公告
电力论文网(www.dianlilunwen.com)电力论文发表,电力职称论文发表,电力毕业论文代写!
热门: 电力论文发表 电力职称论文发表 电力论文
当前位置:电力论文网 >> 电力电子技术论文 >>浏览文章
低压电力线高速OFDM通信技术概述

随着信息学科的发展和在电力系统的广泛应用,利用电力线进行信息的高速载波通 信已经成为一个热门的研究课题。其应用范围将涉及到负荷管理,远程抄表,家庭自动 化,智能大厦和局域网等f41,可以预见,随着这种通信技术的不断完善,它必将在提高 电力系统自动化的水平上发挥越来越大的作用。随着电信市场的放开,除了已存在的电 话接入网或有线电视(CATV)接入网,配电网也将作为~种接入网。在不久的将来, 将电力网用作通信信道实现数字用户服务,如电子银行、电子邮件、互联网接入和数字 视听广播等将成为可能。

然而,由于电力传输网所固有的信号传输特性使它作为通信信道使用时,其特性并 不理想。根据第二章所述,低压配电网是一个富含各种噪声的网络(包括背景噪声、窄 带干扰和脉冲噪声),对传输的信号具有较高的频率衰减特性。此外,由于线路特性阻 抗的不匹配,在信号的传输过程中,信号在网络节点上必然存在反射现象,从而产生多 径效应。这些使利用低压配电网络实现高速率数据传输成为极具挑战性的课题,其中一 个重要的问题就是要研究恰当的信号调制技术。 目前,低压电力线载波通信中普遍使用的是扩频通信技术,它通过扩展信息带宽来 换取低误码率,从而提高通信的抗干扰性能,比较适合在低压电力线这样的恶劣通信环 境下实现可靠的数据通信。但由于它的频谱利用率不高,很难满足现代高速率、大容量 通信的要求。

面多载波正交频分复用(OFDM)调制技术是~种具有高带宽利用率和灵活分配带 宽特点的调制技术,一方面它比扩频调制具有更高的带宽效率,另一方面由于它能够把 信息灵活地分配到不同的载波频带,从而在克服窄带干扰和频率选择性衰落方面具有很 强的鲁棒性,并且它与前向纠错码的结合也可很好地克服脉冲噪声干扰。因此,OFDM技术是在低压电力配电网上实现高速数字传输的理想选择,它与信道编码和交织技术的 结合能够达到可靠和有效的通信。而且OFDM技术很容易用DSP来实现,所以随着现 代数字信号处理技术的软硬件飞速发展,OFDM系统的实现会越来越便利,因此能够很 快达到实用化目的。

根据所得到的500kHz~3MHz频带范围内的低压配电网载波通信信道 特性。对在低压电力线上实现OFDM的基本数字通信系统进行了研究和仿真分析,得 出了一些有指导意义的结果。 OFDM是一种多载波调制技术,其最大的特点是传输速率高,对码间干扰和信道衰 落具有很强的抗御能力。OFDM的思想早在20世纪70年代初就有人提出,但是直到80 年代后期随着数字信号处理(DsP)技术的发展和对高速数据通信需求的增长,才逐渐为 人们所重视。

(}FDM调制的原理虽然是用N个相互正交的子载波分别调制N路子信道码元序列,但 是在实际系统中很难采用这样的方式,因为要设计能够保证各予信道之间无邻道干扰 的,具有多个正弦波发生器、滤波器和调制器及相干解调器的电路是非常困难的。OFDM 之所以能够得到成功应用是因为它可以采用DSP技术来实现。

傅里叶变换(DFT)即可实现原数据序列的正确恢复。这样,OFDM的调制和解调过程可以用 IDFT和DFT的一对正反变换来实现,实际中常采用它们的快速计算方法一快速傅立叶反 变换(IFFT)和快速傅立时变换(FFT)。 图3.2给出了基于OFDM的高速低压电力线载波通信的基本实现方案。在发送 端.输入的串行数据先进行串/并转换,然后通过IDFT以基带形式被调制,并在码元间 插入保护间隔或循环前缀,再转换为串行数据,该数据信号经过滤波后被耦合到低压电 力线进行传输。在接收端,对接收到的信号经过相应的处理后,通过DFT变换便可以 恢:蔓出原来的基带信号。图中的信道均衡可以根据低压电力线在不同时间和不同频率上 的传输特性,及时地调整参数,对信道进行均衡。由于相对单载波信号码元来说,OFDM 信号码元周期大大增加,其对均衡的要求可以相对降低。

