基于ARM的电力线载波通信研究毕业设计x

中国矿业大学本科生毕业设计论文题目：基于ARM的电力线载波通信研究

中国矿业大学毕业论文任务书专业年级学号学生姓名任务下达日期：2021年12月14日毕业论文日期：2021年12月20日至2021年6月5日毕业论文题目：基于ARM电力载波通信研究毕业论文专题题目：毕业论文主要内容和要求：1、学习、掌握电力线载波通信原理；2、学习ARM控制器使用方法，及开发平台的使用；3、完成基于ARM的电力载波机软、硬件设计。4、翻译近2年的相关英文资料〔或论文〕一篇，中文字数不少于3000字；5、完成毕业设计论文的撰写。指导教师签字：

郑重声明本人所呈交的毕业论文，是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出奉献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本论文属于原创。本毕业论文的知识产权归属于培养单位。本人签名：日期：

中国矿业大学毕业论文指导教师评阅书指导教师评语〔①根底理论及根本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意辩论等〕：成绩：指导教师签字：年月日

中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书评阅教师评语〔①选题的意义；②根底理论及根本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的标准程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意辩论等〕：成绩：评阅教师签字：年月日

中国矿业大学毕业论文辩论及综合成绩答辩情况提出问题回答问题辩论委员会评语及建议成绩：辩论委员会主任签字：年月日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：年月日摘要电力线通信(PowerLineCommunication，PLC)是指以电力线作为媒质进行数据、信息的传输和交换。随着调制解调技术和信号处理技术的开展，PLC技术也得到了飞速的开展。随着正交频分复用技术(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)技术应用于PLC领域，PLC传输的可靠性和速率也到达了一个新的高度。PLC应用广泛：Internet的接入、智能家庭组建、自动远稃抄表等等。论文主要完成的工作有：对电力线信道特性做了详细的分析，包括多径干扰特性、阻抗特性、背景噪声等；OFDM技术是实现高速PLC的关键技术，论文对OFDM技术的原理、实现以及关键技术做了分析与研究，最后对基于电力线信道OFDM的PLC做了MATLAB仿真研究；基于MAXIM公司的MAX2986和MAX2980的PLC解决方案，论文对PLC调制解调器进行了硬件的设计与制作；论文将基于MAX2986和MAX2980的PLC调制解调器应用于电力线抄表系统，在抄表之余，同时实现Internet接入功能。关键字:PLC电力线载波通信OFDMMAX2986

ABSTRACTPowerlinecommunication(PLC)usespowerlineascommunicationmediafordatatransmissionandinformationexchange．Withtheadvancementofthetechnologiesofmodulationandsignalprocession，PLChasbeendevelopedgreatly．WiththetechnologyofOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing(OFDM)usinginPLC，thereliabilityandspeedOfPLCtransmissionarriveatanewheight．TherearemanyPLCapplications，suchasHome-Busformakingtheintelligentbuilding，automaticmeterreadingand,soon．Theworkisasfollows：Thecharacteristicsofthepowerlinechannelarestudied,whichcontainmulti-pathattenuation,impedancechangesandmanyvaryingnoise;OFDMisthekeytechnologytorealizehighspeedPLC．First，thetheory,realizationandkeytechnologyof0FDMareanalyzedandstudied．Finally,thePLCbasedonpowerLinechannelissimulatedByMATLAB；BasedonthePLCsolutionofMAXIMcorporation’sICwhichareMAX2986andMAX2980,aPLCmodemisdesignedandtested；TheMAXIMPLCmodemisappliedtodesignanewautomationmeteringsystemwhichcanrealizeinternetaccessandautomationmeterreading.KeyWords:PLC,Powerlinecommunication,OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,MAX2986目录1绪论 31.1国外开展 31.2国内开展 32电力线载波通信技术 32.1电力线载波通信 32.1.1电力线载波通信原理 32.1.2电力线载波通道根本特性分析 32.2电力线通信信道的传输特性 32.2.1信号衰减 32.2.2多径干扰 32.2.3高斯白噪声 32.3电力线信道传输模型 33OFDM原理和关键技术 33.1OFDM技术原理 33.2OFDM的实现 33.2.1OFDM的实现过程 33.2.2OFDM的数学表示 33.3OFDM的抗干扰性能分析 33.3.1抗符号间干扰(ISI) 33.3.2抗载波间干扰(ICI) 33.3.3抗频率选择性衰落 33.3.4抗多径效应 34电力线应用OFDM载波技术 35电力线网络通信系统终端设计 35.1电力线载波通信网络系统总体结构 35.2OFDM基带信号处理模块 35.2.1MAX2986芯片 35.2.2MAX2986基带处理模块设计 35.2.2MAX2980芯片 35.2.3MAX2980模拟前端模块设计 35.2.4网络接口电路 35.2.5耦合电路模块 35.2.6电源电路设计 35.3OFDM系统的性能仿真 35.3.1仿真流程 35.3.2代码实现 36结束语 3参考文献 3翻译局部 3英文原文 3中文译文 3致谢 31绪论电力线载波通信〔PLC〕利用输电线路作为信号的传输媒介，人们利用电力线可以传输、电报、远动、数据和远方保护信号等。