扩频通信_OFDM调制技术及其在电力线通信中的应用分析

扩频通信、OFDM 调制技术及其在电力线通信中的应用分析

刘华玲,张保会,刘海涛

(西安交通大学电气工程学院,陕西西安710049)

摘要:扩频通信和OFD M 调制技术均具有一定的抗干扰和抗多径效应能力,是电力线通信中比较理想的调制方式。文中介绍了两种调制技术的基本原理,分析了其在电力线通信中应用的优越性。最后从通信可靠性和实现经济性角度对两种技术进行比较分析,指出在1Mbps 通信系统中选用扩频通信,10Mbps 系统中选用OFDM 调制技术比较适宜。关键词:电力线通信;

扩频通信; OFDM

中图分类号:TN914.4 文献标识码:A 文章编号:1003-4897(2001)11-0017-04

1 引言

以电力线为媒介,在传输能量的同时进行通信具有悠久的历史,早在上个世纪人们已经成功地在

高压电力线上传输语音、继电保护、远动控制信号。随着数字化时代的到来,利用高速率传输的数字语音、数字图像、internet 数据来获取信息的需求迅猛增长。由于电力线可靠性高,具有天然的拓扑结构,电力线数字载波通信在配电网自动化、家用网络、internet 接入网中获得了越来越多的关注[1][4]。

电力线不是专门用于通信的,所以电力线具有恶劣的信道特性,主要表现在:噪声电平高、阻抗变化大、信号电平衰减剧烈、多径延迟效应[5]。实现高速率的数据传输需要至少1Mbps 的传输速率,利用传统的低带宽(欧洲9~148.5kHz,美国100~450kHz)无法达到这样的传输速率。目前人们普遍认为电力线高速数字通信的可用频带为1~30MHz,对于30MHz 以上频带的信号,因衰减过大在接收端无法检测。事实上在此频带电力线上运行设备的噪

声电平要远远低于传统频带[2][3]

。

图1 扩频通信的原理及其实现

扩展频谱和OFDM(正交频分复用)调制技术,

是近几年迅速发展起来的数字通信技术,最早应用于无线通信系统。由于这两种技术都具有一定的抗干扰和抗多径效应能力,因此被认为是电力线通信中比较理想的调制方式,国外许多厂家宣称采用这两种技术研制了高速电力线通信产品[6],而在国内还没有厂家进行较为深入的研究开发。本文介绍了这两种调制技术的基本原理,并针对电力线特性对两者进行了比较分析,最后对两种调制技术在电力线通信应用中的选取原则进行了探索。

2 扩频通信概述

2.1 扩频通信的基本原理及其实现

扩频通信按照扩展频谱的方式不同可分为直序(DS)方式,跳频(FH)方式,跳时(TH)方式,和Chirp 方式,在电力线通信中主要应用的是DS 方式,该方式频谱的扩展是直接由高码率的扩频码序列进行调制而得到的。发送端输入的数字信息,经过信息编码形成数字基带信号,然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制以展宽信号的频谱,再经过载波

调制发送到电力线通道上。扩频码序列多采用伪随机码(PN 码)序列,该序列有较优良的自相关和互相关特性。在接收端收到的含有噪声的宽带信息信

号,先经过解调,然后通过本地产生的与发送端相同的扩频码序列进行相关解扩,再经过窄带滤波、信息解码,恢复成原始信息输出。而信息中含有的噪声经过解扩后,频谱扩展,功率密

度减小,经过窄带滤波后噪声功率减小很多。

扩频通信是以扩展频谱换取信噪比要求的降低,其传输信号所占用的频带宽度(W)远大于原始信息本身实际所需的最小(有效)带宽($F),其比值称为处理增益(G),G=W/$F。处理增益G反映了扩频通信系统信噪比改善的程度。如图1所示,接收机经过解调、解扩、滤波,只提取伪随机编码相关处理后的带宽为$F的信息,而排除掉宽频带W 中的外部干扰、噪音和其它用户的通信影响。扩频通信系统处理增益越高,抗干扰能力越强。其抗干扰容限(Mj)定义为:

Mj=G-[(S/N)out+L s]

其中:

(S/N)out)))信息数据被正确解调而要求的最小输出信噪比;

L s)))接收系统的工作损耗

例如,一个扩频系统的处理增益为35dB,要求误码率小于l0-5的信息数据解调的最小的输出信噪比(S/N)out<10dB,系统损耗L s=3dB,则干扰容限Mj=35-(10-3)=22dB。说明该系统能在干扰输入功率电平比扩频信号功率电平高22dB的范围内正常工作,也就是该系统能够在接收输入信噪比大于或等于-22dB的环境下正常工作。

2.2扩频通信应用于电力线通信的优越性

￥频谱密度低,电磁辐射小

限制电力线通信传输速率提高的一个主要因素是使用一般的调制技术电力线载波通信的可利用频带和传输功率受到严格的限制,以防止对无线通信的辐射干扰。由于扩频通信在相对较宽的频带上扩展了信号频谱,降低了信号的功率谱密度,使信号能量不再集中在一个很窄的频带,降低了电磁辐射的发射功率,削弱了对其他通信系统的干扰。在美国及世界绝大多数国家,无线扩频通信不需申请频率,只要将发射功率限制在辐射干扰容限值以下,任何个人与单位可以无执照使用。

|抗干扰性强,误码率低

扩频通信在空间传输时所占有的带宽相对较宽,而收端又采用相关检测的办法来解扩,使有用宽带信息信号恢复成窄带信号,对于各种形式随机干扰或其他窄带或宽带(扩频)系统的干扰,只要波形、时间和码元稍有差异,解扩后仍然保持其宽带性。这样,通过窄带滤波技术提取有用信号时,各种干扰信号只有很微弱的成份,信号的信噪比很高,抗干扰性增强。

§可以实现码分多址

由于在扩频通信中存在PN码序列的扩频调制,充分利用各种不同码型的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性,在接收端利用相关检测技术进行解扩,则在分配给不同用户码型的情况下可以区分不同用户的信号,提取出有用信号。

¨安装简便,易于维护

扩频通信设备是高度集成的,采用了现代电子科技的尖端技术,因此,十分可靠、小巧,大量运用后成本低,安装便捷,易于推广应用。

3OFD M调制技术概述

3.1OFDM的基本原理及实现

OFD M将编码后的串行数据转换为并行数据,采用频率上等间隔的N个载波分别进行调制,调制后的N个子载波的信号相加后同时发送,这样每个符号的频谱只占可用信道带宽的一小部分。通过选择载波间隔,使这些子载波在整个符号周期上保持频谱的正交性,各子载波上的信号在频谱上相互重叠,接收端利用载波之间的正交性可以无失真的恢复发送信息。

OFD M可通过IDFT/DFT变换对来实现。如图2所示,一个周期内传送的串行序列(d0,d1,..., d n-1),每个符号是经过编码的复信号d i=a i+jb i,串行序列的符号周期为$t=1/f s(f s为系统符号传输码速),经过串并转换后分别调制N个子载波(f0,f1....f n-1),相邻子载波间的频率间隔为1/T,符号周期T从$t增加到N$t,合成的传输信号D (t)可以用其低通复包络表示:

D(t)=E

n-1

i=0

(a i+jb i)(cos X i t+j sin X i t)=

E n-1

i=0

d i#

e xp(j X i t)