采用OFDM系统实现高速低压电力线载波通信主要有以下的技术优点:

(1)OFDM系统结构简单,成本较低利用离散傅立叶变换㈣对并行数据进行调制、解调,大大降低了通信系统在 实现中的复杂程度。随着超大规模集成电路(VLSI)和数字信号处理(DSP)技术的不 断进步,用DFT实现的基于0FI)M的无线通信已付诸实用。

(2)能够有效地消除码元干扰(ISI)及子载波间串扰(ICI)OFDM本质上是一种通过延长传输符号的周期来克服多径干扰的并行数字调制技 术。,三将高速串行数据分解为多个并行的低速数据,这样每路数据码元宽度加长,从而 减少了r Isl的影响。例如,一个10Mbps的BPSK码元的长度只有lOOns,假定电力线中 的时延扩展为1 u S,这样接收到的每个有用码元会受到lO个延时码元的干扰;若OFDM 将信道频带划分为100个子载波,每个子载波的单位码元的长度变为10 p S,其有用码 元仅受到1/10的延时码元的干扰,从而大大提高了抗ISI的能力。 OFDM的载波集是一组正交函数集,能够有效地避免予载波之间的串扰。然而,实 际信道中存在的许多干扰,如噪声、多径失真、衰减等都会对接收信号产生影响。因为 OFDM信号频谱不是严格带限的抽样函数,线性失真(如多径)导致每个子信道的能量 会扩散到邻近信道,从而破坏子载波间的正交性。当采用传统的单载波调制时,为了减 少这些影响,需要采用多级均衡器,这样就会遇到不易收敛和复杂性高等问题。OFDM 在码元间插入保护间隔占,使保护间隔大于最大的多径时延△一,则所有时延小于6的 多径信号就不会延伸到下一个码元期间,能够有效地保护子载波之间的正交性,从而消 除子载波之间的串扰。用OFDM码元的循环扩展作为循环前缀代替空的保护间隔,还 可以提高系统的计算速度,且便于DSP实现。图3.3为插入循环前缀的OFDM调制和 解调的时一频域变换原理图。

(3)有效地降低电力线的衰减特性对载波通信的影响 低压电力线的多径效应会带来信号的频率选择性衰减,而OFDM系统可以将频率 选择性衰减引起的突发性误码分散到不相关的子信道上,从而变为随机性误码。这样, 就可利用~般的前向纠错(FEC)有效地恢复所传输的信息。然而,OFDM本身并不能 抑制衰减,各子载波在频域内的位置不同,会受到不同程度的衰减影响。但OFDM统可以根据信道特性进行子信道分配,从而能够保证信号在误码率能够满足通信要求的 频带范围内传输,其原理如图3.4所示。

在建立电力线载波通信连接时,发送装置向每个子信道发送信号,接收端根据接收 的信号进行信道分析,并根据设定的信噪比(SNR)阈值,建立予信道分配表,关闭传 输性能差的予信道,从而提高传输信号的SNR。 (4)频谱利用率商 OFDM使用正交函数系列作为子载波,子载波的频谱正交且相互重叠,可使载波间 隔达到最小,从而提高了频带的利用率,如图3.5所示,OFDM信号的频谱非常接近矩 形,因此频带利用率可接近香农信息论的极限。在低压电力线载波通信中,单载波系统 的频带利用率很少超过80%,而OFDM系统的效率则可接近100%。

 

电力论文网:专业电力论文发表电力职称论文发表,电力毕业论文代写!
   
在线客服  
电力论文网客服QQ 电力论文网客服QQ
电力论文网客服QQ 电力论文网客服QQ
QQ:1411329942 QQ:1282141490
咨询热线:13079273689
  服务邮箱:
dianlilunwenwang@126.com
热门浏览
速低压电力线OFDM系统的同步技术研究
低压电力线高速OFDM通信技术概述
 
 
 
 
 
 
 
 
论文发表最新推荐期刊  
速低压电力线OFDM系统的同步技术研究
设为首页 | 加入收藏 | 关于本站 | 联系站长 | 友情链接 | 版权申明 | 在线留言 | 网站地图
Copyright 2003-2012 Powered by 电力论文网 All Rights Reserved.
声明:如果我们网站上的的作品侵犯了您的权利,请及时通知我们,我们会及时删除。