电力线作为一种不用重新布线的根底设施，过去仅仅用于远程抄表、家居自动化，传输速率很低，不适合高速信息传输。随着网络技术和信息技术迅猛开展，国内外开展利用低压电力线传输速率在1Mbps信息的高速电力线载波技术，该技术在现有电力线上实现数据，语音和视频等多业务的承载。高速电力线载波通信技术不断进步，可以传输数据、语音、视频和电力为一线的“四网合一〞，极富诱惑力。特别是“十一五〞规划中把电力线载波通信列入大力研究工程，探讨电线上网的政策和运营方式，努力为实现全面电线上网打好根底作为开展重点。目前，高速电力线载波通信技术仍然没有得到大规模的使用，这与自身技术不完善有很大的关系。在电力线路上电压高、电流大、噪声大、负载种类多，要在电力线上传输信号，就是对技术设备抗干扰性和稳定性提出的挑战。电力线中的信道噪声是电力线通信开展的主要问题，如何解决这个问题成为电力线载波通信作为宽带接入问题关键。1.1国外开展PLC电力线载波通信研究97年英国的Norweb通讯公司和加拿大Nortel(北电网络)利用开发的数字电力线载波技术，实现了在低压配电网上进行的1Mbit／s的速率数据传输的远程通信，并进行了该技术市场推广。随后，许多国家研究机构纷纷开展了高速电力线通信技术的研究和开发，产品的传输速率也从1Mbit／s开展到2、14、24Mbit／s甚至更高。国际各大公司纷纷推出PLC调制解调芯片。其中以美国Intellon公司的14Mbit／s芯片应用最为普遍，且大局部电力线载波系统都是基于该芯片开发的。目前，电力线载波通信在欧洲开展比拟快，欧盟为促进电力线载波技术开展，在2004年启动了OPERA的方案。美国也不甘示弱，在它倡导下成立了“家庭插电联盟〞，致力于标准研究，并发布了第一个PLC标准HomePlug1.0。1.2国内开展在高速PLC研究和推广方面，我国进步较晚。从英国公司研究出高速PLC技术以后，我国研究机构也开始对高速PLC研究，中国电力科学研究院采用国外芯片先后研究出可以传输速率为2、14、45、200Mbit／s的低压PLC产品以及14、45Mbit／s的中压PLC产品。由于我们低压配电网的结构、负荷特性、供电方式和国外有很大的不同，国外已有的产品需要根据我国配电线路的实际情况进行改良才能使用。并于2001年底开通我们第一个电力线为传输介质的PLC宽带接入Internet试验小区。2002年3月引进欧洲PLC产品进行语音传输试验，在我国第一次实现了利用电力线同时上网和打。2002年5月，采用国内电力系统研制的产品，开通了第一个国内自主研发的PLC宽带接入系统。小规模产品试验成功之后，又在不同场合进行了大规模电力线宽带接入试验。主要研究在不同配电网结构中，PLC产品的耦合方式和组网模式，如何建立施工标准，并对不同国家的产品进行测试。随着PLC技术的突破以及应用的深入，PLC在国内商业化只是迟早的事。2电力线载波通信技术2.1电力线载波通信电力线通信技术是指利用高压电力线(通常指35KV及以上电压等级)、中压配网电力线(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。该技术是把载有信息的高频载波信号加载于电流，然后用电力线传输，接收信息的适配器再把高频载波信号从电流中别离出来以实现信息传递。电力线通信并不是新技术，已经有着几十年的开展历史，在中高压输电网上通过电力线载波机利用较低的频段(9～490KHz)，以较低的速率传送话音或远动数据，这是以往电力线载波通信的主要应用。电力线载波优点：(1)电力线载波通信利用的是现有的电力根底设施——电网，这个传输媒介是全球覆盖最大的网络，用电力线做接入无需新布线就可以用到有电的地方就有宽带接入，不受地形、地貌的影响，投资少，施工期短，设备简单，可以同其他通信手段一起实现网络互联。(2)电力线载波通信可靠性高，高压输电线结构略固，高压输电线平安设计系数比光纤的平安设计系数高。(3)具有等时性，只要高压输电线一架通，载波通道就开通了，输电线架设到哪里，载波通信线路就可以延伸到那里，目前我国110kV输电线路上和35kV的农网上还有大量的电力线载波机在运行，庞大的电力线载波通信担负着电网内调度远动，远方保护信息的传输，对电力线系统的平安，稳定，经济运行起着重要的作用，因此对这种廉价的电力系统都有的信道资源不应轻易放弃，应加以合理的开展和利用，使之与高速，宽带技术长期并存，互为补充。(4)能够为电力公司电力管理提供传输通道，实现电力、数据、话音和图像综合业务传输的通信技术。不过，我们也要看见载波电力线的缺乏，由于受电网的影响，PLC的传播距离有限，在低压配电网中无中继的传输距离一般在250m以下。要实现自配电变压器至用户插座的全力线接入需要借助中继技术。电力负荷的波动对PLC接入网络的吞吐最也有一定影响。由于多个用户共享信道带宽，当用户增加到一定程度时，网络性能和用户可用带宽有所下降，但这些问题可以通过合理的组网方式得到解决。2.1.1电力线载波通信原理图2.1电力线载波通信的原理框图上图所示为实现电力线载波通信的原理框图。图中A端为发电厂、B端为变电所，发电厂产生的50Hz电流经升压后，通过电力线送到变电所，再经降压后供给用户。例如我们利用电力线实现通信，将1路0.3～3.4kHz的语音信号直接送到电力线上进行传输，这样会受到强大的50Hz电流干扰，在接收端难以选出语音信号而无法实现通信。所以，要在电力线上进行直接音频通信。经实践证明，把1路0.3～3.4kHz的语音信号，通过变频将语音信号频谱搬移到高频频段，如40kHz以上的高频信号在电力线上传输，在接收段用滤波器就比拟容易选出。如将多路语音信号分别采用不同频率的载波进行变频，在电力线上就可以进行多路载波通信。利用电力线实现载波通信，最重要的问题是如何把高频信号平安地耦合到电力线上。常用的耦合采用图中所示的相地耦合方式。它由耦合电容C和结合滤波器F组成。耦合电容器和结合滤波器构成一只高通滤波器，它使高频信号顺利通过，到达了将高频信号耦合到电力线的目的。而对50Hz电流具有极大的衰减，防止50Hz电流进入载波设备，到达了保护人身和载波设备平安的目的。图中电力线上传输的50Hz电压，由于频率低，电压几乎都降落到耐压很高的高压耦合电容器两端，结合滤波器的变量器线圈上所降电压无几，这样的耦合是非常平安的。阻波器T是一个调谐电路，其电感线圈能通过很大50Hz电流的强流线圈，保证50Hz电流的传送，而整个调谐电路谐振在高频信号的频率附近，阻止高频信号通过，能起到防止发电厂或者变电所母线对高频信号的旁路作用。电力线载波通信在两个方向采用两个不同的线路传送频带在同一相电力线上来回传送，是双频带二线制双向通信。