基于正交信號(hào)的電力線載波信道衰減測(cè)試系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電力通信領(lǐng)域的測(cè)試系統(tǒng)及其方法，具體涉及一種基于正交信號(hào)的電力線載波信道衰減測(cè)試系統(tǒng)及其方法。測(cè)試系統(tǒng)包括連接在電力線上的載波信號(hào)發(fā)送端和信號(hào)接收端；所述信號(hào)發(fā)送端包括依次連接成閉環(huán)結(jié)構(gòu)的正交信號(hào)輸出系統(tǒng)、發(fā)送耦合電路、數(shù)據(jù)采集卡和控制器；所述信號(hào)接收端包括依次連接的接收耦合電路、數(shù)據(jù)采集卡和控制器。還提供了測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方法。該方法利用具有正交關(guān)系的余弦（Cos）和正弦（Sin）信號(hào)分別在窄帶輸出通道和寬帶輸出通道上同時(shí)傳遞，本發(fā)明在測(cè)試電力線載波信道衰減所發(fā)射的信號(hào)中，同時(shí)輸出具有正交關(guān)系的余弦和正弦信號(hào)，很容易的把同頻的噪聲和信號(hào)區(qū)分開，防止噪聲對(duì)衰減測(cè)試的影響。
【專利說(shuō)明】基于正交信號(hào)的電力線載波信道衰減測(cè)試系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力通信領(lǐng)域的測(cè)試系統(tǒng)及其方法，具體涉及一種基于正交信號(hào)的電力線載波信道衰減測(cè)試系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，現(xiàn)有的電力線載波信道衰減的方法和裝置中，如果在信號(hào)接收端噪聲較大的情況下或是測(cè)試線路較長(zhǎng)的情況下，接收的信號(hào)幾乎淹沒(méi)在噪聲中，測(cè)試裝置很難將噪聲和信號(hào)進(jìn)行分離，有的時(shí)候會(huì)把噪聲誤當(dāng)成信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，這樣測(cè)試到的電力線載波信道的衰減就會(huì)不準(zhǔn)確。
[0003]現(xiàn)有測(cè)試方法有以下不足:
[0004]I)很難區(qū)分噪聲和信號(hào)。
[0005]2)不能測(cè)試信噪比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于正交信號(hào)的電力線載波信道衰減測(cè)試系統(tǒng)，另一目的是提供一種基于正交信號(hào)的電力線載波信道衰減測(cè)試方法，本發(fā)明利用具有正交關(guān)系的余弦(Cos)和正弦(Sin)信號(hào)分別在窄帶輸出通道和寬帶輸出通道上同時(shí)傳遞，在輸出端就可以得到具有正交關(guān)系的信號(hào)，很容易的把同頻的噪聲和信號(hào)區(qū)分開，防止噪聲對(duì)衰減測(cè)試的影響。
[0007]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明提供一種基于正交信號(hào)的電力線載波信道衰減測(cè)試系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括連接在電力線上的載波信號(hào)發(fā)送端和信號(hào)接收端；其改進(jìn)之處在于，所述信號(hào)發(fā)送端包括依次連接成閉環(huán)結(jié)構(gòu)的正交信號(hào)輸出系統(tǒng)、發(fā)送耦合電路、數(shù)據(jù)采集卡和控制器；所述信號(hào)接收端包括依次連接的接收耦合電路、數(shù)據(jù)采集卡和控制器；信號(hào)發(fā)送端和信號(hào)接收端的衰減 Δ =Uk-Us。
[0009]進(jìn)一步地，所述正交信號(hào)輸出系統(tǒng)包括正交信號(hào)發(fā)生模塊；
[0010]所述正交信號(hào)發(fā)生模塊具有雙路載波通道，且輸出的信號(hào)互為正交關(guān)系，其中一路載波通道輸出余弦信號(hào)，另一路載波通道輸出正弦信號(hào)；兩路信號(hào)分別通過(guò)正交信號(hào)輸出系統(tǒng)中依次連接的濾波器、信號(hào)放大器、功率放大器以及耦合器輸出至電力線。
[0011]進(jìn)一步地，信號(hào)發(fā)送端的控制器給正交信號(hào)輸出系統(tǒng)發(fā)出指令，發(fā)出單一頻點(diǎn)的正交雙路載波信號(hào)；通過(guò)發(fā)送耦合電路耦合到電力線上；所述發(fā)送耦合電路將電力線上的信號(hào)耦合，并利用數(shù)據(jù)采集卡采集電力線上的時(shí)域信號(hào)，最后傳輸?shù)娇刂破?，所述控制器將測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，得到載波信號(hào)發(fā)送端的信號(hào)電平Us ；
