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基于OFDM的电力线载波通信的研究

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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。

作者:王子敬,邓磊 西南交通大学   来源:国外电子元器件

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