电力宽带载波分析
2010-10-12 00:36阅读:
电力宽带载波分析
1. PLC技术及工作原理
PLC(Power Line
Communication)
电力线通信是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。电力线是一个极其不稳定的高躁声、强衰减的传输通道,要实现可靠的电力线高速数据通信,必须解决低压配电网上各种因素如:噪声、阻抗波动、配电网结构、电磁兼容性以及线路阻抗和容性负载引起的信号衰减等主要因素对数据传输的影响。
PLC目前主要采用2种技术:
扩频通信(SSC)
正交频分复用(OFDM)
1.1 SSC技术
SSC就是用伪随机编码将待传送的信息数据进行调制,实现频谱扩展后再传输,在接收端则采用同样的编
码进行解调及相关处理。
香农公式C=Wlog2(1+P/N)(其中:C为信道容量,W为频带宽度,P/N为信噪比)指出,频带W和 信噪比P/N是可以互换的,这意味着如果增加频带的宽度,就可以在较低的信噪比的情况下用相同的信息率以任意小的差错概率来传输信息。这就是用扩展频谱的
方法获得的好处,也是扩频通信的核心所在。
就低压电力载波通信而言,应用扩频通信的主要优点如下:
1、抗干扰能力强,适合在低压电力线这样的恶劣通信环境下实
现可靠的数据信息。
2、可以实现码分多址技术,在低压配电网上实现不同用户的同时通信。
3、信号的功率谱密度很低,具有良好的隐
蔽性,不易被截获。
扩频通信虽然抗干扰能力较强,但受其原理制约。传输速率最高只能
达到1
Mbit/s左右。采用SSC技术的PLC通常称为窄带PLC。
1.2 OFDM技术
OFDM技术把所传输的高速数据流分解成若干个子比特流。每个子比特流具有低得多的传输速率,
并且用这些低速数据流调制若干个子载波。
假设1个周期内传送的码元序列d0,d1,…,dN-1通过串--并转换器分别调制在N个子载波f0,f1,…,fN-1上,这些子载波满足正交特性,其频谱相互重叠。所谓子载波频谱正交,是指在传统的频分复用
(FDMA)系统中2个相邻子载波的频率相差系统的码元传输速率为fs,2个相邻子信道的中心频点至少相差fs的3-5倍,以防止邻道干扰。而OFDM的
相邻子载波十分接近,大大提高了频谱利用率。它们在频域上是相互交叠的,其频谱分布如图1所示。
图1
研究表明,只要子载波之间满足特定的正交约束条件,采用变频和积分的手段就可以有效地分离出各个子信道信号。
OFDM调制的原理虽然是用N个相互正交的载频分别调制N路子信
道码元序列,但是在实际系统中很难采用这种方式,因为我们无法防止子信道之间严重的邻道干扰。OFDM调制之所以成功应用的一个重要原因是它可以采用
DSP技术来实现调制和解调过程。
实际上系统通常采用DSP芯片由快速傅里叶反变换(IFFT)实
现上述过程。发送部分由串-并转换器、基带调制模块、IFFT、合路器和D/A转换器组成。工作过程如下:发送端将高速数据流通过
串-并转换器分解成N个低速数据块,对每路低速数据进行基带调制(可采用BPSK,QPSK,QAM,TCM等),然后通过IFFT将基带调制信号搬移到 N路子载波上合路后发出。发送信号通过叠加了各种噪声和干扰的电力线信道传递到接收端。(图2即从网上摘抄的一个实际结构图)
图2
接收器用A/D转换器、带通滤波器、FFT、解调模块等部分组成。其工作过程为:采用FFT恢复基带信号,并采用相应的解调方式解调出N路低速数据,最后
通过并-串转换合成原始高速数据流。
相比SSC技术,OFDM具有以下的优点: