關于通信的調(diào)制技術論文(2)
關于通信的調(diào)制技術論文
關于通信的調(diào)制技術論文篇二
電力載波通信調(diào)制技術研究
摘要:電力載波通信的眾多優(yōu)點得到了大量學者的研究,同時,產(chǎn)生的干擾也降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院透咝浴恼{(diào)制技術角度而言,文章分析了現(xiàn)有的幾種抑制干擾措施,擴頻技術,OFDM技術等,以減小干擾對電力線通信的影響。最后提出了調(diào)制技術必須根據(jù)PLC網(wǎng)絡介質(zhì)的特性來確定。
關鍵字:電力載波通信;擴頻;OFDM;調(diào)制
1引言
20世紀50年代就有在10kV線路上使用電力線通信(Power Line Communication)窄帶載波技術的先例。20世紀80年代末,我國也曾經(jīng)使用小型集成電路農(nóng)電載波機實現(xiàn)點對點的通信。隨著通信技術的高速發(fā)展,高速帶寬PLC技術的研究也悄然興起。21世紀以來,PLC技術不斷提升,傳輸速率、抗干擾性能等研究工作得到了加強。但是電力線不是專門的通信線路,在整個電力載波通信系統(tǒng)中存在著大量干擾,嚴重的影響了通信系統(tǒng)的性能。
PLC網(wǎng)絡結構的復雜性:電力線上的阻抗不僅和傳輸信號的頻率有關,而且和負載有關,電力線上負載的數(shù)量、類型不同,不同頻率的阻抗變化也不同,變壓器及導線特性阻抗的變化導致阻抗的變化多端,阻抗匹配問題顯得十分復雜;大量的設備隨時隨地都可能打開或關閉,PLC拓撲結構致使多徑效應更為嚴重,信號隨著傳輸距離和頻率的變化而變化,并且頻率越高傳輸線的效應就越明顯,發(fā)生諧波導致某一頻率下衰減會急速增加,信息的傳輸?shù)玫絿乐厮p;PLC脈沖噪聲帶來的干擾尤為嚴重,如果這類噪聲的持續(xù)時間過長,超過使用糾錯碼能容忍的檢測和改正時間限度時,會產(chǎn)生嚴重的突發(fā)錯誤。因此必須找到應對該噪聲的干擾模型,特別是基于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系統(tǒng)的抗干擾模型。
2PLC接入系統(tǒng)的抗干擾分析
PLC最終是實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的,但是電網(wǎng)的拓撲結構、惡劣的傳輸信道、電磁兼容等問題嚴重阻礙了信號的傳輸,因此PLC調(diào)制解調(diào)技術的研究十分有必要,也是解決干擾的有效途徑。
2.1傳統(tǒng)的調(diào)制技術
ASK是振幅鍵控方式,這種調(diào)制方式根據(jù)信號的不同來調(diào)節(jié)正弦波的幅度,傳輸效率比較低,抗噪能力比較低,尤其是抗衰落能力也不強,一般指適宜在恒參信道下采用,不能應對PLC信道的時變性,隨機性要求。
PSK是相移鍵控,發(fā)送消息在載波的相位中,有很好的抗干擾性,在衰落信道中也能獲得較好的效果,但是對于高速數(shù)據(jù)傳輸率來說,系統(tǒng)要求接受機有精確和穩(wěn)定的參考相位來分辨所使用的各種相位。
FSK是頻移鍵控,用數(shù)字信號去調(diào)制載波的頻率,比較容易實現(xiàn),抗干擾和抗衰減較好,適合窄帶的低速數(shù)據(jù)傳輸,如果干擾源固定并跟中心頻率差不多,會帶來致命的錯誤。
2.2擴頻技術