X i=2P#$f#i,$f=1/N$t

若以符号传输速率f s为采样速率对D(t)进行采样,在一个周期之内,共有N个采样值。令t= m$t,采样序列D(m)可以用符号序列(d0,d1,..., d n-1)的离散付氏逆变换表示。即

D(m)=E

n-1

i=0

d i#

e xp(j2i P m/N)=IDF T{d i},

0[m[N

同理,在接收端通过离散付氏变换可将采样序列变换为原始的信息序列。因此,OFDM系统的调制解调过程等效于离散付氏逆变换和离散付氏变换处理。

3.2 OFDM 技术应用于电力线通信的优越性

￥频带利用率高常用的并行传输系统采用频分复用调制方式,由于在实际应用中难以制作适当的Naquist 滤波器,带宽利用率很少超过80%,限制了信道的传输容量。OFDM 系统中,各子载波频谱在一个码元周期上具有正交性。当码元由矩形脉冲组成时,每个子

载波的频谱为sin x

x

型,其峰值所在处为其它子载波

的零点。OFDM 所有子载波信号叠加到一起时,信号频谱接近于矩形频谱,因而其频谱利用率理论上可以达到Shannon

信息论的极限。

图2 OFDM 的基本原理及其实现

|抗ISI 干扰能力强

在电力线信道中,由于多径效应的存在,将有多个信号经过不同路径并有着不同的时延到达接收机,造成ISI(Intersymbol Interference)。OFDM 将高速串行数据分割为N 个子信号,分割后码元速率为R 串/N ,周期延长了N 倍。当数字符号周期大于最大的延迟时间就可以有效地减弱多径传播的影响。必要时可以在码元间插入保护间隙,只要保护间隙大于最大的传播延迟时间,码间串扰就可以完全避免,但这样会降低调制效率。

§抗信道衰落

电力线信道是一种时变衰落信道,存在着由于多径传播所引起的频率选择性衰落。高速串行传送码元时,深衰落会导致邻近的一串码元被严重破坏,造成突发性误码。在OFDM 中由于并行数据码元周期很长,一般大于深衰落的延续时间,并行码元只是轻微的受损。在电力线信道中,衰落通常发生在某一个频率上(或者OFDM 的某个子信道中),加入纠错编码就可以恢复,这通常被叫做coded OFD M (C OFDM)。

¨抗噪声干扰OFDM 对电力线信道噪声干扰的克服是通过子信道分配来实现的。干扰信号耦合到电力线信道中时,干扰的幅值可能足够大以至于超过了OFDM 信息的信号,当信噪比低于系统要求的门限值时,关闭

该干扰所在的子信道就可避免干扰。OFDM 通过开启或关闭子载波来重新分配子信道,因而数据可以仅在能够传输的频谱内传输,从而保持合适的误码率。

4 扩频通信和OFD M 在电力线通信应用中

性能的比较

使用传统调制技术(如FSK)应用于电力线载波通信中主要存在的问题是各种噪音和干扰对通信质量的影响和带宽限制对传输速率的制约。扩频通信和OFDM 技术都具有抗干扰能力强,通信速率高的优点。然而由于他们的调制原理不同,在实际应用中又存在一定的差异:

￥发射功率

扩展频谱方式的发射功率小,频谱密度低,对其他通信方式的污染小。OFDM 技术中为防止误码信噪比必须达到一定的门限,因此发射功率相对较高,在宽带信道中存在潜在的辐射干扰问题。

|调制效率

OFD M 中各子载波信号的功率谱重叠,所有子载波的功率谱叠加后具有很高的频谱利用率。在一定的带宽要求下,采用OFDM 调制可以最大限度地利用频带,提高传输速率。因此OFD M 比扩频通信具有更高的频谱利用率,适宜带限信道的传输。§抗干扰能力

OFD M 的抗干扰能力是通过子信道分配来实现的,电力线是时变信道,为了自适应分配信道,OFDM 方式中必须采用预适应装置来划分子信道,这使得OFD M 的实现比较困难,使用成本上升。扩频通信利用相关解扩来接收信号,对于各种干扰信号,因其在收端的非相关性,解扩后窄带信号中只有很微弱的成份,提高了信噪比。因此扩频系统的抗干扰能力是由其调制原理决定的,不需增加额外的装置。

¨抗多径能力

OFD M 本身由于其码元周期长,多径效应的影响就小,加之采用保护间隔和循环前缀,从而可以有效克服多径效应引起的码间干扰和信道衰落。在电力线扩频通信要达到1Mbps 以上的传输速率,由于码速很快要实现Rake 接收难度很大,电力线扩频通信对多径效应的抑制和抵抗噪声干扰的原理是一样的,主要靠相关解扩来削弱多径干扰并采用一定纠码技术来克服多径效应的影响。

?用户容量

扩展频谱技术和OFDM 均可同C DMA 技术相结

合,用于多用户系统,分别称为DS-CDMA和MC-CDMA。对DS-CDMA系统,尽管通过精心选择具有良好自相关特性的扩频序列可有效地降低多址干扰,但由于扩频序列相互间非正交,多址干扰将始终存在。对于MC-C DMA系统,各子载波间相互正交,在带宽相同的情况下,MC-CD MA系统的容量较DS-C DMA系统高。

5扩频通信和OFDM应用于电力线通信的初步探索

电力线通信系统是一个复杂的系统,调制方式的选取不单纯是两种技术的比较,还依赖于系统信道特性、通信方式的选取和系统对信息容量的要求。电力线网络是一种总线型网络,电力网络上用户众多,通信方式为点对多点方式,我们要求处于网络底层的数据链路层协议必须具有简便性和灵活性。在无线数据通信中广泛使用的IEEE802.11协议就是这样一种协议,数据的传输是通过一个一个的数据包来完成。每个数据包到达接收机的时间是随机的,接收机不可能预先知道数据包的来源。由于某些数据包要传送给所有节点,每个节点必须清楚通道中是否有该信息,这就意味着每个节点的接收机必须对收到的数据包进行解码。也就是说我们不可能要求发送机根据某个特定节点接收机的反馈来自适应地选择合适的发送频率。电力线通信中传统窄带调制技术有两个重要的缺陷,第一就是当某一频带衰减剧烈,会严重影响通信质量;其次就是窄带调制的功率密度要远远高于将发送功率扩展到整个信道频带。使用OFD M技术自适应频率选择能够解决第一个问题,但由于利用类似IEEE802.11这样的简单协议无法自适应选择频率,所以采用OFDM技术会增加系统和协议的复杂程度。采用扩频通信可以解决第二个问题,但当传输速率很高时,某一频带的严重衰减会使误码率增大。

在电力线通信中扩频调制和OFDM技术具有不同的特点,具体应用时应根据不同系统的要求来选取。对于1Mbps及其附近容量的系统,应用扩频技术就可以完全满足传输容量的要求,且其设备简单; OFDM虽然具有更高的调制效率,但是设备复杂,要求的协议复杂,所以选择扩频调制方式较为经济。当传输速率要求在10Mbps及以上时,若扩频增益为20,要求的信道宽度可达到GHz数量级,对于这样宽的频带简单的直序扩频技术很难实现。由于传输速率的提高,码元周期变小,电力线多径效应引起的码间串扰变得严重,传输速率越高这种干扰就越大,同时接收同步也难以实现。而对于相同的传输速率要求,OFDM技术采用并行传输,码元周期较长,具有较好的抵抗码间串扰的能力,因此在10Mbps及以上传输速率采用OFD M调制技术更能保障通信的可靠性,是一种比较可行的方案。

6结论

通过比较扩频通信和OFDM两种调制方式的特点,并分析电力线通信应用中的要求我们得到以下几点结论:

1)在频带严格限制的系统中,采用OFDM调制技术并结合适当的编码技术可以得到最大的传输容量。

2)宽带网络中,对于1Mbps数量级的传输容量要求,采用扩频技术方便经济,适合在电力线通信中应用推广。

3)对于超过10Mbps传输容量的系统,OFDM技术更能体现其带宽利用率高、抗多径干扰能力强的优势,是电力线通信中比较适宜的技术。

参考文献:

[1]张保会,陈长德,刘海涛.电话、电脑、电力的/三网合

一0概念与实现技术(一).继电器,2000,(9).