[0012]信號(hào)發(fā)送端的控制器給正交信號(hào)輸出系統(tǒng)發(fā)出指令，發(fā)出單一頻點(diǎn)的正交雙路載波信號(hào)，通過(guò)發(fā)送耦合電路耦合到電力線上；信號(hào)接收端的接收耦合電路將電力線上的信號(hào)耦合，并利用數(shù)據(jù)采集卡采集電力線上的時(shí)域信號(hào)，最后傳輸?shù)娇刂破?，所述控制器將測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，得到載波信號(hào)接收端的信號(hào)電平UR。
[0013]進(jìn)一步地，所述發(fā)送耦合電路包括壓敏電阻、安規(guī)電容、放電電阻、降壓變壓器、發(fā)送濾波電路和雙向二極管；
[0014]所述壓敏電阻、降壓變壓器和雙向二極管并聯(lián)；2個(gè)所述安規(guī)電容對(duì)稱連接在壓敏電阻與降壓變壓器之間；每個(gè)安規(guī)電容的兩端均連接有放電電阻；2組所述發(fā)送濾波電路連接在降壓變壓器與雙向二極管之間；所述雙向二極管Dl的輸出端與信號(hào)接收端連接；所述發(fā)送濾波電路由串聯(lián)的電容和電感組成；
[0015]其中壓敏電阻用于保護(hù)發(fā)送耦合電路，防止雷擊和高壓脈沖對(duì)發(fā)送耦合電路的損害；安規(guī)電容用于耦合高頻信號(hào)，并將50Hz的工頻電與測(cè)試系統(tǒng)隔離；放電電阻用于在斷電的情況下對(duì)安規(guī)電容總存儲(chǔ)的電能進(jìn)行放電(防止測(cè)試人員誤碰到測(cè)試端子時(shí)被電容中的電荷電到)；降壓變壓器是用于調(diào)節(jié)輸入和輸出的阻抗關(guān)系，使信號(hào)能最大功率的輸出；雙向二極管用于鉗位電壓(防止過(guò)高的電壓燒壞測(cè)試儀器)；
[0016]所述數(shù)據(jù)采集卡需要有10MS/s以上的采樣速率，且輸入端口的承受功率為IOdBm以上；
[0017]所述控制器采用PC機(jī)或筆記本電腦。
[0018]進(jìn)一步地，所述接收耦合電路包括壓敏電阻、安規(guī)電容、放電電阻、降壓變壓器、接收濾波電路和自動(dòng)增益控制單元；
[0019]所述壓敏電阻、降壓變壓器和雙向二極管并聯(lián)；2個(gè)所述安規(guī)電容對(duì)稱連接在壓敏電阻與降壓變壓器之間；每個(gè)安規(guī)電容的兩端均連接有放電電阻；2組所述接收濾波電路連接在降壓變壓器與自動(dòng)增益控制單元之間；所述自動(dòng)增益控制單元的輸出端與信號(hào)發(fā)送端連接；所述接收濾波電路由串聯(lián)的電容器和電感組成，且在所述電感的兩端并聯(lián)有電容；所述自動(dòng)增益控制單元采用AGC控制器。
[0020]本發(fā)明基于另一目的提供的一種基于正交信號(hào)的電力線載波信道衰減測(cè)試方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法用的系統(tǒng)為電力線載波信道衰減測(cè)試系統(tǒng)，所述方法包括下述步驟:
[0021]A、獲取載波信號(hào)發(fā)送端的信號(hào)電平Us ;
[0022]B、獲取載波信號(hào)接收端的信號(hào)電平Ue ；
[0023]C、確定測(cè)試系統(tǒng)衰減、測(cè)試系統(tǒng)發(fā)送端信噪比SNRs和測(cè)試系統(tǒng)接收端信噪比SNRro
[0024]進(jìn)一步地，所述步驟A中，信號(hào)發(fā)送端的控制器給正交信號(hào)輸出系統(tǒng)發(fā)出指令，發(fā)出單一頻點(diǎn)的正交雙路載波信號(hào)；通過(guò)發(fā)送耦合電路耦合到電力線上；所述發(fā)送耦合電路將電力線上的信號(hào)耦合，并利用數(shù)據(jù)采集卡采集電力線上的時(shí)域信號(hào)，最后傳輸?shù)娇刂破?，所述控制器將測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，得到載波信號(hào)發(fā)送端的信號(hào)電平Us ；
[0025]載波信號(hào)發(fā)送端的信號(hào)電平Us是將時(shí)域信號(hào)通過(guò)傅里葉變換得到的，表達(dá)式如下:
[0026]
【權(quán)利要求】
1.一種基于正交信號(hào)的電力線載波信道衰減測(cè)試系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括連接在電力線上的載波信號(hào)發(fā)送端和信號(hào)接收端；其特征在于，所述信號(hào)發(fā)送端包括依次連接成閉環(huán)結(jié)構(gòu)的正交信號(hào)輸出系統(tǒng)、發(fā)送耦合電路、數(shù)據(jù)采集卡和控制器；所述信號(hào)接收端包括依次連接的接收耦合電路、數(shù)據(jù)采集卡和控制器；信號(hào)發(fā)送端和信號(hào)接收端的衰減A=Uk-Up