其具体过程为：A端的语音信号(0.3~3.4)经差接系统，与频率为f1的载波进行调制，并取其上边带，将语音信号频谱搬移到高频，成为f1+(0.3~3.4)kHz的高频信号，通过放大和带通滤波器滤除谐波成分，经结合滤波器F1、耦合电容器C1送到电力线的耦合相线上。由于阻波器T1的存在，高频信号沿电力线传输到B端，再经过B端的C2、F2送入B端载波设备。中心频率为f1的收信带通滤波器滤出f1+(0．3—3．4)kHz的高频信号，经过放大、解调以后得到A端的语音信号。按照相同的方式，将B端的语音信号通过f2+(0.3~3.4)kHz的高频信号传输到A端，这样就可以实现双向电力线载波通信。电力线载波设备和通信线载波设备没有原理上的区别。但电力线载波设备与电力线连接时，必须通过线路设备。实际上，电力线路设备中的阻波器和耦合电容器、结合电容器的作用，同通信线载波设备中的线路滤波器的作用完全相同。 图2.2电力线载波设备原理框图图2．2中可见，电力线载波通信系统由电力线载波设备和高频通道所组成。它所使用的频带主要由高频通道的特性所决定。使用频率过高线路衰减将增得很大，通信距离受到限制；而使用频率太低，将受到50Hz工频谐波的干扰，同时要求耦合电容器的电容量和阻波器的强流线圈电感量增大，而使线路设备在制造商和经济上造成困难。在实际选择频带时，还必须考虑无线电播送和无线电通信的影响。国内统一的使用频带为40～500kHz。电力系统中的电力线路是为了传输和分配电能而架设的，它们在发电厂和变电所内均按电压等级连接在同一母线上。同一发电厂、变电所中不同电压等级的电力线也均在同一高压区内，并由电力变压器将其相互耦合。这样，在一条电力线上开设电力线载波，它的信号虽被阻波器阻塞，但还会串扰到同一母线的其他相电力线上去。由于同母线上的不同相电力线之间的跨越衰减不大，因此使每相电力线上开设电力线载波的频谱不能重复使用。要想重复使用相同频谱，至少应相隔两段电力线路。这就使得同母线的各条电力线上所能共同利用的频谱，还要比40～500kHz窄。2.1.2电力线载波通道根本特性分析电力线载波信号是在传送50Hz输电线上进行传输的。为了在电力线上传送平高频信号，必须在电力载波设备和电力线之间加装耦合电容器、结合滤波器以及阻断高频信号的阻波器。电力线载波通信高频信号传送通道组成时，常用的耦合方式有相地耦合方式和相相耦合方式两种。电力线载波通道衰减频率特性决定于电力线本身的结构尺寸、长度、线种、地面高度、导线排列、有无换位和分支、大地导电率等因素。采用相地耦合方式的电力线高频通道的衰减特性常用下面经验公式表示式中Ｌ——电力线的长度，km；ƒ——高频信号的频率，kHz：Ｋ——系数，对35kV线路取12.2×10-3，110kV线路取8.7×10-3，220kV线路取6.5×10-3，400～500kV线路取7.2×10-3；n——电力线路的端数，一般取n=2；QUOTE——高频电缆每千米的衰减，dB／km；——两端高频电缆的总长度，km；电力线的衰减频率特性，从上式可以得出频率越高衰减越大，另外，同一线路采用相地耦合方式比相相耦合方式的衰减要大。电力线的线路特性阻抗与耦合方式也有关。目前我国的电力线相地耦合情况下的输入阻抗一般选300～400欧姆(110kV的线路为400欧姆，220kV的线路为350欧姆，500kV的线路为300欧姆)。2.2电力线通信信道的传输特性2.2.1信号衰减对于低压电力线通信来说，信号衰减十分严重，可以到达100dB／km。衰减的主要原因并不在于电力线本身的阻抗，而是电力线上并连着的许多负载，尤其是那些用于调整电网功率因数的大电容。对载波通信信号来说，调整电网功率因数的大电容相当于短路。另外，当负载很小时，发送耦合电路的内阻也会分去相当一局部的功率。总的来说，电力线上的信号衰减存在以下几个特点：信号衰减随着频率的上升而增大：信号衰减随着距离的增加而增大：在一些特定的频率点上，有可能发生窄带衰减；电力网上的电力负载极大地影响载波信号的衰减。由于负载情况随着时间发生变化，因此在任何给定的频率点上，衰减也会随着时间变化，其变化范围可高达20dB。2.2.2多径干扰多径效应是指信号经过不同路径到达目的地时，由于信号的延迟而产生相互干扰的现象。低压电力网由于所连接的设备数量巨大、种类繁多，整个电力网络的阻抗随时处于动态变化之中。这样有些用电设备会工作在阻抗不匹配的状态，造成信号的反射，从而使有用信号可能经过不同的路径到达接受点。由于信号在每条路径上经历的时间不同，延迟信号在接收端与原始信号叠加产生干扰，即多径干扰。当多径信号延迟较短时，这种干扰可以忽略。如果延迟较长，就会使有用信号产生严重的码间干扰。2.2.3噪声分析在电力线通信中，线路上的损失和多径效应之外，噪声是影响电力线通信的最重要的因素。与其它通信信道不同，电力线信道不是加性高斯白噪声信道。电力线信道中频率在数百KHz至20MHz范围内的噪声分为以下五类：(1)有色背景噪声：它的功率谱密度相对较低，并且随频率变化。这种噪声主要由各种低功率噪声源共同引起，它的功率谱密度随时间变化较慢，通常为几分钟，甚至几小时。(2)窄带噪声：绝大多数为调幅的正弦信号。这种噪声主要由中短波发射的播送台的介入引起，并且它的幅度通常随着时间变化。(3)与主频不同步的周期性冲击噪声：绝大多数情况下，这些冲击噪声的重复频率在50kHz到200kHz之间，在频域中，它们表达为以重复频率为隔的离散谱线。这种噪声主要由电力设备的开关引起。(4)与主频同步的周期性冲击噪声：这些噪声的重复频率为50kHz或100kHz并且与电源周期同步，他们持续的时间很短，通常为毫秒级，并且功率谱密度随着频率的升高而呈下降趋势。这种噪声主要由与电源同步工作的电力设备引起。(5)不同步的冲击噪声：这种噪声主要由电力线上连接的设备的瞬时开关引起。这些冲击的持续时间从几毫秒到几微秒不等，并且它们的到达时间是随机的。这种噪声的功率谱密度有时候能到达比背景噪声高出50dB以上。如图2.3所示。对于前面3种噪声，由于第2种窄带噪声通常是随着时间(白天或黑夜)的变化而变化，OFDM系统考虑这类噪声作为背景噪声，第3种类型周期脉冲噪声有高的重复率，而且很低的功率谱密度(PSD)，所以也可以看作一种背景噪声。这三种类型被分作背景噪声。而噪声(4)和(5)通常是随时间变化的，几微秒或几毫秒就会变化。在这样的噪声发生的情况下，可以很明显地看到噪声功率谱密度较大，这会引起数据传输的比特错误或突发错误。在OFDM系统中对这些噪声通常的解决方法是或者防止使用这些频段，或者是在这些噪声频段上采用低比特速率的子信道。 图2.3信道五类噪声示意图2.3电力线信道传输模型根据文献【2】，通用的电力线信道传输模型为：〔2.1〕其中：i表示路径数目，延时最短时系数i=1；a0，a1表示衰落参数；k表示衰落因子指数；gi表示路径i的权衡因子，通常是复数，为该路径的反射因子／传输因子；di表示路径i的长度；τi表示路径i的时延；信道的实时性由延时项公式第三局部来表达，随着信道长度和频率的变化而产生低通特性，信道衰落由衰落项公式第二局部来表达，而权衡因子包公式第一局部括反射因子和传输因子，一般是复数，而且是与频率相关。