[2]张保会,陈长德,刘海涛.电话、电脑、电力的/三网合

一0概念与实现技术(二).继电器,2000,(10).

[3]张保会,陈长德,刘海涛.电话、电脑、电力的/三网合

一0概念与实现技术(三).继电器,2000,(11).

[4]张保会,刘海涛,陈长德.电话、电脑、电视和电力网/四

网合一0的概念与关键技术.中国电机工程学报,2001,

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[5]刘海涛,陈长德,张保会.低压电力线载波通信传输环

境研究综述.电力自动化设备,2001,(9).

[6]陈长德,张保会.宽带电力线载波的最新进展.中国电

力,2001,(4).

[7]John G Proakis.Di g i tal Communications.北京:电子工业

出版社,1998.

[8]Intellon.OFDM Communications Pri mer.1999,3.

收稿日期:2001-06-03;改回日期:2001_06_26

作者简介:刘华玲(1976-),女,硕士研究生,研究方向为电力线通信;张保会(1953-),男,教授,博士生导师,中国电机工程学会高级会员、IEEE高级会员,主要研究电力系统安全稳定紧急控制、新型继电保护、电力系统自动化和电力通信;刘海涛(1976-),男,博士研究生,研究方向为电力线通信。

基于短时网格分形维数的电能质量扰动检测

赵瑞娜,齐泽锋,陈允平,钱珞江

(武汉大学电气工程学院,湖北武汉430072)

摘要:随着微处理器和电力电子等智能器件越来越多地在工业过程控制中的应用,诸如电压上升、电压下降等电能质量扰动问题已成为近年来各方面关注的焦点。对电能质量进行有效地分析和检测不仅必要而且十分迫切。为此提出用短时网格分形维数来检测电能质量扰动,并给出了短时网格分形维数的计算方法。仿真结果表明,该方法能准确有效地检测到电能质量扰动,并能精确地确定电能质量扰动的发生、恢复时刻。

关键词:电能质量扰动;短时网格分形维数;检测

中图分类号:TM711文献标识码:A文章编号:1003-4897(2001)11-0021-03

1前言

近年来,电能质量问题逐渐引起了人们的重视。这一方面是由于系统中发生短路故障、大容量电动机启动、电容器组投切引起电能质量扰动,造成了电能质量的恶化。另一方面是由于工业自动化水平的提高,微处理器和电力电子等智能器件越来越多地应用于工业过程控制,而这些精细过程控制更容易受到电力系统扰动的影响。因此,电能质量扰动问题已成为近年来各方面关注的焦点,对电能质量进行有效地分析和检测不仅必要而且十分迫切[1,2]。

分形是80年代初期数学家曼德尔布罗特(Mendelbrot)首先提出来的[3]。分形是对没有特征长度但具有一定意义下的自相似图形和结构的总称。其研究对象是自然界和非线性系统中出现的不光滑和不规则的几何形体,其分形度量为分形维数。分形维数反映的是分形集的复杂性,分形集越复杂,分形维数越大。对于离散化的数字信号,我们可以把它看成数字化离散空间点集;对不同的信号,其分形维数一般不同,因而分形维数能用于信号的识别[4]。分形维数已被应用于电力系统中的高阻抗故障分析,并取得良好的效果[5]。基于此,本文提出用短时分形维数来检测电能质量扰动。仿真结果表明,该方法能准确有效地检测到电能质量扰动。

2网格分形维数的计算

分形维数的定义有很多,对不同定义的分形维数,其计算也不同,这里所讲的分形维数为网格分形维数,其定义为:

定义1[4]设R n上集合X,N r表示集合X与R n 上的r网格相交的网格格子个数,那么集合X的网格分形维数为:

d F(X)=lim

r y0

log N r

log(1/r)(1)我们将R n划分成尽可能细的v网格,通常为正方形,将集合X离散化成数字点集。这样,N$就相当于在离散空间(点间间距为v)上集合X的点计数。将v网格放大为k$网格,令N k$表示离散空间(点间间距为k$)上集合X的点计数。这样,便有k个不同网格宽度上的点计数N k$,k=1,,,K,其中,K充分大,使得N k$>1即可。则网格分形维数为:

d F(X)=

1

C

6

k,k c

log N k$/N k c$

log k c/k

(2)

1[k

Spread-spectrum,OFDM and their applications in high data rate PLC

LIU Hua_ling,ZHANG Bao_hui,LIU Hai_tao

(Xi.an Jiaotong University,Xi.an710049,China)

Abstract:Both spread-spectrum and OFDM have the ability to mitigate interference and multi-path reflections.This paper introduces the basic principles of the two modulati ons,and then discusses their advan tages for the applicati on in power line communication.These two modu-lations are also compared in view of reliabili ty and simplici ty of communication.Finally,we conclude that spread-spectrum is available for in 1Mbps,while,OFD M for10Mbps.

Keywords:power line communication;spread-spectrum;OFDM

窄带电力线通信技术-longsy

1.窄带电力线通信技术： 1）中压窄带载波一般采用10-500KHz频段 2）速率150-2400bps，采用OFDM调制可达100kbps以上 3）传输距离较长，架空线路距离大于10km 4）调制技术FSK、PSK，新型技术采用OFDM 近年来，随着低压电力线载波通信技术逐步完善，国内有十余家企业专注于技术开发和应用，采用 的技术主要有扩频加窄带频移键控（FSK）、扩频加窄带相移键控（PSK）、正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）等，在用电信息采集、智能家居能源管理、楼宇监视和路 灯控制等领域均有大规模的应用。 国内比较主流的低压电力线窄带载波通信技术方案及应用如错误！未找到引用源。所示： 表 1国内比较主流的低压电力线窄带载波应用现状 除了以上低压电力线载波通信方案，近两年在国家电网集中招标中也出现过100kHz、175kHz、300kHz 等多种频率方案，由于大部分通信厂家采用各自的企业标准，频率选择、调制方式、传输技术及组网技 术各有特点，难以实现互操作问题。 国内窄带电力载波通信技术发展现状 一、国内现有载波通信技术特点 现有的低压载波通信芯片的技术特点可以从调制方式、传输速率、通信频率、通信功率、EMI标准、

