基于偽隨機(jī)碼的低壓電力線載波時(shí)延測(cè)量方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低壓電力線載波信號(hào)傳輸時(shí)延測(cè)量方法，屬于電子電路與信號(hào)處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著低壓電力線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，使得利用低壓電力線來(lái)搭建時(shí)間同步系統(tǒng)成為可能。利用現(xiàn)有的電力線作為傳輸介質(zhì)來(lái)搭建時(shí)間同步系統(tǒng)，無(wú)需新敷設(shè)專用線路網(wǎng)絡(luò)，只要連接到電源插座，就可同時(shí)提供電能和時(shí)間等信息，無(wú)疑是一種經(jīng)濟(jì)、高效的新型時(shí)間同步手段。系統(tǒng)可對(duì)小范圍區(qū)域內(nèi)，如樓宇、小區(qū)、家庭內(nèi)，提供一種高精度、廉價(jià)、可靠、便捷的授時(shí)服務(wù)。市場(chǎng)上該項(xiàng)技術(shù)還是空白，此外也可為智能電網(wǎng)、遠(yuǎn)程抄表、局域時(shí)間傳遞等應(yīng)用提供一種有效的時(shí)間同步解決方案。
[0003]利用低壓電力線進(jìn)行時(shí)間頻率傳遞的研究，在國(guó)外還沒(méi)有相關(guān)的文獻(xiàn)及報(bào)道。國(guó)家授時(shí)中心的馮平博士在2005年做過(guò)相關(guān)的研究，他采用了 Intellon公司生產(chǎn)的以擴(kuò)頻調(diào)制方式為核心的載波芯片SSC P300和P111，通過(guò)單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的傳遞，并通過(guò)測(cè)量主、子機(jī)的時(shí)間同步精度判別系統(tǒng)的技術(shù)性能，最大精度誤差為16ms。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種電力線信號(hào)時(shí)延測(cè)量方法，能夠?yàn)橐欢ǚ秶鷥?nèi)用戶提供一種可靠、便捷、高精度授時(shí)服務(wù)，本發(fā)明具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、實(shí)用、造作方便、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，精度誤差小于lOOus，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有方法的授時(shí)精度。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種基于偽隨機(jī)碼的低壓電力線載波時(shí)延測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0006](I)低壓電力線時(shí)間服務(wù)器接收GPS或北斗衛(wèi)星授時(shí)信號(hào)，校準(zhǔn)自身時(shí)間后，在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)IPPS上升沿處產(chǎn)生一個(gè)周期為10ms的I號(hào)C/A碼；
[0007](2)客戶端捕獲到低壓電力線時(shí)間服務(wù)器發(fā)送的I號(hào)C/A碼，在每個(gè)I號(hào)C/A碼的相關(guān)峰處產(chǎn)生周期為10ms的2號(hào)C/A碼；
[0008](3)服務(wù)器捕獲到戶端發(fā)送的2號(hào)C/A碼，在2號(hào)C/A碼相關(guān)峰值處產(chǎn)生一個(gè)1PPS，這個(gè)IPPS與標(biāo)準(zhǔn)IPPS之間的差值，即為2倍的時(shí)間傳輸延遲，從而完成信道時(shí)延測(cè)量。
[0009]本發(fā)明還提供一種基于上述方法的低壓電力線時(shí)延測(cè)量系統(tǒng)，包括客戶端和服務(wù)器；
[0010]在服務(wù)器中，服務(wù)器FPGA在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)IPPS上升沿處產(chǎn)生I號(hào)C/A碼，再進(jìn)行BPSK調(diào)制，將數(shù)字調(diào)制信號(hào)通過(guò)SPI接口傳輸?shù)侥M前端AFE031 ;數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)入AFE031后，先后經(jīng)過(guò)DAC、信號(hào)放大、低通濾波和功率放大處理變成模擬調(diào)制信號(hào)，通過(guò)耦合器將信號(hào)耦合到低壓電力線網(wǎng)絡(luò)；
[0011]模擬調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)低壓電力線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭_(dá)客戶端，在客戶端中，模擬調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合器耦合到帶通濾波器，然后進(jìn)入到模擬前端AFE031，先后通過(guò)接收一級(jí)放大、低通濾波和接收二級(jí)放大操作，模擬調(diào)制信號(hào)進(jìn)入ADC轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字調(diào)制信號(hào)，通過(guò)SPI接口信號(hào)進(jìn)入客戶端FPGA中；客戶端FPGA對(duì)數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，使用匹配濾波器對(duì)數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行捕獲，在每個(gè)I號(hào)C/A碼相關(guān)峰值處產(chǎn)生一個(gè)2號(hào)C/A碼；2號(hào)C/A碼經(jīng)過(guò)BPSK調(diào)制，將數(shù)字調(diào)制信號(hào)通過(guò)SPI接口傳輸?shù)侥M前端AFE031 ;數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)入AFE031后，先后經(jīng)過(guò)DAC、信號(hào)放大、低通濾波和功率放大處理變成模擬調(diào)制信號(hào)，通過(guò)耦合器將信號(hào)耦合到低壓電力線網(wǎng)絡(luò)，傳輸給服務(wù)器；
