基于FPGA及OFDM的礦用動力載波通信系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).pdf

1、目前，煤礦井下通信網(wǎng)絡(luò)已延伸至順槽，但由于綜合采煤面環(huán)境惡劣，采煤機(jī)與順槽之間的通信長期以來是礦井下通信的難點(diǎn)，因此實現(xiàn)采煤機(jī)與順槽之間有效的數(shù)據(jù)交換，對實現(xiàn)綜采自動化，以及高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、高效的開采工藝具有重要的意義。而融合了信道編碼的OFDM技術(shù)已經(jīng)逐漸成為第三代PLC（電力線載波通信）核心技術(shù)，已逐漸被推廣到路燈控制、礦井通信等領(lǐng)域，應(yīng)用前景十分廣闊。
　　本論文采用了最新發(fā)布的G3-PLC窄帶電力線載波通信協(xié)議、信道編碼OFM

2、D調(diào)制技術(shù)、CAN總線技術(shù)，基于FPGA和dsPIC33F系列器件設(shè)計了一款礦用動力線載波通信數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，用于煤礦綜合采煤工作面的采煤機(jī)與順槽監(jiān)控中心之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸。
　　在本系統(tǒng)的硬件設(shè)計中，主要采用Altera公司CycloneⅢ系列EP3C80F780C8N芯片作為G3-PLC協(xié)議的基帶編碼、解碼核心;以Microchip公司的dsPIC33FJ64GP706A芯片作為CAN總線網(wǎng)絡(luò)的主處理器;并對系統(tǒng)的部分硬件模塊的

3、實現(xiàn)原理、過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析、描述。其中電路模塊主要包括DAC輸出驅(qū)動增強(qiáng)及外圍電路、差分電流轉(zhuǎn)單端電壓電路、6階Sallen-Key結(jié)構(gòu)有源低通濾波器電路、單端信號轉(zhuǎn)差分信號電路、ADC前端驅(qū)動及接口電路、動態(tài)調(diào)整范圍達(dá)80dB(-25dB～55dB)的AGC自動增益控制電路、CAN總線隔離接口電路、高壓耦合電路等，同時在附錄給出了電源的“軟啟動”控制電路。
　　在本文的軟件設(shè)計中，首先在MATLAB平臺采用Zadoff-Ch

4、u序列重新設(shè)計了幀同步前導(dǎo)，并對幀同步前導(dǎo)、G3-PLC載波協(xié)議進(jìn)行了仿真驗證。然后通過MPLAB IDE8.90集成開發(fā)環(huán)境、XC16 C語言編譯器，采用C語言完成了基于dsPIC33FJ64GP706A控制器的CAN總線波特率自適應(yīng)算法編程以及數(shù)據(jù)的接收、轉(zhuǎn)發(fā)主控程序編寫，測試了自適應(yīng)檢測時間。最后在Altera公司的QuartusⅡ9.0平臺上，采用Verilog語言完成了基于Coded-OFDM的G3-PLC協(xié)議的基帶編碼、解碼

5、算法，對其中的加擾、解擾、幀前導(dǎo)輸出、添加循環(huán)前綴與加窗、幀組合輸出、IFFT/FFT接口處理、基于延時自相關(guān)的粗同步算法、基于本地互相關(guān)的細(xì)同步算法、DQPSK/DBPSK解映射模塊實現(xiàn)過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析、說明，并在Modelsim SE10.1c仿真平臺下對以上模塊進(jìn)行了仿真。
　　最后，本文搭建了2套系統(tǒng)硬件平臺，使用VS2008軟件設(shè)計了一款上位機(jī)測試軟件，對系統(tǒng)進(jìn)行了模擬對接整機(jī)單向通信測試，包括系統(tǒng)的幀誤碼率、丟幀率