芯片技术等方面来分析。 1.调制方式与传输速率 目前电力线载波通信常用的扩频技术主要有：直接序列扩频、线性调频Chirp和正交频分复用OFDM 等。此外，跳频FH、跳时TH以及上述各种方式的组合扩频技术也较为常用。 国内载波通信产品主要采用直接序列扩频技术。其中 东软为FSK，15 位直序列扩频通信； 福星晓程DPSK 63 位直序扩频； 弥亚微为QPSK扩频调相、过零同步、分时传输； 鼎信为二进制连续相位移频FSK，过零同步、分时传输。 上述各家的扩频技术各有不同特点。对载波通信芯片性能最直接影响在于可靠性和传输速率。 目前这四家中，传输速率分别为： 弥亚微，同时提供200、400、800、1600bps四种可变速率； 东软：330bps； 福星晓程：250/500bps； 鼎信：100bps。 按照现阶段现场实际应用状况来看100至500bps速水平仅能用于普通抄表功能，如果涉及到远程控制（断送电）和管理功能则需要提供更高速率保证。 2.通信频率 关于通信频率，在美国由联邦通信委员会FCC规定了电力线频带宽度为100~450kHZ；在欧洲由欧洲电气标准委员会的EN50065-1规定电力载波频带为3~148.5kHZ。这些标准的建立为电力载波技术的发展做出了显著的贡献，目前全球AMR系统均采用该频段标准。 国内载波通信芯片中符合欧洲标准的为2家，分别是福星晓程120KHz和弥亚微57.6KHz/76.8KHz/115.2KHz三种可选。 3.通信功率及EMI指标 国内东软、福星晓程、鼎信等多数载波通信方案为了针对国内电力信道环境中的衰减，均采取加大通信传输功率等做法。在实际产品化的过程中，基本上做到3W至5W，有的电表厂甚至做到了8W，这种做法是绝对不可取的。 首先，这种做法导致电表产生的功耗损失无疑增加的线损，造成大量的能源浪费，这也有悖于国网公司上集抄系统的初衷； 其次，如此大的功率传输将会严重污染电力线信道环境，我们原来是恶劣的电力线信道环境的受害者，现在却也能成为最大的制造者。 就目前研究了解的情况，国内只有弥亚微的载波芯片Mi200E采取低功耗设计。其发送信号时的功率仅为0.4W，在保证可靠的通信性能的同时该芯片EMI等相关指标满足欧洲标准。 4.芯片技术 严格意义上讲，国内载波通信方案供应商并不完全都是芯片设计研发企业，像东软和鼎信均是采用MOTROLA的MC3361＋单片机通过软件完成物理层、MAC层、网络层的模式。其优点是降低了研发难度，但该模式会导致其核心技术（相关软件）容易泄密或被解密，安全性值得探讨。福星晓程和弥亚微均是完全自主开发的载波通信芯片产品。 二、国内载波芯片产品分析

移动通信技术参考答案

移动通信技术参考答案 第一章 思考题与练习题 1-1 什么是移动通信？移动通信有那些特点？ 答：移动通信是指通信的双方，或至少一方，能够在移动状态下进行信息传输和交换的一种通信方式。移动通信的特点是通信双方不受时间及空间的限制、随时随地进行有效、可靠、安全的通信。频率 1-2 移动通信系统发展到目前经历了几个阶段？各阶段有什么特点？ 答：移动通信系统发展到目前经历了四个阶段，分别为公用汽车电话、第一代通信技术（1G）、第二代通信技术（2G）、第三代通信技术（3G）。特点分别为，公用汽车电话的特点是应用范围小、频率较低、语音质量较差、自动化程度低。第一代通信技术（1G）的特点是该系统采用模拟技术及频分多址技术、频谱利用率低、系统容量小抗干扰能力差、保密性差：制式不统一、互不兼容、难与ISDN兼容、业务种类单一、移动终端复杂、费用较贵。第二代通信技术（2G），采用数字调制技术和时分多址（TDMA）、码分多址技术（CDMA）等技术、多种制式并存、通信标准不统一、无法实现全球漫游、系统带宽有限、数据业务单一、无法实现高速率业务。第三代通信技术（3G）的特点是能提供多种多媒体业务、能适应多种环境、能实现全球漫游、有足够的系统容量等。 1-3 试述移动通信的发展趋势和方向。 答：未来移动通信将呈多网络日趋融合、多种接入技术综合应用、新业务不断推出的发展趋势。移动通信的发展方向是功能一体化的通信服务、方便快捷的移动接入、形式多样的终端设备、自治管理的网络结构。 1-4 移动通信系统的组成如何？试述各部分的作用。 答：移动通信系统的组成主要包括无线收发信机、交换控制设备和移动终端设备。无线收发信机的作用是负责管理网络资源，实现固定网与移动用户之间的连接，传输系统信号和用户信息。交换控制设备的作用是实现用户之间的数据信息交换。移动台的作用是实现移动通信的终端设备。 1-5 常见的移动通信系统有那些？各有何特点？ 答：常见的移动通信系统有：1、蜂窝移动通信系统2、无线寻呼系统3、无绳电话系统蜂窝移动通信系统的特点是越区交换、自动和人工漫游、计费及业务统计功能。无线寻呼系统的特点是即可公用也可专用。无绳电话系统的特点是携带使用方便。 1-6 集群移动通信系统的组成有那些？ 答：集群移动通信系统的组成有移动台、基站、调度台以及控制中心组成。 1-7 移动通信的工作方式及相互间的区别有那些？ 答:移动通信的工作方式有单工制、半双工制、双工制。单工制的优点主要有：1、系统组网方便2、由于收发信机的交替工作，所以不会造成收发之间的反馈3、发信机工作时间相对可缩短，耗电小，设备简单，造价便宜。单工制的的缺点是：1、当收发使用同一频率时，临近电台的工作会造成强干扰2、操作不方便，双方需要轮流通信，会造成通话人为的断断续续3、同频基站间的干扰较大。半双工制的优点主要有：1、设备简单、省电、成本低、维护方便，临近电台干扰小2、收发采用异频，收发频率各占一段，有利于频率协调和配置3、有利于移动台的紧急呼叫。半双工制的缺点是移动台需按键讲话，松键收话。使用不方便，讲话时不能收话，故有丢失信息的可能。双工制的优点有：1、频谱灵活性高2、

MIMO-OFDM技术概述

MIMO-OFDM技术概述

MIMO-OFDM技术概述 摘要 现代信息社会中,人们对宽带移动通信系统的数据需求量日益增长。为此，未来宽带移动通信系统必须提供更高的传输速率和更优的服务质量。MIMO技术能够利用信号的空时频域特性，可以很好地对抗平坦衰落信道，但对频率选择性信道却无能为力，而OFDM技术可以将频率选择性衰落转化为平坦衰落，MIMO和OFDM两种技术的结合和相互补充，既可以很好地解决未来无线宽带通信系统中信道多径衰落和带宽效率的问题，又能够提高系统容量和传输可靠性，因此采用MIMO 技术的OFDM 系统是现代移动通信的核心技术。本文首先介绍正交频分复用（OFDM）技术和多输入多输出（MIMO）系统的基本原理，简述MIMO-OFDM 技术及其特点，并初步探讨了MIMO-OFDM 系统的关键技术。 关键词：多输入多输出；正交频分复用；MIMO-OFDM；载波；编码 一、引言 正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作是一种调制技术，也可以被当作是一种复用技术。多载波传输把数据流分解成若干比特流，这样每个子数据将具有低得多的比特速率，用这样的低比特速率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载波，这构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。OFDM是对多载波调制(Multi Carrier Modulation)的一种改进，它的特点是各子载波相互正交，所以扩频后的频谱可以相互重叠，不但减小了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率，可以有效地抵抗频率选择性衰落。 多输入多输出(MIMO)技术是指利用多发送和多接收天线进行空间分集的技术，是无限移动通信领域智能天线技术的重大突破。在无线通信领域，对MIMO的研究源于对多个天线阵元空间分集的性能研究。从20世纪80年代开始，研究学者发现与合并技术结合的多天线空间分集可进一步改善无线链路性能并增加系统容量，Salzzai研究了单用户MIMO高斯信道，以两径传播信道模型分析了空间分集对信道容量和容量分布的影响。Winters讨论了干扰受限的无线系统中，利用多天线空间分集所能带来的容量增益，并明确地指出了增加分集天线数目可以增加系统容量。多输入多输出系统充分开发空间资源，利用多

