在电子开关U54A和电子开关U54B的触发端；一级抑噪信号经电子开关U54A送至运算放大器U53A输出一级降噪信号。

4.根据权利要求1所述的电力线载波信道强干扰噪声抑制装置中用的抑噪电路，其特征在于：与第三射随器电路（35）输出端连接的二级抑噪处理电路的结构中包括有两条信息通道：一条为直连通道、结构中包括第四受控开关电路（42）、第五射随器电路（43）；第二条为二级抑噪处理通道、结构中包括第二限幅器电路（36）、第四射随器电路（37）、第二弱信号增强电路（38）、第三受控开关电路（40）；第二弱信号增强电路（38）的两个输入端口分别接至第三射随器电路（35）和第四射随器（37）的输出端、出口端通过第三受控开关电路（40）接在第五射随器电路（43）的输入端口经适配处理后输出或转到三级降噪电路进一步处理；本二级抑噪处理电路的结构中还包括控制信号提取电路，由第二噪声电平比较电路（39）和第二控制逻辑生成电路（41）串连组成、连接在第三射随器电路（35）输出端口，由第二控制逻辑生成电路（41）输出端口引出两条触发信号线分别连接在两个受控开关的触发端口上。

5.根据权利要求4所述的电力线载波信道强干扰噪声抑制装置中用的抑噪电路，其特征在于：第四射随器电路（37）由运算放大器U53C和电阻R517搭接而成，第三受控开关电路（40）是电子开关U54D，第五射随器电路（43）由运算放大器U55B和电阻R524搭接而成；第二限幅器电路（36）是由电阻R518、双向二极管D54、及运算放大器U55A组成的分压电路，第二噪声电平比较电路（39）由运算放大器U53B搭接组成，第二弱信号增强电路（38）是运算放大器U53D和电阻R519、电阻R520、电阻R521、电阻R522元件搭接而成的比较放大电路，第四受控开关电路（42）是电子开关U54C, 运算放大器U53D的两个输入端口借助电阻R521、电阻R519分别接至运算放大器U53C、运算放大器U55A的输出端、出口端通过电子开关U54C接在运算放大器U55B的输入端口。

6.根据权利要求4所述的电力线载波信道强干扰噪声抑制装置中用的抑噪电路，其特征在于：第二噪声电平比较电路（39）是由运算放大器U53B与配套电阻R56、电阻R57、电阻R58元件搭接而成的差分放大器和二极管D52和电阻R59、电阻R510、电容C52元件组成的检、滤波电路串连而成，运算放大器U53B的输入端接在第四射随器电路（37）的输出端、经检、滤波电路取出的控制信号加载到逻辑生成电路的输入端；逻辑生成电路由与非门U52C和与非门U52D串连搭接而成、形成相反的两个触发信号分别加载在电子开关U54C和电子开关U54D的触发端；二级抑噪信号经电子开关U54C送至运算放大器U55B输出二级降噪信号或送至三级降噪电路处理。

7.根据权利要求6所述的电力线载波信道强干扰噪声抑制装置中用的抑噪电路，其特征在于：三级降噪电路的结构包括第三限幅器电路（44）、第六射随器电路（45）、差分放大电路（46）、输出阻抗调整电路（47）：第五射随器电路（43）发出信号分别送至第三限幅器电路（44）和第六射随器电路（45）进行幅度调整后形成两路输出信号输送到差分放大电路（46）进行比较放大、形成增强的通讯信号经输出阻抗调整电路（47）发送到强干扰噪声抑制装置中的差分混合器电路的输入端。

8.根据权利要求7所述的电力线载波信道强干扰噪声抑制装置中用的抑噪电路，其特征在于：三级降噪电路的结构中的第三限幅器电路（44）是由运算放大器U55C、电阻R525与双向二极管D55组成的分压器搭接而成的限幅发大电路，第六射随器电路（45）由运算放大器U55D和起调整作用的电阻R526搭成，差分放大电路（46）由运算放大器U56B和输入端适配电阻R527、电阻R528、电阻R529、电阻R530元件搭接而成，输出阻抗调整电路（47）是由运算放大器U56A组成的射随器。

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