2.如權(quán)利要求1所述的電力線載波信道衰減測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述正交信號(hào)輸出系統(tǒng)包括正交信號(hào)發(fā)生模塊； 所述正交信號(hào)發(fā)生模塊具有雙路載波通道，且輸出的信號(hào)互為正交關(guān)系，其中一路載波通道輸出余弦信號(hào)，另一路載波通道輸出正弦信號(hào)；兩路信號(hào)分別通過(guò)正交信號(hào)輸出系統(tǒng)中依次連接的濾波器、信號(hào)放大器、功率放大器以及耦合器輸出至電力線。
3.如權(quán)利要求1所述的電力線載波信道衰減測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，信號(hào)發(fā)送端的控制器給正交信號(hào)輸出系統(tǒng)發(fā)出指令，發(fā)出單一頻點(diǎn)的正交雙路載波信號(hào)；通過(guò)發(fā)送耦合電路耦合到電力線上；所述發(fā)送耦合電路將電力線上的信號(hào)耦合，并利用數(shù)據(jù)采集卡采集電力線上的時(shí)域信號(hào)，最后傳輸?shù)娇刂破?，所述控制器將測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，得到載波信號(hào)發(fā)送端的信號(hào)電平Us; 信號(hào)發(fā)送端的控制器給正交信號(hào)輸出系統(tǒng)發(fā)出指令，發(fā)出單一頻點(diǎn)的正交雙路載波信號(hào)，通過(guò)發(fā)送耦合電路耦合到電力線上；信號(hào)接收端的接收耦合電路將電力線上的信號(hào)耦合，并利用數(shù)據(jù)采集卡采集電力線上的時(shí)域信號(hào)，最后傳輸?shù)娇刂破?，所述控制器將測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，得到載波信號(hào)接收端的信號(hào)電平UK。
4.如權(quán)利要求1所述的電力線載波信道衰減測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)送耦合電路包括壓敏電阻、安規(guī)電容、放電電阻、降壓變壓器、發(fā)送濾波電路和雙向二極管； 所述壓敏電阻、降壓變壓器和雙向二極管并聯(lián)；2個(gè)所述安規(guī)電容對(duì)稱連接在壓敏電阻與降壓變壓器之間；每個(gè)安規(guī)電容的兩端均連接有放電電阻；2組所述發(fā)送濾波電路連接在降壓變壓器與雙向二極管之間；所述雙向二極管Dl的輸出端與信號(hào)接收端連接；所述發(fā)送濾波電路由串聯(lián)的電容和電感組成； 其中壓敏電阻用于保護(hù)發(fā)送耦合電路，防止雷擊和高壓脈沖對(duì)發(fā)送耦合電路的損害；安規(guī)電容用于耦合高頻信號(hào)，并將50Hz的工頻電與測(cè)試系統(tǒng)隔離；放電電阻用于在斷電的情況下對(duì)安規(guī)電容總存儲(chǔ)的電能進(jìn)行放電；降壓變壓器是用于調(diào)節(jié)輸入和輸出的阻抗關(guān)系，使信號(hào)能最大功率的輸出；雙向二極管用于鉗位電壓； 所述數(shù)據(jù)采集卡需要有l(wèi)OMS/s以上的采樣速率，且輸入端口的承受功率為IOdBm以上； 所述控制器采用PC機(jī)或筆記本電腦。
5.如權(quán)利要求1所述的電力線載波信道衰減測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述接收耦合電路包括壓敏電阻、安規(guī)電容、放電電阻、降壓變壓器、接收濾波電路和自動(dòng)增益控制單元； 所述壓敏電阻、降壓變壓器和雙向二極管并聯(lián)；2個(gè)所述安規(guī)電容對(duì)稱連接在壓敏電阻與降壓變壓器之間；每個(gè)安規(guī)電容的兩端均連接有放電電阻；2組所述接收濾波電路連接在降壓變壓器與自動(dòng)增益控制單元之間；所述自動(dòng)增益控制單元的輸出端與信號(hào)發(fā)送端連接；所述接收濾波電路由串聯(lián)的電容器和電感組成，且在所述電感的兩端并聯(lián)有電容；所述自動(dòng)增益控制單元采用AGC控制器。
6.一種基于正交信號(hào)的電力線載波信道衰減測(cè)試方法，其特征在于，所述方法用的系統(tǒng)為電力線載波信道衰減測(cè)試系統(tǒng)，所述方法包括下述步驟: A、獲取載波信號(hào)發(fā)送端的信號(hào)電平Us； B、獲取載波信號(hào)接收端的信號(hào)電平Ue； C、確定測(cè)試系統(tǒng)衰減、測(cè)試系統(tǒng)發(fā)送端信噪比SNRs和測(cè)試系統(tǒng)接收端信噪比SNRK。