OFDM调制技术

OFDM调制技术 (来源：福建金钱猫电子科技有限公司) 随着通信技术的不断成熟和发展，如今的通信传输方式可以说多种多样，变化日新月异，从最初的有线通信到无线通信，再到现在的光纤通信。然而，从通信技术的实质来看，上面所述基本上都是传输介质和信道的变化，突破性的进展并不多。 技术简介 OFDM是一种高速数据传输技术，该技术的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落等恶劣传输条件的性能。传统的频分复用方法中各个子载波的频谱是互不重叠的，需要使用大量的发送滤波器和接受滤波器，这样就大大增加了系统的复杂度和成本。同时，为了减小各个子载波间的相互串扰，各子载波间必须保持足够的频率间隔，这样会降低系统的频率利用率。而现代OFDM系统采用数字信号处理技术，各子载波的产生和接收都由数字信号处理算法完成，极大地简化了系统的结构。同时为了提高频谱利用率，使各子载波上的频谱相互重叠，但这些频谱在整个符号周期内满足正交性，从而保证接收端能够不失真地复原信号。 当传输信道中出现多径传播时，接收子载波间的正交性就会被破坏，使得每个子载波上的前后传输符号间以及各个子载波间发生相互干扰。为解决这个问题，在每个OFDM传输信号前面插入一个保护间隔，它是由OFDM信号进行周期扩展得到的。只要多径时延超过保护间隔，子载波间的正交性就不会被破坏。 基本原理 OFDM —— OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI 。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部

PLC电力线通信技术简介

什么是PLC? 通常，我们上网的方式一般有：利用电话线的拨号?xdsl方式；利用有线电视线路的cable modem方式，或利用双绞线的以太网方式。 现在，我们又多了一种更方便，更经济的选择：利用电线，这就是plc！plc的英文全称是power line communication，即电力线通信。通过利用传输电流的电力线作为通信载体，使得plc具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.5~45mbps的高速网络接入，来浏览网页?拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据?语音?视频，以及电力于一体的"四网合一"！另外，可将房屋内的电话、电视、音响、冰箱等家电利用plc连接起来，进行集中控制，实现"智能家庭"的梦想。目前，plc 主要是作为一种接入技术，提供宽带网络"最后一公里"的解决方案，适用于居民小区，学校，酒店，写字楼等领域。 plc的技术原理 plc利用1.6m到30m频带范围传输信号。在发送时，利用gmsk或ofdm调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输，在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信信号。目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5m~45m之间。plc设备分局端和调制解调器，局端负责与内部plc调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的internet。典型的plc网络如下图： plc的优点

1．实现成本低由于可以直接利用已有的配电网络作为传输线路，所以不用进行额外布线，从而大大减少了网络的投资，降低了成本。 ２．范围广电力线是覆盖范围最广的网络，它的规模是其他任何网络无法比拟的。plc 可以轻松地渗透到每个家庭， 为互联网的发展创造极大的空间。 3．高速率 plc能够提供高速的传输。目前，其传输速率依设备厂家的不同而在 4.5m~45mbps之间。远远高于拨号上网和isdn，比adsl更快！足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的plc产品正在研制之中。 4．永远在线 plc属于"即插即用"，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！ 5．便捷不管在家里的哪个角落，只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有plc带来的高速网络享受！ plc的应用 1．可以为用户提供高速internet访问服务、话音服务，从而为用户上网和打电话增加了新的选择。 2．通过与控制技术的结合，为在现有基础上实现"智能家庭"提供有力支持。利用电力线路为物理媒介，可将遍布住宅各角落的信息家电、pc等连为一体，接入internet，实现远程、集中的管理控制。 3．不用额外的布线，就可将家中的多太电脑连接起来，组建家庭局域网。 4．实现远程水、电、气等的自动抄表，一张收费单就可解决用户生活中的所有收费项目。 5．利用plc的"永远在线"特点，构件防火、防盗、防有毒气体泄露等保安监控系统和医疗救护系统。 主要介绍PIC技术在智能家居系统中的运用，给出PLC网络化控制系统的结构．描述智能家居系统控制端设备和局端设备的设计方法．以厦设备的电磁兼容性。该系统实现了家电智能 控制、安防控制和上网功能。 目前，中国的智能家居系统以智能安防为主，正逐渐向家电的网络化控制延伸。如何更有效地解决安防、家电智能控制、上网等问题，逐渐成为研究的热点。电力线通信(Power Line Communication，PLC)，是指利用中、低压电力线作为通信介质，实现数据、语音、图像等综合业务传输的通信技术。利用PLC实现智能家居的网络化控制无需架线，不破坏住宅结构，连接方便、快捷，是智能家居网络化控制的理想选择。本系统采用Intcllon公司的INT5200芯片作为电力载波芯片，网络数据由与家电设备相连的电力线传送，并通过HomePlug协议实现交互，采用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)正交频分复用技术进行调制解调，从而实现家电控制、PLC上网和家庭安防。

[系统,采用,电力线,其他论文文档]ATC 系统中采用电力线载波通信技术的研究

ATC 系统中采用电力线载波通信技术的研究 摘要介绍了正交频分复用(OFDM) 的基本原理, 并结合城市轨道交通 A TC 系统的特点,提出了利用基于OFDM 的电力线载波通信技术在接触网上实现信息传输的思路。 关键词列车自动控制,电力线载波通信系统,正交频分复用 在城市轨道交通列车自动控制(A TC) 系统中, 通常利用轨道电路传输信息。由于钢轨不是理想的信息传输通道,信息容量、传输速率受到了限制。本文提出了利用正交频分复用(OFDM) 的电力线载波通信技术在接触网上实现信息传输的思路。 1 OFDM 的基本原理 OFDM 是一种多载波调制技术(MCM) ,可以在强干扰环境下高速传输数据。传统的数字通信系统将符号序列调制在一个载波上进行串行传输, 每个符号的频谱占用信道的全部可用带宽。OFDM 则并行传输数据,采用频率上等间隔的N 个子载波构成,它们分别调制一路独立的数据信息,调制之后N 个子载波的信号相加同时发送。因此每个符号的频谱只占用信道全部带宽的一部分。在OFDM 中,通过选择载波间隔,使这些子载波在整个符号周期上保持频谱的正交特性,各子载波上的信号在频谱上互相重叠;接收端利用载波之间的正交特性,可以无失真地将接收到的信号还原成发送信息,从而提高系统的频谱利用率。 图1 正交频分复用OFDM 的基本原理 因此,OFDM 系统的调制和解调过程等效于离散付氏逆变换(IDF T) 和离散付氏变换(DF T) 处理,实际上系统通常采用DSP 技术和FFT 快速算法来实现。 由于OFDM 系统的符号周期延长了N 倍,增强了其消除码间串扰的能力。在数字基带调制部分,可以根据子信道特性采用不同的调制方式(如BPSK,QPSK ,QAM , TCM 等) 。如果某个频段信号衰减严重,发送端还可以关闭该频段的子载波, 实现信道自适应均衡。通过采用信道编码技术, OFDM 还可以进行前向纠错(FCC) 。2 在A TC 系统中采用OFDM 技术 城市轨道交通对列车速度控制提出很高的要求,要达到安全性、可靠性、适用性和经济 性的目标,还要考虑到迅速、准确和价格合理等因素。这需要列车、沿线、车站、控制中心的人员和设备之间的组织协调。采用OFDM 调制技术实现电力线载波高速数据传输,为城市轨道交通信号系统(见图2) 提出了一种新思路。与其它电力通信方式不同的是,它利用给列车供电的接触网(直流1 500 V/ 750 V) 进行通信。 牵引供电回路由牵引变电所、馈电线、接触网、电力机车、钢轨与大地、回流线等构成。牵引变电所两侧的接触网电压相位不同相,分相绝缘。相邻牵引变电所间的接触网电压一般为同相的,其间除用分相绝缘器隔离外,还设置了分区亭。通过分区亭断路器(或负荷开关) 的操作,实行双边(或单边) 供电。接触网一般在线路中心上方,利用接触网上传输的信息可以检测列车占用线路状况。