在大多数的实际情况下，频率相关权衡因子gi；能被简化成非频率相关的复数，可以表示为路径的权值。另外考虑到延时τi，信道长度di。，与相速Vp。之间的关系：(2.2)其中是在真空中的光速，为绝缘材料的介电常数。所以可以把式(2.1)中τi，用式(2.2)来代替，从而得到简化的信道传输模型：电力线上的损耗引起了衰减A(f,d)，随路径的长度和频率的增加而增加，接收端的信号应该是各条路径上信号的叠加。传输信号随着长度和频率的增加而衰减，长度为L的传输线的频率响应可以用复传输常数表示为：式中参数R’、L’、G’和C’分别表示导线的电阻、电感、电导及电容是由主传输线决定的。线路参数C’和L’可以由几何维数和一些材料特性粗略估计，考虑兆赫兹的频率范围，单位长度的阻抗与频率开根号成正比；单位长度的导电率G’主要受绝缘材料的损耗因子影响，因此它与频率成正比。对典型的几何结构和材料的线路来说，通常在兆赫兹的频率范围内有，，这样，线路可以看作为是具有实数特征阻抗ZL的低损耗信道。那么，复传输常数可以简化为：这里常数ki(i=1，2，3)表达的是材料和几何参数。传输常数的实部用a表示，代表衰减因子，随着频率的增加而增加。而对于一条特定的信道，a和f确实切关系，是和厂成正比，还是和频率开根号成正比，还是和两者都有关系，要决定于是k1还是k2起主导作用。基于这些推导和对测量的频率响应的更进一步的分析，可以得出对衰减因子的近似方程为：仅用三个参数就可以表征典型电力线信道的特征。得到电力线信道衰减为：3OFDM原理和关键技术3.1OFDM技术原理目前，国际上高速电力线通信采用的调制技术重要有三类：单载波类、扩展频谱类(主要是应用CDMA)和OFDM(正交频分复用)调制技术。OFDM采用FFT和IFFT实现调制和解调，可以方便地使用数字信号处理器件来实现，采用保护间隔和循环前缀来抗多径，从而有效地降低ISI(码间干扰)和ICI(信道间干扰)。OFDM技术已经成功地应用于非对称数字用户环路ADSL、数字音频播送DAB，、高清晰度电视HDTV等系统中，它作为一种成熟的技术，有其独特的优缺点。OFDM调制是一种正交多载波调制方式。在传统的数字通信系统中，符号序列被调制到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调制方式是将可用的频谱分成N个频带较窄、相对低速率传输的子载波，子载波的幅频响应相互重叠和正交。每个子载波可以使用不同的调制方式，也可以使用相同的调制方式，比拟常用的有BPSK、QPSK和QAM等。串行传输的符号序列也被分成长度为N的段，每段内的N个符号分别调制N个子载波，一起发送。也就是说，OFDM是把一组高速传输的串行数据转化成相对低速的并行数据来传输，虽然每个子载波的传输速率并不高，但是所有子信道加起来就可以获得很高的数据传输速率。 图3.1OFDM子信道频谱在OFDM系统中，各子载波在整个符号周期上是正交的，即加于符号周期上的任何两个子载波的乘积等于零，因此各子载波信号频谱可以互相重叠，大大提高了频带利用率。如图3-1这样即使各载波上的信号频谱间存在重叠，也能无失真的复原。显然，当载波间的最小间隔等于符号周期倒数的整数倍时，即可以满足正交条件。为实现最大频谱效率，一般取载波最小间隔等于符号周期的倒数。当OFDM所有子载波的频谱叠加在一起，信号频谱接近于矩形频谱，因而其频谱利用率在理论上可以到达香农信号传输的极限。这一点与单载波系统相比有明显的优越性。因为在实际的应用中，难以实现适当的奈奎斯特滤波器，单载波系统的频带利用率很少超过80%，而OFDM系统可以实现近100%的频谱利用率。3.2OFDM的实现3.2.1OFDM的实现过程OFDM的根本实现框图如图3.2所示。首先将发送端的串行数据经过串并转换后变为N路并行信号，然后将各路信号分别进行基带调制，各路可选用相同或不同的调制方式，然后通过快速傅立叶反变换，将基带信号调制到各个子载波上，为了消除码间干扰，在OFDM信号中参加保护间隔，使得保护时间大于信道的多径时延，通常是将OFDM符号尾部长度为L的样品复制到本符号的前面，作为循环前缀(CyclicPrefix，CP)用以间隔各符号。插入循环前缀以后，再将并行信号转为串行信号，经过D/A转换，通过射频电路将信号发送出去，通过信道后，在接收端，经A/D变换、低通滤波、变频送入信道，接收端完成与发送端相反的处理，即可恢复出原始数据。 图3.2OFDM根本框图3.2.2OFDM的数学表示连续时间内的OFDM信号可表示为: 其中: 为第n个OFDM符号的第k个码元，每个OFDM符号的周期为T，N为OFDM子载波的数量，ƒk为第k个子载波的中心频率，ƒ0为所使用的最低中心频率。在第n个OFDM符号周期内对基带信号以为间隔进行采样，得到的离散采样值为:式中。可见，将基带信号分别调制到N个正交的子载波上就相当于对{Xk}作IDFT运算，相应的，解调就相当于对接收到的信号作DFT运算，而DFT、IDFT可用FFT算法快速高效地实现。经过DFT运算进行解调后的信号值为：为第k个子载波信道的传递函数的频率响应。表示第k个子信道的加性噪声。OFDM单个频谱是一个非带限的采样函数，用离散傅立叶变换(DFT)调制、解调并行数据，实际中即用高效的快速傅立叶变换FFT实现传输和接收。3.3OFDM的抗干扰性能分析3.3.1抗符号间干扰(ISI)OFDM基带信号输入的N个调制符号经过N点的IFFT后所得到的N个信号就是所需的OFDM合成信号的N个时域采样点，在经过D／A变换后，就得到了OFDM信号波形。此信号乘以实际载波就可将OFDM信号搬移到所需的频道上，但当信道存在ISI时，OFDM子载波间的正交性会被破坏，使得接收机无法正确提取各子载波上的调制符号。因此抗ISI性能是OFDM系统的一个很重要的技术指标。在每个OFDM信号周期前插入一个保护间隔A，OFDM的传输周期由T变成T+A。保护间隔内的信号是由OFDM信号进行周期延伸生成的，相当于将OFDM信号的尾部复制到前面。当ISI的延时长度不超过A时，OFDM子载波间的正交性仍能保持，接收机丢弃保护间隔A内的信号，只提取有效的OFDM周期T内的信号进行处理，就可以不受ISI的干扰。所以OFDM抵抗ISI的能力取决于A的长度，A越长，可消除ISI的延时范围越大。但是保护时间问隔内不传输有用信息的，因此A越大，浪费的频带资源也越大，就也是OFDM消除ISI的代价。当ISI的持续时间长度与传输符号的周期处于同一数量级时，ISI的影响会非常严重。而OFDM将信道分为N个子载波，速度变为原信号的1/N，符号周期也相应的延长了N倍，因为N常常很大，所以OFDM具有相当强的抗ISI能力。由这两方面的特性，保证了OFDM具有较强的抗ISI性能。