PLC并不是在標準化的通信線上傳輸,而是在易受電氣設備等噪聲和衰減影響的電力線上傳輸?shù)?,為此必須找一個特殊的調(diào)制技術――擴頻(SS)技術。該SS技術是將傳輸信號帶寬擴展到比原信號傳輸需要的頻帶更寬后,再進行傳輸。具有可秘密通信、抗噪聲和衰減能力強、能保持穩(wěn)定的通信質(zhì)量等優(yōu)點,在軍事上收到很大的追捧。其目的是,第一,發(fā)射出的擴頻信號稱為偽噪聲信號,敵人很難檢測出發(fā)射信號;第二,信號不容易被干擾信號破壞。
擴頻技術可以分為:直接序列(DS,Direct Sequence)擴頻、跳頻(FH,F(xiàn)requency Hopping)擴頻、跳時(TH,Time Hopping)擴頻和多載波(MC,Muti-Carrier)擴頻。也可以把這幾種技術混合一起同時獲取它們的優(yōu)點。DS是一種平均類型的系統(tǒng),主要是通過把干擾在更長時間間隔內(nèi)取平均來減弱干擾的影響。FH和TH系統(tǒng)屬于避讓系統(tǒng),它們是通過在大的時間片內(nèi)避開干擾來減弱干擾的影響。直接擴頻方式的通信框如圖1所示。
但是在實際中,對于低壓電線中的脈沖噪聲,擴頻技術不能很好的克服,還需要結合信道編碼技術,這就有降低了擴頻增益。而且受帶寬的限制,生產(chǎn)出的芯片,頻率利用效率低,不適合高速PLC的數(shù)據(jù)傳輸。
2.3OFDM技術
OFDM技術是一種多載波調(diào)制技術,不再采用一個正弦波震蕩做載波,具有傳輸時間長,窄帶較窄的特性,具有一定的抑制PLC多徑干擾和脈沖干擾的效果。目前主要應用的領域有非對稱數(shù)字用戶環(huán)路(ADSL),高清晰度電視(HDTV)信號傳輸,數(shù)字頻域廣播(DVB),無線局域網(wǎng)(WLAN)等。OFDM系統(tǒng)實現(xiàn)框如圖2所示。
(1)OFDM屬于將信號分割為多個子載波,多個相互正交的子載波傳輸,子信道的頻譜可以部分重疊,提高了頻譜利用率。(2)串行的高速信號轉化成并行的低速信道上,使OFDM對脈沖干擾和多徑時延失真抵抗力變強。另外OFDM系統(tǒng)把頻率選擇性衰落和脈沖干擾的影響分散到多個符號上去,將由衰落和脈沖引起的突發(fā)性錯誤變隨機化,這樣再統(tǒng)一的信道編碼,也起到了消弱脈沖干擾及多徑時延的作用。(3)OFDM技術可以把整個系統(tǒng)的帶寬劃分為許多子信道,對于每個子信道而言,符號周期變長,每個信道上的頻率響應也平坦了,符號干擾降低,所需的均衡比串行系統(tǒng)簡單,只需要簡單的算法就能使每個子信道上的均方誤差最小化。(4)每個子信道的載波信息可映射,每個子信道上可以設置不同的調(diào)制方式,而且可以將任何子載波設置為不用狀態(tài),很容易避開其它無線電設備的干擾,提高系統(tǒng)性能。(5)易物理層的非對稱高速數(shù)據(jù)傳輸,即下行鏈路的傳輸數(shù)據(jù)量要遠大于上行鏈路的數(shù)據(jù)傳輸量,而OFDM系統(tǒng)可以很容易地通過使用不同數(shù)量的子信道來實現(xiàn)。
3結語
PLC網(wǎng)絡傳輸在物理上呈拓撲結構,但在邏輯上PLC接入網(wǎng)可以當總線網(wǎng)絡,使用的是共享傳輸介質(zhì),因此需要一定介質(zhì)訪問控制策略(MAC)。基站控制對整個或部分PLC網(wǎng)絡介質(zhì)的訪問,同樣也會連接WAN(Wide Area Network)的接入點,附加的PLC設備,比如中繼器或網(wǎng)管也可以實現(xiàn)接入。但是較遠距離的交換信息比較復雜,使用的設備可能不同,信息的流動可能跨越若干不同傳輸技術的網(wǎng)絡,PLC的物理層依據(jù)電力線傳輸介質(zhì)的特性來組織,所以調(diào)制解調(diào)技術必須要適應PLC的傳輸信道。
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