新一代移动通信的核心技术ofdm调制技术.doc

新一代移动通信的核心技术OFDM调制技术 OFDM的发展状况 OFDM的历史要追溯到20世纪60年代中期，当时R.w.Chang发表了关于带限信号多信道传输合成的论文。他描述了发送信息可同时经过一个线性带限信道而不受信道问干扰(ICI)和符号间干扰(。ISI)的原理。此后不久，Saltzberg完成了性能分析。他提出"设计一个有效并行系统的策略应该是集中在减少相邻信道的交叉干扰(crosstalk)而不是完成单个信道，因为前者的影响是决定性的。" 1970年，OFDM的专利发表，其基本思想就是通过采用允许子信道频谱重叠，但又相互间不影响的频分复用(FDM)的方法来并行传送数据，不仅无需高速均衡器，有很高的频谱利用率，而且有较强的抗脉冲噪声及多径衰落的能力。OFDM 早期的应用有ANIGSC-1O(KATH-RYN)高频可变速率数传调制解调器(Modem)。该Mo-dem利用34路子信道并行传送34路低速数据，每个子信道采用相移键控(PSK)调制，且各子信道载波相互正交，间隔为84 Hz。但是在早期的OFDM系统中，发信机和相关接收机所需的副载波阵列是由正弦信号发生器产生的，且在相关接收时各副载波需要准确地同步，因此当子信道数很大时，系统就显得非常复杂和昂贵。 对OFDM做主要贡献的是Weinstein和Ebert在1971年的论文，Weinstein 和Ebert提出使用离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)，实现OFDM系统中的全部调制和解调功能的建议。因而简化了振荡器阵列以及相关接收机中本地载波之间的严格同步的问题，为实现OFDM的全数字化方案作了理论上的准备。用离散傅里叶变换(DFT)完成基带调制和解调，这项工作不是集中在单个信道，而是旨在引入消除子载波间干扰的处理方法。为了抗ISI和ICI，他们在时域的符号和升余弦窗之间用了保护时间，但在一个时间弥散信道上的子载波间不能保证良好的正交性。 另一个主要贡献是Peled和Ruiz在1980年的论文，他引入了循环前缀(Cyclic Prefix，CP)的概念，解决了正交性的问题。他们不用空保护间隔，而是用OFDM符号的循环扩展来填充，这可有效地模拟一个信道完成循环卷积，这意味着当CP大于信道的脉冲响应时就能保证子载波间的正交性，但有一个问题就是能量损失。

移动通信的基本技术之抗干扰措施

移动通信的基本技术之抗干扰措施 在第三代移动通信系统中除了大量的环境噪声和干扰以外，还有大量的电台产生的干扰，如邻道干扰、公道干扰和互调干扰，更重要的是第三代移动通信系统的主流标准（WCDMA、CDMA2000等）都采用了码分多址方式，CDMA码分多址系统是一个干扰受限制系统，在信息的传输中，存在着多址干扰，多径干扰和远近效应。那么为了保证网络的畅通运行，我们也采用了第三代移动通信系统采用的相关抗干扰技术进行处理。这些技术包括：空分多址（SDMA）智能天线技术，用于抗多径干扰的RAKE接收技术，抗多址干扰的联合检测技术，并对这些技术在特定系统中的性能进行了仿真。 首先介绍一下智能天线技术，智能天线利用多个天线阵元的组合进行信号处理，自动调整发射和接收方向图，以针对不同的信号环境达到最优性能。智能天线是一种空分多址技术,主要包括两个方面：空域滤波和波达方向（DOA）估计。空域滤波（也称波束赋形）的主要思想是利用信号、干扰和噪声在空间的分布，运用线性滤波技术尽可能地抑制干扰和噪声，以获得尽可能好的信号估计。 智能天线通过自适应算法控制加权，自动调整天线的方向图，使它在干扰方向形成零陷，将干扰信号抵消，而在有用信号方向形成主波束，达到抑制干扰的目的。加权系数的自动调整就是波束的形成过程。智能天线波束成型大大降低了多用户干扰，同时也减少了小区间干扰。 比起只能智能天线技术抗多径干扰的RAKE接受技术又有哪些技术有点呢？智能天线抑制干扰的能力在多数情况下受天线阵元个数的限制，且当感兴趣信号存在多个非相关多径时，阵列只保留其中的一路信号，而把零陷对准其它信号，这样，阵列能够减小由非相关多径带来的干扰，但未能发挥路径分集的优势，因而是次最优的。为此，联合时域和空域处理的接收技术成为研究的热点。 当信道存在多径时延扩展，且时延大于一个码片周期时，这些多径信号既是多径干扰，又是一些有价值的分集源,由此产生了2D-RAKE接收机。目前2D-RAKE接收机讨论最多的是应用在WCDMA上行链路。 空时RAKE接收机首先对存在角度扩展的多个路径分量进行波束成型，以降低DOA可分辨的其它用户信号产生的多址干扰或期望信号的非相关多径分量，然后将经过空间滤波后的信号送入RAKE合并器，以充分利用延迟可分辨的期望信号的多个路径的能量。空间波束形成旨在衰减干扰信号，而时间多径合并旨在利用有用信号。 与时域和空域一维干扰抑制不同的是，空时二维干扰抑制不再使用强迫置零条件，而是考虑噪声的存在，使用优化准则。空时处理有名的优化准则有两个，一个是空时最小均方误差准则，另外一个是空时最大似然准则 我们介绍的第三种抗干扰技术是联合检测技术 传统的接收技术是针对某一用户进行信号检测而把其他用户作为噪声加以处理，在用户数增多时，导致了信噪比恶化，系统性能和容量都不如人意。联合检测技术是在传统检测技术的基础上，充分利用造成多址干扰的所有用户信号及其多径的先验信息（信号之间的相关性时已知的：如确知的用户信道码，各用户的信道估计），把用户信号的分离当作一个统一的相互关联的联合检测过程来完成，从而具有优良的抗干扰性能，降低了系统对功率控制精度的要求，因此可以更加有效地利用上行链路频谱资源，显著地提高系统容量，并削弱了“远近效应”的影响。 每一样技术都有其优缺点，那么我们是否能将其结合，使技术更优化，让其在抗干扰方面体现的效果更为明显呢？ 那就是智能天线与联合检测的结合（ＳＡ＋ＪＤ）， 其主要用于ＴＤ－SCDMA系统中，TD-SCDMA系统结合使用了智能天线和联合检测技术：1）智能天线消除小区间干扰，联合检测消除小区内干扰，两者配合使用；2）智能天线缓解了联合检测过程中信道估计的不准确对系统性能恶化的影响；3）当用户增多时，联合检测的计算量非常大，智能天线的使用减少了潜在的多用户; 4）智能天线的阵元数有限，对于M个阵元的智能天线只能抑制M-1个干扰源，而且所形成的副瓣对其它用户而言仍然是干扰，只能结合联合检测来减少这些干扰；5）在用户高速移动下，TDD模式上下行采用同样空间参数使得波束成型有偏差；用户在同一方向时，智能天线不能起到作用；还