3.3.2抗载波间干扰(ICI)OFDM的子载波是一组正交函数集，相互之间不存在串扰。然而，实际信道中存在的各种噪声、多径失真、衰减等都会对信号产生影响。实际的OFDM信号频谱不是严格带限的抽样函数，线性失真会导致每个子信道的能量向临近的子信道扩散，从而破坏子载波间的正交性。当采用传统的载波调制方法时，为了减少这些影响，需要使用复杂的多级均衡器，同时还存在着不易收敛的问题。OFDM在码元问插入保护间隔，并使保护间隔大于信道最大多径时延，那么所有时延小于保护间隔的长度的符号，其多径分量都不会对下一个符号产生影响。在保护间隔中填入符号的循环前缀能够保证在一个FFT周期内每个子载波都有完整的波形周期，从而防止子载波之间的串扰。3.3.3抗频率选择性衰落在单载波中，单个衰减或者干扰就能导致整个系统失败，但是在OFDM系统中，由于使用N个子载波进行数据传输，所以频率选择性衰落都只能影响到一小局部子载波，而其它的子载波不会受到干扰，从而在一定范围内，能保持正常的通信。3.3.4抗多径效应OFDM系统是将一个高速的串行数据流分配到N个子信道上传输，使分割后的码元速率下降到原来的1／N，这样每个子载波的周期延长为原来的N倍，只要这个周期远远大于多径时延扩展，就可以有效地克服多径效应引起的码间干扰。图3.2知OFDM技术的信号传输过程。先将发送端输入的串行数据经过串并变换器变成N路并行信号，然后将各路信号分别进行基带调制，通过快速傅立叶反变换，将基带信号调制到各个子载波上，在实际应用中，为了消除码间干扰，在OFDM信号中参加保护间隔，使得保护时间大于信道的多径时延，通常是将OFDM符号尾部长度为L的样品复制到本符号的前面，作为循环前缀(CyclicPrefix，CP)用以间隔各符号。插入循环前缀以后，再将并行信号转为串行信号。经过数模转换器(D／A)把数字信号转变为模拟信号通过射频电路将信号发射出去，在通过信道以后，接收机通过一系列相反变换恢复出原始数据，从而实现高速数据传输。当然，为了进一步提高实际系统抗干扰性能，通常还增加频域交织、时域交织、均衡、导频和信道编解码等功能模块。4电力线应用OFDM载波技术由于传统的窄带通信不太适宜在低压电力网上应用，而利用扩频技术占用频带宽利用率低，所以我们将OFDM技术引入低压电力线载波通信，为低压电力线载波提供了一条可行的途径。OFDM根据电力线的实际信道特性将0MHz—25MHz的频段平均分为128个子信道，PLC使用其中的84个子信道(23—106)，对应的频带范围是4.49MHz—20.7MHz。每一个子信道上传输一路信号，如图4.1所示。在发送前，OFDM将不同频率的信号组合成一个信号，然后在电力线上传输。虽然每一路信号的传输速率不高，但是84路信号合在一起就能得到很高的传输速度。 图4.12006年，由Intel、Compaq、Adaptive、Networks、Intellon等13家全球知名企业组成的“家庭插座联盟〞(HomePlugPowerLineAlliance)提出了“家庭网络〞方案，旨在推动以电力线为传输媒介的网络互联。其中，Intellon公司提出的改良的OFDM技术已被家庭插座联盟采纳，成为制定电力线载波通信标准的依据。HomePlug1.0技术是家庭插电联盟HomePlug1.0在2001年6月宣布的第一代高速电力线网络的技术标准，是全球第一个PLC技术标准。HomePlug1.0是一种通过家中的电力线完成设备互连的技术规格。HomePlug1.0的产品为消费者提供一种不需要增加任何新线路就能简便组成家庭网络的解决方案，这些产品包括HomePlug桥接器、HomePlug适配器以及内置有HomePlug技术的网桥和适配器，它们采用以太网、USB、802.11Wi-Fi接口将PC机或其它设备与电力线相连接，数据速率为14Mbps。HomePlug1.0技术标准的要点为：综合的物理层〔PHY〕和媒介接入控制层〔MAC〕数据速率：高达14Mbps频带宽度：4.3MHz~20.9MHz正交频分复用〔OFDM〕符号调制84个载频频道自适应前向纠错〔FEC〕载波调制方法支持：DQPSK,DBPSK,ROBO接入方法支持：CSMA/CA满足FCC第15局部辐射标准新一代的HomePlugAV标准是PLC有关音频-视频宽带家庭网络的技术标准，它支持多个数据和视频流的分配，包括遍布整个家庭的高清晰度电视(HDTV)和标准清晰度电视(SDTV)，支持家庭娱乐应用，包括HDTV和家庭影院，HomePlugAV兼容HomePlug1.0。5电力线网络通信系统终端设计5.1电力线载波通信网络系统总体结构实现电力线网络通信的必要设备是局端模块和终端设备，其中终端模块，即电力线调制解调器是实现电力线上网的关键。人们以往研究的电力线调制解调器，多数因为数据传输速率太低，而不符合宽带通信的要求。因此，选用MAXIM公可生产的电力线通信收发芯片MAX2986作为主芯片进行设计，该芯片完全兼容于HomePlug1.0协议，内核基于ARM946设计数据，传输速率高达14Mbps，可以满足宽带通信的需求。图5.1电力线网络通信示意图图5.1为电力线网络通信示意图，其中局端模块PNU一般安装在配电变压器的低压输出端，负责将电力线通信的高频信号和传统的宽带通信信号进行相互转换，它一端通过电容和电感耦合器连接到电力电缆，提取和传送高频电力线通信信号：另一端通过传统通信方式，如CATV、xDSL、光纤等接至Internet。电力线调制解调器上提供USB接口或RJ45接口，用户端经过五类线缆将调制解调器和用户的终端设备，如计算机，，打印机等相连，这样将电力线调制解调器直接插入电源插座即可工作。本次设计的重点是PNT模块，即电力线调制解调器。它主要完成的工作包括：(1)从电力线上提取和注入电力线高频通信信号。(2)完成电力线通信信号与以太网通信信号相互转换。(3)从以太网接口收发符合以太网标准的信号。针对OFDM调制解调技术的实际应用，世界各大芯片厂商都推出了各自的OFDM处理核心芯片。论文选择Maxim公司的MAX2986作为电力线调制解调器的基带处理芯片。还选择了Maxim公司专门为PLC所设计的电力线模拟前端(AFE)MAX2980来完成模拟信号的处理。整个系统采用以MAX2986和MAX2980为核心的PLC系统解决方案。选用MAX2986和MAX2980的主要出于以下几点：(1)MAX2986电力线集成收发器采用OFDM调制方法，与HomePlug1.0协议相兼容，选用该芯片设计的电力线MODEM可以更好地实现与其它设备的兼容。(2)数据传输速率高达14Mbps，满足我们对设计速度的要求。(3)MAX2986是一款可编程，可接入MACAPI芯片，内嵌ARM946微处理器，可节省外部微处理器的应用，简化设计的复杂性。(4)MAXIM公司设计的该芯片为电力线载波通信专用芯片，配用配套的模拟前端收发器MAX2980，两者可以到达无缝连接，提高系统设计的可靠性。 图5.2 调制解调器组成5.2OFDM基带信号处理模块系统采用MAX2986作为电力线数字收发器，MAX2986数字收发器采用MAXIM先进的OFDM电力线引擎，提供高达14Mbps的自适应数据传输速率，传输频带为4.49MHZ至20.7MHZ，具有先进的窄带干扰抑制电路，并带有56位DES密钥管理，实现平安通信。集成大量的外围设备和存储器接口，提供编程处理，功能扩展，MAC测试性能，适用于局域网、家庭自动化、工业自动化以及电力线宽带着域。该处理器采用微信号体系结构集MCU与DSP于一身，简化了外围电路设计的复杂性。MAX2986的功能框图如图5.3所示。

