1引言

電力線載波通信是以電力線為傳輸媒介,，通過載波方式傳輸模擬或數(shù)字信號的技術(shù)，而且無外架通信線路,。介紹正交頻分復(fù)用的基本原理,，根據(jù)利用正交頻分復(fù)用OFDM(Orthogal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)能夠較好調(diào)制解調(diào)信號的特性，提出一種基于OFDM的電力線載波通信系統(tǒng)設(shè)計方案,，利用電力線實現(xiàn)載波通信,。

2 電力線載波通信

電力線載波通信是電力系統(tǒng)特有的一種通信方式，可用于傳輸電話,、遠動數(shù)據(jù)和遠方保護等信號,，是確保電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì),、經(jīng)濟運行,，實現(xiàn)調(diào)度自動化和管理現(xiàn)代化的重要通信方式。它以電力線路為傳輸通道,，具有通道可靠性高,，投資少見效快，與電網(wǎng)建設(shè)同步等優(yōu)點,。

圖1為電力線載波通信系統(tǒng)組成圖,。其基本原理是將載有信息的高頻信號施加到電力線上進行數(shù)據(jù)傳輸，再通過電力線調(diào)制解調(diào)分離出電力線信道的高頻信號,，然后傳送到終端設(shè)備,。

各種成熟的調(diào)制解調(diào)技術(shù)已應(yīng)用到電力線載波通信系統(tǒng)，針對適應(yīng)高速率傳輸,，正交頻分復(fù)用調(diào)制解調(diào)技術(shù)是解決傳輸頻帶利用率的有效方法,。電力線載波通信技術(shù)在高、中,、低壓3個電壓等級的應(yīng)用技術(shù),、線路狀況和應(yīng)用要求都有所不同，高壓電力線載波是指應(yīng)用于35 kV及以上電壓等級的載波通信設(shè)備,。載波線路狀況良好,，主要傳輸調(diào)度電話、遠動,、高頻保護及其他監(jiān)控系統(tǒng)的信息,。

3 OFDM調(diào)制解調(diào)技術(shù)

OFDM是一種將若干個彼此獨立的信號合并為一個可在同一信道上傳輸?shù)膹?fù)合信號的方法,。其數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕驹硎前汛袛?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成N路速率較低的并行數(shù)據(jù)流，用它們分別調(diào)制N路子載波后并行傳輸,，子載波相互正交其頻譜相互重疊,，從而具有很強的抗信道衰落能力和較高的頻譜利用率，并能很好地抑制碼間干擾,。

3．1 OFDM調(diào)制原理

圖2為OFDM調(diào)制的基本原理圖,。設(shè)OFDM符號周期為T，在一個周期內(nèi)傳輸N個碼元為復(fù)數(shù),，Xn調(diào)制第n個子載波exp(j2πfnt),，則合成的OFDM復(fù)信號為：

其中第n個子載波頻率選擇為：

式中，X(k)是接收端第k路子載波的輸出信號,。

從式(4)看出,，它與發(fā)送端的第k路子載波信號相等，這樣可正確解調(diào)出該載波的原信號X0,X1,…XN-1,。

3．2 OFDM技術(shù)的優(yōu)缺點

OFDM采用數(shù)據(jù)并行傳輸?shù)亩噍d波技術(shù),，將高速串行數(shù)據(jù)分解為多個并行的低速數(shù)據(jù)，使用N個子載波把整個信道分成N個子信道,，這些子信道并行傳輸信息,。

這樣每個子載波上只傳輸少量的數(shù)據(jù)，每路數(shù)據(jù)的碼元寬度加長,，從而減少碼間串?dāng)_影響,。又由于每路采用窄帶調(diào)制，可以減小頻率選擇性衰減的影響,。OFDM技術(shù)具有以下優(yōu)點：

(1)抗頻率選擇性衰落對抗頻率選擇性衰落通過分配OFDM的子信道實現(xiàn),。如果信號在某些子信道衰落嚴(yán)重，低于信噪比門限,，只需關(guān)閉這些子信道,，由其他子信道完成傳輸任務(wù)。這樣可減小傳輸中的誤碼率,，保證數(shù)據(jù)的完整性,。