7.如權(quán)利要求6所述的電力線載波信道衰減測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟A中，信號(hào)發(fā)送端的控制器給正交信號(hào)輸出系統(tǒng)發(fā)出指令，發(fā)出單一頻點(diǎn)的正交雙路載波信號(hào)；通過(guò)發(fā)送耦合電路耦合到電力線上；所述發(fā)送耦合電路將電力線上的信號(hào)耦合，并利用數(shù)據(jù)采集卡采集電力線上的時(shí)域信號(hào)，最后傳輸?shù)娇刂破?，所述控制器將測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，得到載波信號(hào)發(fā)送端的信號(hào)電平Us ； 載波信號(hào)發(fā)送端的信號(hào)電平Us是將時(shí)域信號(hào)通過(guò)傅里葉變換得到的，表達(dá)式如下:
8.如權(quán)利要求6所述的電力線載波信道衰減測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟B中，信號(hào)發(fā)送端的控制器給正交信號(hào)輸出系統(tǒng)發(fā)出指令，發(fā)出單一頻點(diǎn)的正交雙路載波信號(hào)，通過(guò)發(fā)送耦合電路耦合到電力線上；信號(hào)接收端的接收耦合電路將電力線上的信號(hào)耦合，并利用數(shù)據(jù)采集卡采集電力線上的時(shí)域信號(hào)，最后傳輸?shù)娇刂破?，所述控制器將測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，得到載波信號(hào)接收端的信號(hào)電平UK。
9.如權(quán)利要求8所述的電力線載波信道衰減測(cè)試方法，其特征在于，信號(hào)接收端的信號(hào)電平Ur是將時(shí)域信號(hào)通過(guò)傅里葉變換得到的，表達(dá)式如下:
10.如權(quán)利要求7或8所述的電力線載波信道衰減測(cè)試方法，其特征在于，所述正交信號(hào)輸出系統(tǒng)的正交信號(hào)發(fā)生模塊具有雙路載波通道，其中一路載波通道輸出余弦信號(hào)，另一路載波通道輸出正弦信號(hào)；兩路信號(hào)分別通過(guò)正交信號(hào)輸出系統(tǒng)中依次連接的濾波器、信號(hào)放大器、功率放大器以及耦合器輸出至電力線； 所述正弦信號(hào)和余弦信號(hào)為正交關(guān)系，即相位差保持90°，兩路載波信號(hào)的幅值隨著電力線載波信道的變化同步變化。
11.如權(quán)利要求6所述的電力線載波信道衰減測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟C中，信號(hào)發(fā)送端和信號(hào)接收端的衰減A=UK_US。
12.如權(quán)利要求6所述的電力線載波信道衰減測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟C中，測(cè)試系統(tǒng)發(fā)送端信噪比SNRs為發(fā)送端的信號(hào)電平減去發(fā)送端的噪聲電平，即:SNRs=(SendSignal) - (Send Noise) =Us-(Send Noise)； 數(shù)據(jù)采集卡直接測(cè)試出信號(hào)隨時(shí)間變換的電壓值，其中發(fā)送端的噪聲電平是用數(shù)據(jù)采集卡采集的電壓信號(hào)，然后用經(jīng)過(guò)傅里葉變換得到，表達(dá)式如式(I)。
13.如權(quán)利要求6所述的電力線載波信道衰減測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟C中，測(cè)試系統(tǒng)接收端信噪比SNRk為接收端的信號(hào)電平減去接收端的噪聲電平，即:SNRK= (ReceiveSignal)-(Receive Noise)=Ur-(Receive Noise)； 數(shù)據(jù)信號(hào)采集卡直接測(cè)試出信號(hào)隨時(shí)間變換的電壓值，其中接收端的噪聲電平是用數(shù)據(jù)采集卡采集的電壓信號(hào) ，然后用經(jīng)過(guò)傅里葉變換得到，表達(dá)式如式(I)。
【文檔編號(hào)】H04B3/48GK103532591SQ201310514616
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】褚廣斌, 李建岐, 陸陽(yáng), 趙濤, 魏明磊, 孫辰軍 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 中國(guó)電力科學(xué)研究院, 國(guó)網(wǎng)河北省電力公司