基于OFDM的电力线载波通信的研究

3．2 OFDM技术的优缺点

OFDM采用数据并行传输的多载波技术，将高速串行数据分解为多个并行的低速数据，使用N个子载波把整个信道分成N个子信道，这些子信道并行传输信息。

这样每个子载波上只传输少量的数据，每路数据的码元宽度加长，从而减少码间串扰影响。又由于每路采用窄带调制，可以减小频率选择性衰减的影响。OFDM技术具有以下优点：

(1)抗频率选择性衰落对抗频率选择性衰落通过分配OFDM的子信道实现。如果信号在某些子信道衰落严重，低于信噪比门限，只需关闭这些子信道，由其他子信道完成传输任务。这样可减小传输中的误码率，保证数据的完整性。

(2)技术上容易实现使用OFDM技术。子信道采用M-PSK或M-QAM调制方式，调制使用IFFT，而解调使用FFT，硬件直接使用DSP或FPGA实现，系统复杂度大大降低。

(3)频谱利用率较高在相同带宽的情况下，当子载波数目增加时，由于OFDM子载波之间无像FDM的保护频带，而采用正交函数序列作为副载波，相邻子载波的频谱主瓣互相正交并重叠，载波间隔达到最小，这使得OFDM技术在使用相同频带时具有更高的频谱利用率。

(4)抗码间干扰(ISI)能力强在电力线信道中，由于存在多径效应，多个信号在不同的路径传输，所以到达接收机时会有一定时延，这就造成ISI。 OFDM将高速的串行数据分割为N个子信号，这样分割后码元的速率降低了N倍。周期延长N倍。同时再在码元问加入保护间隙和循环前缀，这样只要数字码元周期大于最大延时时间就可以有效抑制ISI干扰。而OFDM技术的缺点如下：(1)对频率与定时的要求特别高，同步误差不仅造成输出信噪比下降，还会破坏子载波间的正交性，造成载波间干扰，从而大大影响系统性能；(2)OFDM信号的峰值平均功率比往往很大，使其对放大器的线性范围要求高，同时也降低放大器的效率。

4 基于OFDM的电力线载波系统

图4为高压电力线载波系统组合。整个系统由电力线载波装置、电力线路和耦合装置组成。

4．1 耦合模块

耦合装置包括阻波器、耦合电容器、组合滤波器。电力线载波装置的作用是调制解调原始信号，使其满足通信质量要求。耦合电容器和结合滤波器组成一个带通滤波器，通过高频载波信号，并组织电力线上的工频高压和工频电流进入载波设备，以确保人身、设备安全。线路阻波器串接在电力线路和母线之间，是对电力系统一次设备的"加工"，故又称为"加工设备"，是通过电力电流、组织高频载波信号漏到电力设备(变压器或电力线分支线路)，以减小变电所或分支线路对高频信号的介入衰减，以及同母线不同电力线路上高频通道之间的相互串扰。需要注意的是：耦合电容器应接接地刀闸，以便于高压载波通信装置的检修。

4．2 电力线载波模块

电力线载波模块是系统设计的核心．图5为基于OFDM的调制解调模块框图。

该模块是基于DSP设计，其数据传输流程：在发送端，二进制数据首先通过PC机串口传送到UART器件，通过UART器件串并转换，并行数据由UART并口输出给DSP并口，DSP再对数据进行调制算法处理，然后数据通过D／A转换器，将数字信号转换为模拟信号，并发送到信道中；在其接收端，A／D转换器输入端接收信道中传输的模拟信号，首先将模拟信号进行A／D转换，然后，将转换的数字信号通过DSP进行解调的算法处理，数据再由DSP并口传送给 UART，从而实现并串转换，再由PC机串口发送给PC机。

5 结束语

介绍了OFDM技术的基本原理，理论研究并实现以高压电力线为媒介的信号传输，给出硬件框架图。随着通信技术的进一步完善，以及相应器件产品的研究和开发，电力载波通信将会有更好的发展。