图5.3MAX2986结构图这款高性能的集成MAX2986电力线收发器芯片内部包含了内体访问控制层(MAC)和物理层(PHY)，其中MII/rMII/FIFO单元是MAX2986收发器的接口层。这一层用于连接外围MII/rMII或FIFO接口的IEEE802.3标准设备。5.2.1MAX2986芯片MAX2986利用Maxim先进的OFDM电力线引擎，提供高达14Mbps的数据速率。MAX2986的开放式结构允许扩展可编程性、扩充容量、改善MAC中的测试能力，获得最正确性能，非常适合局域网(LAN)、音频、语音、家庭自动化、工业自动化、宽带电力线传输(BPL)以及频谱整形、信号陷波处理等应用，针对不同地区的标准体系提供无与伦比的灵活性。具有密钥管理的56位DES加密电路提供平安保障。MAX2986能够工作在IEEE802.03标准媒体独立接口(MII)、简化媒体独立接口(rMII)、缓存FIFO数据通信、IEEE802.03兼容10/100以太网MAC，USB1.1或UART接口。这些接口方式使得MAX2986几乎能够配合任何数据通信器件工作，适合各种信息传输设备，提供功能及应用扩展。MAX2986电力线网络基带芯片集成了ARM946E处理器核心作为MAC控制器，这颗处理器具有独立的存储器和程序运行空间，可以通过JTAG接口进行设置和调试，如图5.4所示。 图5.45.2.2MAX2986基带处理模块设计整个系统采用了三种不同频率的时钟，分别是30MHz、50MHz、25MHz。MAX2986采用30MHz的时钟频率作为其的工作频率。如图5.5所示为30MHz时钟产生电路。CLKIN接MAX2986的XIN；XOUT接MAX2986的XOUT。 图5.5时钟电路50．0MHz的时钟频率由MAX2986的AFECLK输出，供MAX2980的工作使用，MAX2986的AFECLK接MAX2980的CLK。25．0MHz的时钟频率由50．0MHz经外部电路分频得到，电路如图5.6所示。D接，CP接50MHz的频率。图5.6分频电路MAX2980芯片MAX2980是专门为PLC所设计的通信模拟前端集成电路，它的任务是对模拟信号的处理。它高度集成的设计包括了模数转换器(A/D)、数模转换器(D/A)、滤波器以及线路驱动器、自动增益控制(AGC)等等，具有高性能和低本钱的特点。 图5.7MAX2980结构图图5.7为MAX2980的接线框图。通过AFE的十个数据端(DAD)实现MAX2986与MAX2980之间的数据交换。MAX2986通过AFE剩余的6个端口对MAX2980的工作模式、时钟、使能等的控制。模拟前端的信号接收局部包括了LNA(10w-noiseamplifier)、商通滤波器(HPA)、低通滤波器(LPA)、自动增益控制放大器(AGC)和模数转换器(ADC)。电力线上接收下来的信号先通过LNA来降低电力线带来的噪声，再通过高通和低通滤波器组成的带通滤波器来截取有用频带。然后AGC对衰减的有用信号进行自动增益控制，增益的多少完全由A/D变换的要求来决定。然后50MHz、10-bit的ADC将对AGC输出信号采用，转变为数字信号，最后通过MUX送入MAX2986。在电路设计上不必再设计放大电路和带通滤波电路等外围电路。模拟前端的信号发送局部包括了数模转换器(DAC)、低通滤波器(LPA)、缓冲器(BUF)、线路驱动器(LD)。经MAX2986处理的数字信号先进行DA变换生成模拟信号，再通过LPF将谐波噪声滤除。最后由缓冲器和线路驱动器将信号送上电力线，完成信号的发送。在电路设计上可以不用再添加额外的放大器和缓冲器。 图5.8MAX2980结构图MAX2980模拟前端模块设计图5.9为MAX2980的接线框图。通过AFE的十个数据端(DAD)实现MAX2986与MAX2980之间的数据交换。MAX2986通过AFE剩余的6个端口对MAX2980的工作模式、时钟、使能等的控制，如图5.8所示。最后经线路驱动后的信号由输出(Output)口发送上电力线，电力线传来的信号又经输入(Input)送入MAX2980滤波整形。 图5.9模拟前端接线框图5.2.4网络接口电路以L80225以太网收发器作为设计的物理链路层(PHY)器件，L80225与MAX2986的Ethernet控制口相连，网络的上层通信由MAX2986完成。本方案将MAX2986AFE端口与电力线通信模拟前端收发器MAX2980的AFE端口相连，实现数据的电力线端前向处理。MAX2986MAC层将从电力线端接收到的数据，解包后转换为MII帧，经MII接口转送给以太网物理层收发器L80225，其通过PJ45接口实现以太网信号的发送和接收。Ethernet接口电路见图5.10。SPEED、DPLX、ANEG是L80225的工作模式控制引脚。它们的定义如下：高电平时，SPEED为100Mbps、DPLX为全双工、ANEG为自适应开；低电平时，SPEED为10Mbps、DPLX为半双工、ANEG为自适应关。通过开关S1、S2和S3来实现工作模式的切换。发光二极管LED1～3组成了Ethernet工作状态的指示电路。LED1指示连接侦测信号；LED2指示全双工，半双工工作模式：LED3指示10/100Mbps工作模式。电容C1～C5用于滤除高频杂波，为L80225提供干净的电源，提高其抗干扰能力。RESET信号由复位电路提供。L80225工作频率为25MHz，由25MHz生成电路提供。MAX2986发送接收信号有三种模式，分别为MII，RMII和FIFO，本文采用MII模式。MII接口工作在半双工模式，芯片与微处理器之间的信号传输由CRS(载波侦测)脚控制。数据与2.5MHz/25MHz时钟同步传送，传送格式为半字节，因此数据传输速率可达10Mbps/100Mbps。 图5.10网口接线图当外部主机准备发送一帧数据，并且MIICRS不是高电(前次发送已完成)，外部主机发出MIITXEN，同时数据出现在MIIDAT[3:0]上。作为响应，MAX2986发出MIICRS。外部主机保持MIITXEN为高电平时，数据通过MIIDAT，同步于MIICLK被采样输入MAX2986。在最后一个数据字节被发送之后、下一个MIICLK正沿到来之前，MIITXEN被外部主机复位。