OFDM实现低压电力线高速数据通信.pdf

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1、第31卷第12期继电器Vol.31No.122003年12月15日RELAYDec.15，200323OFDM实现低压电力线高速数据通信虞华艳，毛德祥（大连理工大学电信学院，辽宁大连116024）摘要：介绍了低压电力线用于数据传输的接入方式和信道特性，在分析了正交频分复用OFDM原理的基础上，提出采用Altera公司的APEX20K系列可编程逻辑器件PLD的OFDM基带硬件解决方案，并用matlab模拟信道特性对结果进行了分析。关键词：电力线通信；正交频分复用；快速傅立叶变换；循环前缀；符号间干扰中图分类号：TM919.2文献标识码：A文章编号：100

2、3-4897（2003）12-0023-03频通信由于原理的限制，目前最高只能实现1Mbps1引言速率。OFDM根据Intellon公司的研究报告，理论上随着社会信息化程度的提高，人们对信息的需能实现上百兆bps的传输速率。业内团体Home-求已经从低速的数据通信向高速的交互式多媒体信plugPowerlineAlliance于2001年6月26日发布了息方向发展，而这是传统的接入方式无法满足的，使业界第一个电力线家庭上网标准：PowerlineHome用新的接入技术和构建新的接入网是当前通信领域Networking1.0Specification，该

3、标准采用了Intellon［1］面临的新课题。公司提出的14MbpsOFDM调制方案。OFDM调电网是最基础的网络，利用已有的低压配电网制技术目前已经成为宽带、高速电力线通信中最有作为接入媒介，有以下优点：!成本较低，无需铺设吸引力的一种技术。新的接入网络；"接口方便，可直接用电力Modem2接入方式和信道分析通过家用插座上网；#可以提供较高的速率。然而，低压配电网本身是用来传送50~60Hz电力的，低压线是指从中/低压变压器到用户这一段，通用于数据传输，则存在一些技术上的难题，因此如何常1个低压变压器接200~300个用户（亚洲、欧根据电力线的特性，

4、采用合适的调制技术及相应的洲）。由于变压器对高频信号的衰耗非常大，数据编码、均衡、同步技术就显得非常重要。电力线高速过变压器的传输技术难于实现，因此采用图1方式通信采用的调制技术主要有3类：单载波类、扩频类在低压变压器侧把多个用户的数据经过基站合路后和OFDM类，研究主要集中在扩频和OFDM上。扩接入骨干网。图1低压电力线接入方式Fig.1Accessmodeoflow-voltageline低压电力线直接面向用户，通信环境极其恶劣。备工作在阻抗不匹配的状态，信号到达该处时产生反目前国际研究认为1.6~30MHz高频频带可以用射、谐振等现象，造成多径效

5、应和频率选择性衰减。于高速数据通信。由于电网上负载不断地接入、切如果多径延迟较长，就会对有用信号产生严重的符号出，在高频段表现出来的信道特性有：!信号衰减间干扰ISI（InterSymbolInterference）；同时在1s内，［2］大且有很强的时变性，典型的家用环境中，电力线衰对某一频率信号的衰减变化可达20dB。［2］减为20~60dB，在1s内信噪比的变化达10dB；尽管如此，只要采取合适的调制技术，仍然能使"整个网络的阻抗处于动态变化之中，许多用电设低压电力线通信达到实用化的要求。24继电器=IDFT（CK）3OFDM的基本原理和实现方法n

6、=O，l，2⋯⋯N-lOFDM是一种多载波调制技术，它是在FDM可见采样值｛Sn｝正是｛Ck｝的IDFT，因此（频分复用）的基础上，为了提高频谱利用率，允许OFDM可以采用离散傅立叶变换（DFT/IDFT）实［3］子载波间部分频谱重叠，为保证子载波间不相互干现，实际应用中DFT一般用FFT实现。扰，选择子载波以满足子载波在整个符号周期内相OFDM能有效克服多径效应和频率选择性衰互正交。子载波相互正交的条件是：子载波间最小减：#当多径延时与传输符号周期处在同一数量级间隔等于符号周期倒数的整数倍。OFDM数学表示时会引入ISI，而OFDM将符号周期扩展了N

7、倍，在如下：设OFDM符号周期为T，在一个周期内传输N本质上有效地抑制了多径干扰；$将频率选择性衰个码元（CO，Cl，⋯，CN），码元周期为Ts，T=NTs，减引起的突发性误码分散到不相关的子信道，变为Ck为复数，第K个码元Ck调制第K个载波，合成随机误码。OFDM信号为：4OFDM系统硬件实现N-lj2!fkt（xt）=Re｛!Cke｝，t"［O，T］，K=OAitera公司的APEX2OK系列是首先采用多核式中｛fk｝是一组载波，满足fk=fO+k"f；k=O，l，结构的PLD，综合了CPLD和FPGA的优点：在单个2⋯，N-l；fO为系统的发射载

8、频，fO一般取l/T的整架构中集成查找表、乘积项和嵌入式存储器，查找表数倍；"f为子载频间的最