电力线通信(LC)技术的应用及未来

电力线通信(PLC)技术的应用及未来 电力线高速数据通信技术，简称PLC或PLT，是一种利用中、低压配电网作为通信介质，实现数据、话音、图像等综合业务传输的通信技术，不仅可以作为解决宽带末端接入瓶颈的有效手段，而且可以为电力负荷监控、远程抄表、配用电自动化、需求侧管理、企业内部网络、智能家庭以及数字化社区提供高速数据传输平台。 PLC按应用的配电网电压等级划分为低压PLC和中压PLC。低压PLC利用低压(220V/380V)电力线作为传输媒介，为用户提供Internet接入、家庭局域网、远程抄表、智能家居等应用。中压PLC利用中压（10KV）电力线作为通信链路，为接入骨干网、配电网自动化、用户需求侧管理及农村电话等应用提供传输通道。 近10年，特别是2000年以来，由于人们对带宽需求的不断增长，包括ADSL、PLC技术在内的宽带接入技术得到了快速发展。特别是PLC技术，由于充分利用最为普及的电力网络资源，建设速度快、投资少、户内不用布线，能够通过遍布各个房间的电源插座进行高速上网，实现“有线移动”，具备了其它接入方式不可比拟的优势，受到国内外的广泛关注。 二、PLC技术的发展现状 （一）国外发展现状 目前国际上专用PLC调制解调芯片主要有：以色列Yitran公司传输速率为2.5Mbps的芯片、美国Intellon公司14Mbps芯片、西班牙DS2公司45Mbps 和200Mbps芯片，其中美国Intellon公司14Mbps芯片应用最为普遍，大部分PLC系统都是基于该芯片开发的。近期，美国Intellon公司推出了芯片速率

为85Mbps的样片，法国Spidcom公司也开发了224Mbps芯片，正在测试之中。 欧盟为促进PLC技术的发展，从2004年1月1日开始启动了一个称之为OPERA（OpenPLCEuropeanResearchAlliance）的计划，旨在联合欧洲的主要PLC研究开发力量致力于制定欧洲的PLC统一技术标准、推动大规模商业化应用，并将PLC作为实现“eEurope”（信息化欧洲）的重要技术手段。美国联邦通信委员会（FCC）一直在鼓励启用新的基于现有设施的宽带平台，促进美国的宽带业务。2004年2月12日，FCC批准对某些技术规则的修改意见，目的是通过促进电力线宽带接入技术的推广应用，把美国电力网的巨大潜力利用起来。美国、欧洲等国许多大的电力企业也积极进行中压及低压PLC的试验，美国的Cinergy等17家电力企业、德国、奥地利、西班牙等15个欧洲国家的32个电力企业建立了PLC试验网络，有的还进行了PLC商业化运营，如德国的MVV等。亚洲开展PLC研究和试验的国家和地区除中国大陆外，还有日本、韩国、新加坡、中国香港、中国台湾等地，日本对PLC的态度，经历了从初期怀疑否定、到开放试验、直至今日的积极推动的三个阶段。目前日本的东京电力、新加坡电力、香港中华电力等建立了一定规模的试验网络。据不完全统计，截止2004年年底，PLC的试验网络遍及欧洲、亚洲、北美洲、南美洲、非洲以及大洋洲的40多个国家和地区。 （二）国内PLC技术的研发及应用 国外在电力线通信技术方面的进展，引起了国家电力公司的高度重视和科研单位的密切关注。国家电力（电网）公司先后八次立项，由中国电力科学研究院、国电通信中心等单位承担电力线高速数据通信技术相关课题的研究工作。由

低压电力线载波通信技术应用情况研究与思考

低压电力线载波通信技术应用情况分析与思考 电力线载波通信技术，英文简称PLC(Power Line Communication>,是指利用己有的配电网作为传输媒介，实现数据传递和信息交换的一种技术。在低压配电网进行PLC通信，已经成功用于远程抄表、家居自动化和智能小区等领域。随着网络技术和信息技术迅猛发展，国内外利用低压电力线传输速率在1Mbps以上信息的高速电力线载波技术研究不断取得重要进展，该技术在现有电力线上可以实现数据、语音和视频等多业务的承载，未来可以传输数据、语音、视频和电力为一线的“四网合一”，是极富诱惑力、也充满了时代挑战的一种新技术。 低压电力线载波通信目前正处于发展的重要时期，随着关键技术问题的逐步解决以及各种标准规范的建立完善，必然会得到大规模的发展和广泛的推广应用，对此，我们必须高度重视。 一、密切关注低压电力线载波通信应用与发展情况 电力线载波通信技术组网简单、成本低、抗毁性强、易于实现,近几年发展很快。可以乐观地预见，低压电力线载波通信技术必将成为未来几年数字通信领域的研究热点，引起IT行业的广泛关注。 <一）技术不断进步 载波通信技术加快发展。低压电力线载波通信的核心问题是载波信号的调制

OFDM调制

OFDM：正交频分复用 主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。 正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰。 每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。 目前OFDM技术已经被广泛应用于广播式的音频和视频领域以及民用通信系统中，主要的应用包括：非对称的数字用户环路（ADSL）、ETSI标准的数字音频广播（DAB）、数字视频广播（DVB）、高清晰度电视（HDTV）、无线局域网（WLAN）等。 一、时域分析OFDM 最简单的情况，sin(t)和sin(2t)是正交的【因为sin(t)·sin(2t)在区间[0,2π]上的积分为0】： 图示中，在[0,2π]的时长内，以最易懂的幅度调制方式传送信号：sin(t)传送信号a，因此发送a·sin(t)，sin(2t)传送信号b，因此发送b·sin(2t)。其中，sin(t)和sin(2t)的用处是用来承载信号，是收发端预先规定好的信息，称为子载波；调制在子载波上的幅度信号a和b，才是需要发送的信息。因此在信道中传送的信号为a·sin(t)+b·sin(2t)。在接收端，分别对接收到的信号作关于sin(t)和sin(2t)的积分检测，就可以得到a和b了。

图一：发送a信号的sin(t) 图二：发送b信号的sin(2t)【注意：在区间[0,2π]内发送了两个完整波形】 图三：发送在无线空间的叠加信号a·sin(t)+b·sin(2t) 图四：接收信号乘sin(t)，积分解码出a信号。【传送b信号的sin(2t)项，在积分后为0】

电力线载波通信技术的发展与特点

电力线载波通信技术的发展及特点 摘要 本文介绍了电力线载波通信的发展及特点，文中主要就高压电力线载波通信、中压配电网电力线载波数据通信和低压用户配电网电力线载波通信，以及与其相关的关键技术问题进行了讨论。 0 引言 电力线载波（Power Line Carrier - PLC）通信是利用高压电力线（在电力载波领域通常指35kV及以上电压等级）、中压电力线（指10kV电压等级）或低压配电线（380/220V用户线）作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。近年来，高压电力线载波技术突破了仅限于单片机应用的限制，已经进入了数字化时代。并且，随着电力线载波技术的不断发展和社会的需要，中/低压电力载波通信的技术开发及应用亦出现了方兴未艾的局面，电力线载波通信这座被国外传媒喻为“未被挖掘的金山”正逐渐成为一门电力通信领域乃至关系到千家万户的热门专业。在这种形势下，本文旨在通过对电力线载波通信技术的发展及所涉及的一些技术问题的讨论，阐明电力线载波通信的发展历程、特点及技术关键。 2 电力线载波通信的特点

2.1 高压载波路由合理，通道建设投资相对较低高压电力线路的路由走向沿着终端站到枢纽站，再到调度所，正是电力调度通信所要求的合理路由，并且载波通道建设只需结合加工设备的投入而无须考虑线路投资，因此当之无愧成为电力通信的基本通信方式，尤其在边远地区更是这样。电力线载波通道往往先于变电站完成建设，对于新建电站的通信开通十分有利。为此，只要妥善解决电力线载波信道的容量问题，载波通信的优势就会显现出来。在中压配电网载波和低压用户电网载波中，节省线路建设费用，无须考虑破坏家庭已装修环境，也仍然是载波通信的优势。 2.2 传输频带受限，传输容量相对较小 在高压电网中，一般考虑到工频谐波及无线电发射干扰电力线载波的通信频带限制于40～500kHz之内，按照单方向占用4kHz带宽计算，理想情况下一条线路可安排115条高频载波通道。但由于电力线路各相之间及变电站之间的跨越衰减有限（13～43dB），不可能理想地按照频谱紧邻的方式安排载波通道，因此，真正组成电力线载波通信网所实现的载波通道是有限的，在当今通信业务已大大开拓的情况下，载波通道的信道容量已成为其进一步应用的“瓶颈”问题。尽管我们在载波频谱的分配上研究了随机插空法、分小区法、分组分段法、频率阻塞法及地图色法和计算机频率分配软件，并且规定不同电压等级的电力线路之间不得搭建高频桥路，使载波频率尽量得以重复使用，但还是不能满足需要。近来随着光纤通信的发展和全数字电力线载波机的出现，稍微缓解了载波频谱的紧张程度。在10kV中压配电

电力线通信技术及其应用

?电网技术? 电力线通信技术及其应用 甘　武,孙云莲,邓宏伟 (武汉大学,武汉市,430072) [摘　要]　电力线通信(PLC ),是指利用电力线传输高频数据和话音信号的一种通信方式。PLC 以其广阔的资源、与 家庭的紧密结合等优势得到快速发展。利用PLC 技术可将电脑、电话、音响、电冰箱等家用电器连成一体,实现集中控制,也可以连接多台电脑,组建、实现家庭局域网,还可以实现高速上网。目前电力线上网在我国还在试验阶段,它的潜在市场是巨大的。 [关键词]　电力线通信　网络体系结构　电磁兼容　管制 中图分类号:TN915.853　文献标识码:B 文章编号:1000-7229(2004)11-0028-03 Power Line Communication Technology and Its Application G an W u ,Sun Yunlian ,Deng Hongwei (W uhan University ,W uhan City ,430072) [Abstract]The power line communication (PLC )means a kind of communication m ode which uses the power line to transmit the HF data and acoustic signals.The PLC network expands quickly because of its abundant network res ources and strong link with family life.Application of PLC technology can unite the computer ,telephone ,acoustic device ,refrigerator and other household applicants together for central control ,als o link with many comput 2ers to establish home local network.The PLC network is under test stage in China at present and it has a great latent market.[K eyw ords]power line communication ;network system structure ;electromagnetic compatibility ;control 电力线通信(PLC ),是指利用电力线传输高频 数据和话音信号的一种通信方式。它在不需要重新布线的基础上实现上网、打电话和有线电视等多种应用,用户可以通过房间里面的任意一个电源插座上网,实现家庭的移动办公。利用PLC 技术可将电脑、电话、音响、电冰箱等家用电器连成一体,实现集中控制,也可以连接多台电脑,组建、实现家庭局域网。作为一种新的家庭联网和宽带接入技术,PLC 引起了人们极大的关注。 入户的线路,除了电话线和有线电视电缆,就是电力线。其中电力线是普及最广的线路,进入家家户户,几乎每间房间都有电源插座。因此,电力线网就是一个现成的局域网,整个低压配电网的网络结构(包括户外电缆)非常适合互联网接入,能够提供最后1km 的解决方案,从而与电话网进行竞争。在一些不发达国家,许多家庭还没有敷设电话线和有线电视电缆,电力线则成了唯一可选的通信载体。 对于家庭联网来说,连接信息家电的基础设施必须易于安置、安装维护费便宜并且性能良好。典型的高性能网络对日常生活用途来讲过于复杂。尽管目前已有多种技术可用于家庭联网,如以太网通过在住家内敷设5类通信线联网。但安装复杂,且需要新建网络。用电话线也可以建网,但因受电话线插口的限制,建起的网络会失去移动性。直接使用住家内的电力线与电源插座作为数据通信的载体,便可以克服这些缺陷。 用电力线作为网络基础设施相对于其他技术有其优点。首先,由于信息家电可以通过电力线进行通信,故不需另外布线。其次,在住家内通常有多个接入点(电源插座),PLC 技术可以为用户建一个家庭局域网,把PC 机、打印机、扫描器以及他们想连接的任何设备连接起来。按HomePlug 1.0标准的规定,电力线通信可以提供14Mb/s 的数据速率,足够信息家电日常使用。将来的PLC 还可能 收稿日期:2004-05-30 作者简介:甘武(1978-),男,硕士研究生。 孙云莲(1962-),女,博士生导师,从事电力系统通信研究。 ? 82?第25卷　第11期 2004年11月 电　力　建　设 Electric Power Construction Vol.25　No.11 Nov ,2004

OFDM系统原理及其实现

通信系统综合设计 报告 题目：OFDM系统原理及其实现 学部： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 撰写日期：

目录 第一章................................................... 错误!未定义书签。 要求................................................. 错误!未定义书签。 系统基本原理及基本模块............................... 错误!未定义书签。 设计思路......................................... 错误!未定义书签。 系统基本模块..................................... 错误!未定义书签。第二章................................................... 错误!未定义书签。 编程思路及框架....................................... 错误!未定义书签。 信道编码映射..................................... 错误!未定义书签。 串并/并串变换.................................... 错误!未定义书签。 调制解调......................................... 错误!未定义书签。 添加/取出循环前缀................................ 错误!未定义书签。第三章................................................... 错误!未定义书签。 实验结果............................................ 错误!未定义书签。 码率计算：....................................... 错误!未定义书签。 试验结果......................................... 错误!未定义书签。总结..................................................... 错误!未定义书签。附录..................................................... 错误!未定义书签。 第一章 要求 仿真实现OFDM调制解调，在发射端，经串/并变换和IFFT变换，加上保护间隔（又称“循环前缀”），形成数字信号，通过信道到达接收端，结束端实现反变换，进行误码分析。