一种基于OFDM调制的载波通信模块

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一种基于ofdm调制的载波通信模块
技术领域
1.本发明涉及了一种基于ofdm调制的载波通信模块。

背景技术：

2.电力线载波通信技术，即是利用电力网络实现信号的传输。而电力载波通信相较于其他有线通信技术来说，在该领域有着不少优势：首先是线缆覆盖范围非常广泛，在工业或者生活的各式应用场景中电力线都是极为常见的线缆资源，电力载波技术只需在其基础之上进行应用。二是成本更为低廉，电力载波通信技术以电力线作为通信介质，那么现有的电力设施就能得到充分的利用，省去了重新布线与投入改造的各项成本，不再需要更多的线路投资来支撑通信。
3.但其仍受限于不少问题，如家庭用电场景下大功率电器的接入会产生不可避免的噪声干扰，且电力线本身作为传输电能的基础设施，不是专门用于传输信号的介质，信道环境较为恶劣。

技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足之处，本发明提供了一种基于ofdm的载波通信模块，主要架构包含以下五个部分，载波通信模块本身的设计基于扩频通信芯片st7540，该芯片中不仅包含多种调制、解调方式，且内置了功放电路便于使用者后续的电路设计，载波通信模块通过电力线连接到220v电网中实现信号传输，工作电压稳定在9v左右，采用变压器模块进行直流供电；使用单片机stm8对扩频芯片中的工作模式以及整体通信流程进行控制。
5.为了解决上述技术问题本发明的技术方案是：
6.一种基于ofdm调制的载波通信模块，包括载波芯片、输入滤波电路、发送端滤波电路、接收端滤波电路、耦合模块以及电源电路，所述载波芯片用于调制和解调数据；所述输入滤波电路用于滤除制定频率外的干扰信号；所述发送端滤波电路用于进行功率放大同时防止信号失真和进行限压保护；所述接收端滤波电路用于进行传输系统同电力线之间的耦合；电源电路为载波芯片供电；当载波芯片处于接收状态时，信号经过耦合模块、输入滤波电路和接收端滤波电路从输入引脚输入；当芯片处于发送状态时，信号从输出引脚输出，再经过发送端滤波电路、输入滤波电路和耦合模块输送到电力线上，所述耦合模块、输入滤波电路和接收端滤波电路依次串联形成接收支路，所述发送端滤波电路、输入滤波电路和耦合模块依次串联形成发送支路。
7.进一步，所述载波芯片为st7540。
8.再进一步，所述输入滤波电路是由一个并联谐振电路构成的滤波电路，通过对电路中的电容和电感值的设置，滤除制定频率外的干扰信号。
9.所述st7540芯片内部集成了一个独立的功率放大运算器pa，发送端滤波电路是基于此功放设计的三阶低通滤波器，在发送端设置了一个三阶的有源滤波电路，由rc低通滤波电路和一个二阶的sallen-key低通滤波单元组成，可以避免信号失真，同时起到限压保
护作用；接收端滤波电路为无源器件组成的无源滤波电路，将传输系统同电力线进行耦合。
10.本发明的有益效果为：极大地克服了电力线中信道环境恶劣和大功率电器接入的噪声干扰问题，让信号得以在电力线中稳定传输。
附图说明
11.图1为本发明所述载波通信模块的系统构架图；
12.图2为本发明所述输入滤波电路原理图；
13.图3为本发明所述发送端滤波电路原理图；
14.图4为本发明所述接收端滤波电路原理图；
15.图5为基于ofdm调制的载波通信模块的原理框图。
具体实施方式
16.下面结合附图对本发明做进一步说明。
17.参照图1～图5，一种基于ofdm调制的载波通信模块，包括载波芯片、输入滤波电路、发送端滤波电路、接收端滤波电路、耦合模块以及电源电路，所述载波芯片用于调制和解调数据；所述输入滤波电路用于滤除制定频率外的干扰信号；所述发送端滤波电路用于进行功率放大同时防止信号失真和进行限压保护；所述接收端滤波电路用于进行传输系统同电力线之间的耦合；电源电路为载波芯片供电；当载波芯片处于接收状态时，信号经过耦合模块、输入滤波电路和接收端滤波电路从输入引脚输入；当芯片处于发送状态时，信号从输出引脚输出，再经过发送端滤波电路、输入滤波电路和耦合模块输送到电力线上，所述耦合模块、输入滤波电路和接收端滤波电路依次串联形成接收支路，所述发送端滤波电路、输入滤波电路和耦合模块依次串联形成发送支路。
18.本实施例中，载波通信模块的系统构架图如图1所示，本载波通信模块的主要架构包含以下五个部分。首先，载波通信模块的设计基于上述的扩频通信芯片st7540。其次，载波通信模块通过电力线连接到220v电网中实现信号传输，工作电压稳定在9v左右，采用变压器模块进行直流供电。使用单片机stm8对扩频芯片中的工作模式以及整体通信流程进行控制。
19.电力线载波通信模块内部输入滤波电路原理图如图2所示，由一个并联谐振电路构成。通过对电路中的电容和电感值的设置，可以滤除制定频率外的干扰信号。用r
l
表示电感串联在电路中所产生的阻值，该电路的品质因数以中心频率的函数表达式如下：
[0020][0021][0022]
由于在串联电路中，电感的直流阻抗要远远小于电阻的阻抗，于是对中心频率的表达式进行化简，可得：
[0023][0024]
由上述表达式可知，滤波电路的品质因数q取决于r1和l1的阻抗值，电感的阻值越
大共振频率输出的波形就越平缓，选频特性随着r1的值增加而变好。
[0025]
电力线载波通信模块内部发送端滤波电路原理图如图3所示。st7540芯片内部集成了一个独立的功率放大运算器pa，该滤波电路设计是基于此功放设计的三阶低通滤波器，在发送端设置了一个三阶的有源滤波电路。由rc低通滤波电路和一个二阶的sallen-key低通滤波单元组成，通过对r6的设置可以将信号的直流部分放大，可以避免信号失真，同时起到限压保护作用。如图2所示，二阶sallen-key低通滤波电路，输入阻抗高、输出阻抗低，具有易调节增益和整体性能稳定的优点，它的传递函数表达式为：
[0026][0027]
其中，同时，该单元的截止频率的表达式为：
[0028]
电力线载波通信模块内部接收端滤波电路原理图如图4所示，为一种串联谐振电路，包含线性变压器、解耦电容、电感和电容。接收端的滤波电路为一些无源器件组成的无源滤波电路，将传输系统同电力线进行耦合，是系统中重要的一部分。
[0029]
基于ofdm调制的载波通信模块的原理框图如图5所示，分别为发送时与接收时的载波通信模块原理。当芯片处于接收状态时，信号经过耦合电路、输入滤波电路和输入端滤波电路从特定引脚输入；当芯片处于发送状态时，信号从特定引脚输出，再经过发送端滤波电路、输入滤波电路和电力线耦合电路输送到电力线上。
[0030]
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