MII接口的发送如图5.11所示图5.11MII接口发送当MAX2986准备发送一帧数据给外部主机时，如果没有正在进行中的发送会话，等待一个IFG之后(相对于MIICRS，约0.96µs)，MAX2986发出MIIRXDV信号。MAX2986保持MIIRXDV为高电平时，通过MIIDAT，来自MAX2986的数据被采样(相对于MIICLK同步)。在最后一个数据字节被接收后，MAX2986复位MIIRXDV。MII接口的接收如图5.12所示 图5.12MII接口接收5.2.5耦合电路模块耦合电路在整个系统中起着至关重要的作用。它的主要作用如下：a)使系统与电网电隔离；b)从电力线上提取高频通信信号到MAX2980模拟前；c)将MAX2980处理好的高频信号注入电力线网络；d)电力线调制解调器使用中需要三相问的异相信号传输，耦合电路还起到高频信号的相间耦合。图5.13所示为耦合的线路图。ERZ为压敏电阻，采用松下公司的ERZ-V07D471，它可以有效的吸收线路上的尖峰脉冲，起到保护的作用。电阻R1、R2，电容C1组成一个高通滤波电路。D1、D2为两个二极管，防止高压进入。耦合变压器T用来隔离高压与低压侧，实现上下压的电隔离。 图5.13耦合电路耦合电路的一端接220V线路，另一端接MAX2980模拟前端的信号收发口。它们分别是，接收端PLIP、PLIN；发送端PLOP、PLON。接收时，电力线上的高频有用信号通过去耦合后，先经过高通滤波器(HPF)，进一步滤除高频干扰信号，再送入MAX2980；发送时MAX2980通过耦合后，直接将信号送入电网。5.2.6电源电路设计3.3V电平的电源本系统需要3.3V和1.8V电平的电源。3.3V电源采用开关电源的解决方案。使用PowerIntegrations公司的TinySwitch--II型系列中的TNY266来实现开关电源的设计。TNY266电路如图5.14所示。 图5.14TNY266电路交流电VAC通过VD1～VD4组成的整流桥，再通过C1、C2、LI组成的π型滤波电路，得到直流高压，其中R1为L1的阻尼电阻。电容C5是用来抑制变压器初、次级之间传导式电磁干扰。电容C3、电阻R2和二极管VD5组成钳位保护电路，能将TNY266中的功率MOSFET关断时加在漏级上的尖峰电压限制在平安范围内。LTV817S型光电耦合器和TNY266组成电压电流反应环节。次级电压经VD6、C6、L2、C7整流滤波。TL431A稳压管将A点电位稳定在2.5V，通过R5、R6对电压的分配得到输出电压：1.8V直流电源1.8V电压由MIC39150-1.8V稳压芯片产生，电路图如图5.15所示。其中C1和C2都是滤波电容，用来消除纹波的。 图5.151.8V电源电路5.3OFDM系统的性能仿真仿真流程整个系统的仿真流程如下列图5.16所示。OFDM的过程首先从随机数据产生器开始，发送出来的(01)等概数据经过串/并转换之后，形成分路，分路数也就是载波数目，载波的频点间隔是串/并转换后码元宽度的倒数，因为只有这样子信道的每个已调信号的功率谱才能正交重叠。这一点是关键的，基带信号经过DPSK(差分PSK)调制后，会将码元映射到一个复信号上，这是DSP处理的过程，而后这些复信号对应到各频点上后，做N点的IFFT变换，N可以通过选择，但不是随便的，如果N太少，IFFT处理会出错，因为在实际系统中，中频的选取和N的大小是有关系的，N太小，中频取太小，那么频带根本无法分割。N太大是不显示的，因为传输的信号也会增多。一般N是2的幂次，并且是选取中频的4倍。经过IFFT以后，再并/串处理，将信号输出，并且在此中插入保护间隔。插入保换间隔就是为了防止信道中相关时间比OFDM码元大，从而引起频率选择性衰落。这样OFDM码元输出进入信道，在信道中受到高斯噪声和多径滤波的影响。在接收器处，首先去除保护间隔;然后通过串/并转换，再输入FFT中解调，这时将得到需要解调的信号，让这个信道通过检波就可以将源信息恢复，再做分路，完成整个调制、IFFT,FFT,解调过程。图5.16仿真流程MATLAB仿真(1)以下是用仿真所使用的调制方式〔QPSK〕来分析调制的原理。functionmod_out=modulation(mod_in,mod_mode)%%Functiondiscription:%%根据输入的调制方式，对输入序列MOD_IN进行调制，分别采用BPSK,QPSK,16QAM,64QAM，完成对星座图的映射，输出为Y.转化的方法为：先写出十进制情况下从0到N-1〔N为星座图的点数〕所对应的星座坐标；再将输入的二进制序列转化为相应的十进制，以查表的方法查出对应点的复数坐标，即为调制映射后的结果。%%Input:%%mod_in:输入的二进制序列(Thesequencetobemodulated)%%Output:%%mod_out:星座图映射后得到的调制复数结果(Theoutputaftermodulation)%%GlobalVariable:%%g_RT(thevectorwhichcontainsthemodulationmode)%%Z:选择调制方式的参数(theparametertochoosethemodulationmode)%%R:输入二进制序列重新排列后的结果,例如：对16QAM，要把输入序列调整为4行，length(g_MOD_IN_16QAM)/4列的矩阵。%%B2D:二进制向十进制转化后的结果(convertthebinarysequencetodec)%%Temp:星座图阵列(theconstellation)%%********************************************************%system_parametersswitch(mod_mode)case4%本论文采用的就是QPSK的调制方式mod_out=zeros(1,length(mod_in)/2);R=reshape(mod_in,2,length(mod_in)/2);%将输入序列转化为(2,length(x)/2)的矩阵B2D=bi2de(R','left-msb')+1;%将二进制转为十进制,注意加1，因为matlab没有a(0)项，而是从a(1)开始Temp=[-1-j-1+j1-j1+j];fori=1:length(mod_in)/2mod_out(i)=Temp(B2D(i))/sqrt(2);%归一化endotherwisedisp('Error!Pleaseinputagain');end〔2〕解调方法是调制方法的逆向运算，因本论文的仿真是以QPSK为调制和解调方法为根底的，此处就以case4〔QPSK〕为主介绍解调的实现。case4%QPSK调制d=zeros(4,length(demod_in));%'d'是信道值和星座点的距离m=zeros(1,length(demod_in));temp=[-1-j-1+j1-j1+j]/sqrt(2);fori=1:length(demod_in)forn=1:4d(n,i)=(abs(demod_in(i)*sqrt(2)-temp(n))).