电力线数传通信设备的设计论文

2016-12-01

在变化磁场产生的有旋电场中,电力线环形闭合,围绕着变化磁场。电力线描绘了电场的走向和空间分布,电力线的疏密反映了各处电场的强弱,电力线还有助于了解电场的性质(如是否有源,是否有旋)。但是,分立的曲线、粗略的疏密不能准确地反映电场的连续分布和各处的强弱,电力线只是近似的图示。与电力线根数对应的严格的物理量是电通量。以下是今天小编为大家精心准备的:电力线数传通信设备的设计相关论文。内容仅供参考阅读!

电力线数传通信设备的设计全文如下:

引 言

随着社会的进步和技术的发展,多媒体业务不断增长,人们对网络带宽的要求也随之增长。

通信网正向着IP化、宽带化方向发展。通信网由传输网、交换网和接入网三部分组成。目前,我国传输网已经基本实现数字化和光纤化;交换网也实现了程控化和数字化;而接入网仍然是通过双绞线与局端相连,只能达到56 kb/s的传输速率,不能满足人们对多媒体信息的迫切需求。对接入网进行大规模改造,以升级到FTTC(光纤到路边)甚至FTTH(光纤到户),需要高昂的成本,短期内难以实现。XDSL技术实现了电话线上数据的高速传输,但是大多数家庭电话线路不多,限制了可连接上网的电脑数,而且在各房间铺设传输电缆极为不便。最为经济有效而且方便的基础设备就是电源线,把电源线作为传输介质,在家庭内部不必进行新的线路施工,成本低。电力线作为通信信道,几乎不需要维护或维护量极小,而且可以灵活地实现即插即用。此外,由于不必交电话费,月租费便宜。

电力线高速数据传输使电力线做为通信媒介已成为可能。铺设有电力线的地方,通过电力线路传输各种互联网的数据,就可以实现数据通信,连成局域网或接入互联网。通过电源线路传输各种互联网数据,可以大大推进互联网的普及。此项技术还可以使家用电脑及电器结合为可以互相沟通的网络,形成新型的智能化家电网,用户在任何地方通过Internet实现家用电器的监控和管理;可以直接实现电力抄表及电网自动化中遥信、遥测、遥控、遥调的各项功能,而不必另外铺设通信信道。因此,研究电力

线通信是十分必要的。

1 OFDM基本原理

正交频分复用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一种正交多载波调制MCM方式。在传统的数字通信系统中,符号序列调制在一个载波上进行串行传输,每个符号的频率可以占有信道的全部可用带宽。OFDM是一种并行数据传输系统,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系统中,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,而接收端利用载波之间的正交特性,可以无失真地恢复发送信息,从而提高系统的频谱利用率。图1给出了正交频分复用OFDM的基本原理。考虑一个周期内传送的符号序列(do,d1,…,dn-1)每个符号di是经过基带调制后复信号di=ai+jbi,串行符号序列的间隔为△t=l/fs,其中fs是系统的符号传输速率。串并转换之后,它们分别调制N个子载波(fo,f1,…,fn-1),这N个子载波频分复用整个信道带宽,相邻子载波之间的频率间隔为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D(t)表示。

其中ωi=-2π·△f·i,△f=1/T=1/N△t。在符号周期[O,T]内,传输的信号为D(t)=Re{D(t)exp(j2πfot)},0≤t≤T。

若以符号传输速率fs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(do,d1,…,dn-1)的离散付氏逆变换表示。即

因此,OFDM系统的调制和解调过程等效于离散付氏逆变换和离散付氏变换处理。其核心技术是离散付氏变换,若采用数字信号处理(DSP)技术和FFT快速算法,无需束状滤波器组,实现比较简单。

2 电力线数传设备硬件构成

电力线数据传输设备的硬件框图如图2所示。

2. 1 数字信号处理单元TMS320VC5402

用数字信号处理的手段实现MODEM需要极高的运算能力和极高的运算速度,在高速DSP出现之前,数字信号处理只能采用普通的微处理器。由于速度的限制,所实现的MODEM最高速度一般在2400b/s。自20世纪70年代末,Intel公司推出第一代DSP芯片Intel 2920以来,近20年来涌现出一大批高速DSP芯片,从而使话带高速DSP MCODEM的实现成为可能。

TMS320系列性价比高,国内现有开发手段齐全,自TI公司20世纪80年代初第一代产品TMS32010问世以来,正以每2年更新一代的速度,相继推出TMS32020、TMS320C25、TMS320C30、TMS320C40以及第五代产品TMS320C54X。

根据OFDM调制解调器实现所需要的信号处理能力,本文选择以TMS320VC5402作为数据泵完成FFT等各种算法,充分利用其软件、硬件资源,实现具有高性价比的OFDM高速电力线数传设备。

TMS320C54X是TI公司针对通信应用推出的中高档16位定点DSP系列器件。该系列器件功能强大、灵活,较之前几代DSP,具有以下突出优点:

◇速度更快(40~100 MIPS);

◇指令集更为丰富;

◇更多的寻址方式选择;

◇2个40位的累加器;

◇硬件堆栈指针;

◇支持块重复和环型缓冲区管理。

2. 2高频信号处理单元

主要实现对高频信号的放大、高频开关和线路滤波等功能,并最终经小型加工结合设备送往配电线路。信号的放大包括发送方向的可控增益放大(前向功率控制),接收方向AGC的低噪声放大部分。其中高频开关完成收发高频信号的转换,实现双工通信。同时使收发共用一个线路滤波器,这样可以节省系统成本。

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