(2)技術(shù)上容易實現(xiàn)使用OFDM技術(shù)。子信道采用M-PSK或M-QAM調(diào)制方式,，調(diào)制使用IFFT,，而解調(diào)使用FFT，硬件直接使用DSP或FPGA實現(xiàn),，系統(tǒng)復(fù)雜度大大降低。

(3)頻譜利用率較高在相同帶寬的情況下,，當(dāng)子載波數(shù)目增加時,，由于OFDM子載波之間無像FDM的保護頻帶,，而采用正交函數(shù)序列作為副載波，相鄰子載波的頻譜主瓣互相正交并重疊,，載波間隔達到最小,，這使得OFDM技術(shù)在使用相同頻帶時具有更高的頻譜利用率。

(4)抗碼間干擾(ISI)能力強在電力線信道中,，由于存在多徑效應(yīng),，多個信號在不同的路徑傳輸，所以到達接收機時會有一定時延,，這就造成ISI,。 OFDM將高速的串行數(shù)據(jù)分割為N個子信號，這樣分割后碼元的速率降低了N倍,。周期延長N倍,。同時再在碼元問加入保護間隙和循環(huán)前綴，這樣只要數(shù)字碼元周期大于最大延時時間就可以有效抑制ISI干擾,。而OFDM技術(shù)的缺點如下：(1)對頻率與定時的要求特別高,，同步誤差不僅造成輸出信噪比下降，還會破壞子載波間的正交性,，造成載波間干擾,，從而大大影響系統(tǒng)性能；(2)OFDM信號的峰值平均功率比往往很大,，使其對放大器的線性范圍要求高,，同時也降低放大器的效率。

4 基于OFDM的電力線載波系統(tǒng)

圖4為高壓電力線載波系統(tǒng)組合,。整個系統(tǒng)由電力線載波裝置,、電力線路和耦合裝置組成。
 

4．1 耦合模塊

耦合裝置包括阻波器,、耦合電容器,、組合濾波器。電力線載波裝置的作用是調(diào)制解調(diào)原始信號,，使其滿足通信質(zhì)量要求,。耦合電容器和結(jié)合濾波器組成一個帶通濾波器，通過高頻載波信號,，并組織電力線上的工頻高壓和工頻電流進入載波設(shè)備,，以確保人身、設(shè)備安全,。線路阻波器串接在電力線路和母線之間,，是對電力系統(tǒng)一次設(shè)備的“加工”，故又稱為“加工設(shè)備”,，是通過電力電流,、組織高頻載波信號漏到電力設(shè)備(變壓器或電力線分支線路),，以減小變電所或分支線路對高頻信號的介入衰減，以及同母線不同電力線路上高頻通道之間的相互串?dāng)_,。需要注意的是：耦合電容器應(yīng)接接地刀閘,，以便于高壓載波通信裝置的檢修。

4．2 電力線載波模塊

電力線載波模塊是系統(tǒng)設(shè)計的核心．圖5為基于OFDM的調(diào)制解調(diào)模塊框圖,。

該模塊是基于DSP設(shè)計,，其數(shù)據(jù)傳輸流程：在發(fā)送端，二進制數(shù)據(jù)首先通過PC機串口傳送到UART器件,，通過UART器件串并轉(zhuǎn)換,，并行數(shù)據(jù)由UART并口輸出給DSP并口，DSP再對數(shù)據(jù)進行調(diào)制算法處理,，然后數(shù)據(jù)通過D／A轉(zhuǎn)換器,，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，并發(fā)送到信道中,；在其接收端,，A／D轉(zhuǎn)換器輸入端接收信道中傳輸?shù)哪M信號，首先將模擬信號進行A／D轉(zhuǎn)換,，然后,，將轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號通過DSP進行解調(diào)的算法處理，數(shù)據(jù)再由DSP并口傳送給 UART,，從而實現(xiàn)并串轉(zhuǎn)換,，再由PC機串口發(fā)送給PC機。

5 結(jié)束語

介紹了OFDM技術(shù)的基本原理,，理論研究并實現(xiàn)以高壓電力線為媒介的信號傳輸,，給出硬件框架圖。隨著通信技術(shù)的進一步完善,，以及相應(yīng)器件產(chǎn)品的研究和開發(fā),，電力載波通信將會有更好的發(fā)展。