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

1、利用分布廣泛的低壓電力線網(wǎng)絡進行高速數(shù)據(jù)通信是電力線通信技術研究的目標。正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術具有頻譜利用率高、抗噪聲干擾和多徑衰落能力強等優(yōu)點，是高速電力線通信標準的首選物理層傳輸方案。當前，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，在3kHz～500kHz頻段，采用OFDM技術實現(xiàn)高速窄帶電力線通信成為電力線通信研究的熱點。近幾年來，國外對此進行了較為深入的研究，

2、取得了一定的進展，而國內(nèi)主要側(cè)重于引進國外技術的應用，對具體的通信技術研究不多。
　　本文從研究高速電力線通信的關鍵技術入手，設計并實現(xiàn)了基于OFDM技術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)場可編程門陣列(Field-Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)平臺上實現(xiàn)，在高速窄帶電力線通信技術的研究方面進行了積極探索。取得的主要研究成果如下:
　　1、根據(jù)實際低壓電力線信

3、道的特性，在低壓電力線通信系統(tǒng)中設計了一種經(jīng)過改進的基于時域訓練序列的塊狀方式信道估計方法。該信道估計方法利用了OFDM符號的同步時域訓練序列作為導頻信息來進行信道估計，從而無需插入額外的導頻序列，提高了系統(tǒng)的頻帶利用率。在進行信道的沖擊響應估計時，利用OFDM的時域訓練序列相關性好的特點，使用相關運算來完成，避免了復雜的矩陣運算，大大降低了算法的運算復雜度。另外，信道估計時采用了變換域方法，通過濾除信道沖擊響應長度外的噪聲，可以降低噪

4、聲的影響。實際電力線通信系統(tǒng)的測試結(jié)果表明，在使用了這種信道估計方法后，整個系統(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)標準的比特和功率分配算法。結(jié)合低壓電力線通信中發(fā)送信號功率譜受限的特點，在進行比特和功率分配時，先根據(jù)每個子載波的實際信噪比和比特誤碼率上限進行比特預分配，然后再進行迭代分配。實際電力線信道仿真結(jié)果表明，該算法能夠

5、達到最優(yōu)的分配結(jié)果，而且運算復雜度也得到較大降低，大約只相當于已有算法的一半。
　　3、提出了一種改進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行比特預分配，然后根據(jù)所給公式，近似計算出預分配后還可以繼續(xù)分配的總比特數(shù)，再依次從誤碼率增加最小的信道開始分配，直至達到近似再分配比特數(shù)，從而避免復雜的迭代運算。實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算復雜度。
　　4、完成了基于OFDM的高速窄帶電力線通信系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)。系統(tǒng)使用200kHz～400kHz頻段，實現(xiàn)了100kbps以上的實際通信速率。系統(tǒng)的硬件平臺以FPGA為核心，OFDM算法使用硬件編程語言實現(xiàn)。文中重點研究了系統(tǒng)的OFDM同步算法、系統(tǒng)的信道估計與均衡算法以及系統(tǒng)的卷積編碼和Viterbi譯碼算法在FPGA平臺的具體實現(xiàn)方法。設計完成的低壓電力線通信系統(tǒng)在實際的低壓電力線環(huán)