^2;%由信道值，求出该值与星座图中所有点的距离end%计算信道值和星座点的距离[min_distance,constellation_point]=min(d(:,i));%排序m(i)=constellation_point;endA=de2bi([0:3],'left-msb');%写出0到N-1(N为星座图点数)fori=1:length(demod_in)DEMOD_OUT(i,:)=A(m(i),:);%最小值对应的星座点序号的二进制表示即为解调结果enddemod_out=reshape(DEMOD_OUT',1,length(demod_in)*2);不同信道环境下的系统仿真实现在本程序中，仿真了具有64个子载波，保护间隔为16点，每帧包含5个符号的OFDM系统，局部主要程序如下系统发送局部：Source_Bits=randint(1,2*NumOfSubcarrier*NumOfSymbolPerFrame);％产生信息序列Modulated_Sequence=modulation(Source_Bits,modulation_mode);％进行QPSK调制R_Modulated_Sequence=reshape(Modulated_Sequence,NumOfSubcarrier,NumOfSymbolPerFrame);％重置矩阵IFFT_Out_Data(:,:)=sqrt(NumOfSubcarrier)*ifft(R_Modulated_Sequence);％进行IFFT变换GI_Added_Frame(1:LengthOfGI,:)=IFFT_Out_Data((NumOfSubcarrier-LengthOfGI+1):NumOfSubcarrier,:);GI_Added_Frame((LengthOfGI+1):(NumOfSubcarrier+LengthOfGI),:)=IFFT_Out_Data(1:NumOfSubcarrier,:);％加保护间隔和循环编码Serial_Signal=reshape(GI_Added_Frame,1,NumOfSymbolPerFrame*(NumOfSubcarrier+LengthOfGI));％并串变换系统接收局部：forjj=1:NumOfSymbolPerFrameforii=1:NumOfSubcarrierGI_Removed_Rx_Signal(ii+(jj-1)*NumOfSubcarrier)=Noised_Transmited_Signal(LengthOfGI*jj+ii+(jj-1)*NumOfSubcarrier);endend%去除保护间隔Parallel_Rx_Signal=reshape(GI_Removed_Rx_Signal,NumOfSubcarrier,NumOfSymbolPerFrame);％串并变换Freq_Rx_Signal=fft(Parallel_Rx_Signal)/sqrt(NumOfSubcarrier);Demod_In_Data(1:NumOfSubcarrier,1:NumOfSymbolPerFrame)=Freq_Rx_Signal(1:NumOfSubcarrier,1:NumOfSymbolPerFrame);FFT_Out=conj(Demod_In_Data(:,1:NumOfSymbolPerFrame)');Serial_Output=reshape(Demod_In_Data,1,NumOfSubcarrier*NumOfSymbolPerFrame);%进行FFT变换Demod_Sequence=demodulation(Serial_Output,modulation_mode);％QPSK解调forjj=1:(length(Source_Bits))ifDemod_Sequence(jj)~=Source_Bits(jj)NumOfErrorBit=NumOfErrorBit+1;endendendBER(counter)=NumOfErrorBit/(NumOfFrames*NumOfSubcarrier*2*NumOfSymbolPerFrame);％计算系统的误码率以上程序是OFDM系统的实现，并没有包括信道干扰，下面考虑两种信道干扰，仅有高斯白噪声干扰和同时存在高斯白噪声干扰与多径干扰的信道仅有高斯白噪声干扰的信道fori=1:NumOfSymbolPerFrame*(NumOfSubcarrier+LengthOfGI)[n_In_Q]=gngauss(sgma);noise(i)=n_I+j*n_Q;end％产生高斯干扰，n_I和n_Q分别服从N(0,1)分布，noise为复数Noised_Transmited_Signal=Serial_Signal+noise;％把高斯干扰叠加到信号上同时存在高斯干扰和多径干扰的信道fori=1:NumOfSymbolPerFrame*(NumOfSubcarrier+LengthOfGI)[n_In_Q]=gngauss(sgma);noise(i)=n_I+j*n_Q;end％产生高斯干扰，n_I和n_Q分别服从N(0,1)分布，noise为复数Ray_delay=4;%Rayleigh衰落的时延Ray_amp=0.3;％Rayleigh衰落的增益Serial_Signal_2path=[zeros(1,Ray_delay),Ray_amp*Serial_Signal(1:length(Serial_Signal)-Ray_delay)];％产生第二径衰落信号Noised_Transmited_Signal=Serial_Signal+Serial_Signal_2path＋noise;％把高斯干扰叠加到两路信号上6结束语随着信息技术的快速开展，互联网在全球范围内的不断扩张，以及用户对新业务效劳要求的不断增加，作为价格低廉，使用灵活方便，最终可提供、上网等效劳的宽带接入产品，低压电力线载波通信有着独特的优势，已经成为一个广泛关注的新研究热点。但是，由于电力线是为传输电能而设计的，在电力线上进行高速数据传输必然会受到电力设备引入的噪声以及电力线本身的多径和信号衰减的影响，从而降低数据传输速率，增加传输误码率。OFDM技术是近年来广为研究的一种调制方式，随着数字信号处理技术的迅速开展，OFDM技术的实现也变得简单高效。在有限的频带资源下，OFDM技术频谱利用率高，抗多径和信号衰减能力强，这恰恰可以解决高速电力线通信开展所遇到的关于信道环境恶劣的阻碍。本论文旨在以电力线信道特性研究为根底，对有望在低压电力线上实现高速通信的0FDM多载波系统及相关技术进行深入的理论和仿真试验研究，为后续开发奠定根底。

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