基于OFDM的低壓電力線通信系統(tǒng)開發(fā)及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、利用分布廣泛的低壓電力線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通信是電力線通信技術(shù)研究的目標(biāo)。正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術(shù)具有頻譜利用率高、抗噪聲干擾和多徑衰落能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是高速電力線通信標(biāo)準(zhǔn)的首選物理層傳輸方案。當(dāng)前，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，在3kHz～500kHz頻段，采用OFDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速窄帶電力線通信成為電力線通信研究的熱點(diǎn)。近幾年來，國(guó)外對(duì)此進(jìn)行了較為深入的研究，

2、取得了一定的進(jìn)展，而國(guó)內(nèi)主要側(cè)重于引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)具體的通信技術(shù)研究不多。
　　本文從研究高速電力線通信的關(guān)鍵技術(shù)入手，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于OFDM技術(shù)的高速窄帶電力線通信系統(tǒng)，系統(tǒng)的OFDM核心算法全部使用硬件編程語言在現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(Field-Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，在高速窄帶電力線通信技術(shù)的研究方面進(jìn)行了積極探索。取得的主要研究成果如下:
　　1、根據(jù)實(shí)際低壓電力線信

3、道的特性，在低壓電力線通信系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了一種經(jīng)過改進(jìn)的基于時(shí)域訓(xùn)練序列的塊狀方式信道估計(jì)方法。該信道估計(jì)方法利用了OFDM符號(hào)的同步時(shí)域訓(xùn)練序列作為導(dǎo)頻信息來進(jìn)行信道估計(jì)，從而無需插入額外的導(dǎo)頻序列，提高了系統(tǒng)的頻帶利用率。在進(jìn)行信道的沖擊響應(yīng)估計(jì)時(shí)，利用OFDM的時(shí)域訓(xùn)練序列相關(guān)性好的特點(diǎn)，使用相關(guān)運(yùn)算來完成，避免了復(fù)雜的矩陣運(yùn)算，大大降低了算法的運(yùn)算復(fù)雜度。另外，信道估計(jì)時(shí)采用了變換域方法，通過濾除信道沖擊響應(yīng)長(zhǎng)度外的噪聲，可以降低噪

4、聲的影響。實(shí)際電力線通信系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果表明，在使用了這種信道估計(jì)方法后，整個(gè)系統(tǒng)的誤碼率大大降低，系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定，提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率和可靠性。
　　2、提出了一種適用于低壓電力線通信HomePlug AV(HPAV)標(biāo)準(zhǔn)的比特和功率分配算法。結(jié)合低壓電力線通信中發(fā)送信號(hào)功率譜受限的特點(diǎn)，在進(jìn)行比特和功率分配時(shí)，先根據(jù)每個(gè)子載波的實(shí)際信噪比和比特誤碼率上限進(jìn)行比特預(yù)分配，然后再進(jìn)行迭代分配。實(shí)際電力線信道仿真結(jié)果表明，該算法能夠

5、達(dá)到最優(yōu)的分配結(jié)果，而且運(yùn)算復(fù)雜度也得到較大降低，大約只相當(dāng)于已有算法的一半。
　　3、提出了一種改進(jìn)的適用于電力線高速通信的快速比特分配算法。算法首先根據(jù)子信道的比特信噪比和誤碼率上限進(jìn)行比特預(yù)分配，然后根據(jù)所給公式，近似計(jì)算出預(yù)分配后還可以繼續(xù)分配的總比特?cái)?shù)，再依次從誤碼率增加最小的信道開始分配，直至達(dá)到近似再分配比特?cái)?shù)，從而避免復(fù)雜的迭代運(yùn)算。實(shí)際電力線信道中的仿真結(jié)果表明，這種非迭代算法能夠在分配結(jié)果與最優(yōu)分配結(jié)果相差很小

6、的情況下，大大降低比特分配的運(yùn)算復(fù)雜度。
　　4、完成了基于OFDM的高速窄帶電力線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)使用200kHz～400kHz頻段，實(shí)現(xiàn)了100kbps以上的實(shí)際通信速率。系統(tǒng)的硬件平臺(tái)以FPGA為核心，OFDM算法使用硬件編程語言實(shí)現(xiàn)。文中重點(diǎn)研究了系統(tǒng)的OFDM同步算法、系統(tǒng)的信道估計(jì)與均衡算法以及系統(tǒng)的卷積編碼和Viterbi譯碼算法在FPGA平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)方法。設(shè)計(jì)完成的低壓電力線通信系統(tǒng)在實(shí)際的低壓電力線環(huán)