[0012]在服務(wù)器中，模擬調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合器耦合到帶通濾波器，然后進(jìn)入到模擬前端AFE031，先后通過(guò)接收一級(jí)放大、低通濾波和接收二級(jí)放大操作，模擬調(diào)制信號(hào)進(jìn)入ADC轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字調(diào)制信號(hào)，通過(guò)SPI接口信號(hào)進(jìn)入服務(wù)器FPGA中；服務(wù)器FPGA對(duì)數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，使用匹配濾波器對(duì)數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行捕獲，在每個(gè)2號(hào)C/A碼相關(guān)峰值處產(chǎn)生I個(gè)1PPS，通過(guò)測(cè)量這個(gè)IPPS和標(biāo)準(zhǔn)IPPS兩者的相位差，即2倍的信號(hào)傳輸延遲，進(jìn)而求出服務(wù)器和客戶端之間的信號(hào)傳輸延遲。
[0013]所述的服務(wù)器FPGA和客戶端FPGA進(jìn)行調(diào)制時(shí)，均由NCO模塊產(chǎn)生一個(gè)10.23kHz的時(shí)鐘，用于C/A碼產(chǎn)生器模塊產(chǎn)生基帶信號(hào)；DDS數(shù)據(jù)模塊產(chǎn)生20kHz的正弦載波信號(hào)；SPI時(shí)鐘產(chǎn)生器給SPI數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊產(chǎn)生工作時(shí)鐘；數(shù)據(jù)發(fā)送邏輯模塊選擇AFE031寄存器配置模塊中產(chǎn)生的配置數(shù)據(jù)，通過(guò)SPI數(shù)據(jù)發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)傳輸給模擬前端AFE031，進(jìn)行寄存器配置；校驗(yàn)?zāi)K校驗(yàn)已配置寄存器和想要配置的寄存器數(shù)據(jù)是否相同，如果寄存器配置成功且校驗(yàn)正確，數(shù)據(jù)發(fā)送邏輯模塊輸出調(diào)制信號(hào)，該信號(hào)由DDS數(shù)據(jù)模塊產(chǎn)生的正弦載波信號(hào)與基帶信號(hào)調(diào)制產(chǎn)生，調(diào)試信號(hào)通過(guò)SPI數(shù)據(jù)發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)串行的傳給AFE031 ;SPI數(shù)據(jù)發(fā)送模塊每發(fā)送完一個(gè)調(diào)制數(shù)據(jù)，反饋一個(gè)信號(hào)給數(shù)據(jù)發(fā)送邏輯模塊，開(kāi)始傳送下一個(gè)數(shù)據(jù)。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:根據(jù)偽C/A碼測(cè)距原理，采用匹配濾波器的方法對(duì)C/A碼進(jìn)行捕獲，解決了低壓電力線授時(shí)的關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)過(guò)測(cè)量在80m電力線信道范圍內(nèi)精度小于lOOus。本發(fā)明首次實(shí)現(xiàn)了小范圍內(nèi)低壓電力線信道傳輸延遲測(cè)量，該方法簡(jiǎn)單、實(shí)用、應(yīng)用范圍廣。本發(fā)明使用FPGA作為主要實(shí)現(xiàn)器件，匹配濾波器實(shí)現(xiàn)起來(lái)精度和穩(wěn)定度都得到了
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的時(shí)延測(cè)量功能圖；
[0016]圖2是本發(fā)明的總體方案框圖；
[0017]圖3是本發(fā)明的信號(hào)調(diào)制框圖；
[0018]圖4是本發(fā)明的信號(hào)解調(diào)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施例。
[0020]本發(fā)明是低壓電力線授時(shí)的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間信號(hào)傳輸延遲，進(jìn)而可以通過(guò)低壓電力線進(jìn)行授時(shí)，為用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間信息和標(biāo)準(zhǔn)的頻率信號(hào)。
[0021]低壓電力線信道傳輸延遲的測(cè)量，依據(jù)偽隨機(jī)C/A碼雙向測(cè)距原理，如圖1所示:
[0022](I)低壓電力線時(shí)間服務(wù)器自動(dòng)接收GPS或北斗衛(wèi)星授時(shí)信號(hào)，校準(zhǔn)本地系統(tǒng)，在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)IPPS上升沿處產(chǎn)生一個(gè)周期為10ms的I號(hào)C/A碼；
[0023](2)客戶端捕獲到I號(hào)C/A碼，在每個(gè)I號(hào)碼的相關(guān)峰處產(chǎn)生周期為10ms的2號(hào)C/A 碼；
[0024](3)服務(wù)器捕獲到2號(hào)C/A碼后，在2號(hào)C/A碼相關(guān)峰值處產(chǎn)生一個(gè)1PPS，這個(gè)IPPS與標(biāo)準(zhǔn)IPPS之間的差值，即為2倍的時(shí)間傳輸延遲，從而完成信道時(shí)延測(cè)量。
[0025]低壓電力線時(shí)延測(cè)量系統(tǒng)由客戶端和服務(wù)器組成，整體方案框圖如圖2所示，月艮務(wù)器和客戶端都包括了信號(hào)的調(diào)制、解調(diào)、信號(hào)耦合和濾波，系統(tǒng)采用的是雙工通信。
[0026](I)服務(wù)器在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)IPPS上升沿處產(chǎn)生I號(hào)C/A碼，再進(jìn)行BPSK調(diào)制，將調(diào)制后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)SPI接口傳輸?shù)侥M前端AFE031。
[0027](2)數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)入AFE031后，先后經(jīng)過(guò)DAC、信號(hào)放大、低通濾波和功率放大處理變成模擬調(diào)制信號(hào)，通過(guò)耦合器將信號(hào)耦合到低壓電力線網(wǎng)絡(luò)。
[0028](3)經(jīng)過(guò)低壓電力線信道傳輸，調(diào)制信號(hào)到達(dá)客戶端，經(jīng)過(guò)客戶端的耦合器，信號(hào)先通過(guò)帶通濾波器，然后進(jìn)入到AFE031，先后通過(guò)接收I級(jí)放大、低通