技术特征：

1.一种基于ofdm调制的载波通信模块，其特征在于，包括载波芯片、输入滤波电路、发送端滤波电路、接收端滤波电路、耦合模块以及电源电路，所述载波芯片用于调制和解调数据；所述输入滤波电路用于滤除制定频率外的干扰信号；所述发送端滤波电路用于进行功率放大，同时防止信号失真和进行限压保护；接收端滤波电路用于进行传输系统同电力线之间的耦合；电源电路为载波芯片供电；当载波芯片处于接收状态时，信号经过耦合模块、输入滤波电路和接收端滤波电路从输入引脚输入；当芯片处于发送状态时，信号从输出引脚输出，再经过发送端滤波电路、输入滤波电路和耦合模块输送到电力线上，所述耦合模块、输入滤波电路和接收端滤波电路依次串联形成接收支路，所述发送端滤波电路、输入滤波电路和耦合模块依次串联形成发送支路。2.如权利要求1所述的一种基于ofdm调制的载波通信模块，其特征在于，所述载波芯片为st7540。3.如权利要求1或2所述的一种基于ofdm调制的载波通信模块，其特征在于，所述输入滤波电路是由一个并联谐振电路构成的滤波电路，通过对电路中的电容和电感值的设置，滤除制定频率外的干扰信号。4.如权利要求2所述的一种基于ofdm调制的载波通信模块，其特征在于，所述st7540芯片内部集成了一个独立的功率放大运算器pa，发送端滤波电路是基于此功放设计的三阶低通滤波器，在发送端设置了一个三阶的有源滤波电路，由rc低通滤波电路和一个二阶的sallen-key低通滤波单元组成，可以避免信号失真，同时起到限压保护作用；接收端滤波电路为无源器件组成的无源滤波电路，将传输系统同电力线进行耦合。

技术总结

一种基于OFDM调制的载波通信模块，包括载波芯片、输入滤波电路、发送端滤波电路、接收端滤波电路、耦合模块以及电源电路，所述载波芯片用于调制和解调数据；所述输入滤波电路用于滤除制定频率外的干扰信号；所述发送端滤波电路用于进行功率放大，同时防止信号失真和进行限压保护；所述接收端滤波电路用于进行传输系统同电力线之间的耦合；所述电源电路为载波芯片供电。本发明极大地克服了电力线中信道环境恶劣和大功率电器接入的噪声干扰问题，让信号得以在电力线中稳定传输。得以在电力线中稳定传输。得以在电力线中稳定传输。