關(guān)于通信的調(diào)制技術(shù)論文(2)
關(guān)于通信的調(diào)制技術(shù)論文
關(guān)于通信的調(diào)制技術(shù)論文篇二
電力載波通信調(diào)制技術(shù)研究
摘要：電力載波通信的眾多優(yōu)點(diǎn)得到了大量學(xué)者的研究，同時(shí)，產(chǎn)生的干擾也降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院透咝?。從調(diào)制技術(shù)角度而言，文章分析了現(xiàn)有的幾種抑制干擾措施，擴(kuò)頻技術(shù)，OFDM技術(shù)等，以減小干擾對(duì)電力線通信的影響。最后提出了調(diào)制技術(shù)必須根據(jù)PLC網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的特性來(lái)確定。
關(guān)鍵字：電力載波通信;擴(kuò)頻;OFDM;調(diào)制
1引言
20世紀(jì)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(shù)的先例。20世紀(jì)80年代末，我國(guó)也曾經(jīng)使用小型集成電路農(nóng)電載波機(jī)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。隨著通信技術(shù)的高速發(fā)展，高速帶寬PLC技術(shù)的研究也悄然興起。21世紀(jì)以來(lái)，PLC技術(shù)不斷提升，傳輸速率、抗干擾性能等研究工作得到了加強(qiáng)。但是電力線不是專(zhuān)門(mén)的通信線路，在整個(gè)電力載波通信系統(tǒng)中存在著大量干擾，嚴(yán)重的影響了通信系統(tǒng)的性能。
PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性：電力線上的阻抗不僅和傳輸信號(hào)的頻率有關(guān)，而且和負(fù)載有關(guān)，電力線上負(fù)載的數(shù)量、類(lèi)型不同，不同頻率的阻抗變化也不同，變壓器及導(dǎo)線特性阻抗的變化導(dǎo)致阻抗的變化多端，阻抗匹配問(wèn)題顯得十分復(fù)雜;大量的設(shè)備隨時(shí)隨地都可能打開(kāi)或關(guān)閉，PLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)致使多徑效應(yīng)更為嚴(yán)重，信號(hào)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(yīng)就越明顯，發(fā)生諧波導(dǎo)致某一頻率下衰減會(huì)急速增加，信息的傳輸?shù)玫絿?yán)重衰減;PLC脈沖噪聲帶來(lái)的干擾尤為嚴(yán)重，如果這類(lèi)噪聲的持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，超過(guò)使用糾錯(cuò)碼能容忍的檢測(cè)和改正時(shí)間限度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的突發(fā)錯(cuò)誤。因此必須找到應(yīng)對(duì)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的，但是電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、惡劣的傳輸信道、電磁兼容等問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了信號(hào)的傳輸，因此PLC調(diào)制解調(diào)技術(shù)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(shù)
ASK是振幅鍵控方式，這種調(diào)制方式根據(jù)信號(hào)的不同來(lái)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(qiáng)，一般指適宜在恒參信道下采用，不能應(yīng)對(duì)PLC信道的時(shí)變性，隨機(jī)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(duì)于高速數(shù)據(jù)傳輸率來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)要求接受機(jī)有精確和穩(wěn)定的參考相位來(lái)分辨所使用的各種相位。
FSK是頻移鍵控，用數(shù)字信號(hào)去調(diào)制載波的頻率，比較容易實(shí)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(huì)帶來(lái)致命的錯(cuò)誤。
2.2擴(kuò)頻技術(shù)
PLC并不是在標(biāo)準(zhǔn)化的通信線上傳輸，而是在易受電氣設(shè)備等噪聲和衰減影響的電力線上傳輸?shù)?，為此必須找一個(gè)特殊的調(diào)制技術(shù)――擴(kuò)頻(SS)技術(shù)。該SS技術(shù)是將傳輸信號(hào)帶寬擴(kuò)展到比原信號(hào)傳輸需要的頻帶更寬后，再進(jìn)行傳輸。具有可秘密通信、抗噪聲和衰減能力強(qiáng)、能保持穩(wěn)定的通信質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，在軍事上收到很大的追捧。其目的是，第一，發(fā)射出的擴(kuò)頻信號(hào)稱(chēng)為偽噪聲信號(hào)，敵人很難檢測(cè)出發(fā)射信號(hào);第二，信號(hào)不容易被干擾信號(hào)破壞。
擴(kuò)頻技術(shù)可以分為：直接序列(DS，Direct Sequence)擴(kuò)頻、跳頻(FH，F(xiàn)requency Hopping)擴(kuò)頻、跳時(shí)(TH，Time Hopping)擴(kuò)頻和多載波(MC，Muti-Carrier)擴(kuò)頻。也可以把這幾種技術(shù)混合一起同時(shí)獲取它們的優(yōu)點(diǎn)。DS是一種平均類(lèi)型的系統(tǒng)，主要是通過(guò)把干擾在更長(zhǎng)時(shí)間間隔內(nèi)取平均來(lái)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(guò)在大的時(shí)間片內(nèi)避開(kāi)干擾來(lái)減弱干擾的影響。直接擴(kuò)頻方式的通信框如圖1所示。
但是在實(shí)際中，對(duì)于低壓電線中的脈沖噪聲，擴(kuò)頻技術(shù)不能很好的克服，還需要結(jié)合信道編碼技術(shù)，這就有降低了擴(kuò)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(shù)
OFDM技術(shù)是一種多載波調(diào)制技術(shù)，不再采用一個(gè)正弦波震蕩做載波，具有傳輸時(shí)間長(zhǎng)，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(yīng)用的領(lǐng)域有非對(duì)稱(chēng)數(shù)字用戶(hù)環(huán)路(ADSL)，高清晰度電視(HDTV)信號(hào)傳輸，數(shù)字頻域廣播(DVB)，無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)等。OFDM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框如圖2所示。
(1)OFDM屬于將信號(hào)分割為多個(gè)子載波，多個(gè)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(hào)轉(zhuǎn)化成并行的低速信道上，使OFDM對(duì)脈沖干擾和多徑時(shí)延失真抵抗力變強(qiáng)。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(gè)符號(hào)上去，將由衰落和脈沖引起的突發(fā)性錯(cuò)誤變隨機(jī)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(shí)延的作用。(3)OFDM技術(shù)可以把整個(gè)系統(tǒng)的帶寬劃分為許多子信道，對(duì)于每個(gè)子信道而言，符號(hào)周期變長(zhǎng)，每個(gè)信道上的頻率響應(yīng)也平坦了，符號(hào)干擾降低，所需的均衡比串行系統(tǒng)簡(jiǎn)單，只需要簡(jiǎn)單的算法就能使每個(gè)子信道上的均方誤差最小化。(4)每個(gè)子信道的載波信息可映射，每個(gè)子信道上可以設(shè)置不同的調(diào)制方式，而且可以將任何子載波設(shè)置為不用狀態(tài)，很容易避開(kāi)其它無(wú)線電設(shè)備的干擾，提高系統(tǒng)性能。(5)易物理層的非對(duì)稱(chēng)高速數(shù)據(jù)傳輸，即下行鏈路的傳輸數(shù)據(jù)量要遠(yuǎn)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(guò)使用不同數(shù)量的子信道來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3結(jié)語(yǔ)
PLC網(wǎng)絡(luò)傳輸在物理上呈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但在邏輯上PLC接入網(wǎng)可以當(dāng)總線網(wǎng)絡(luò)，使用的是共享傳輸介質(zhì)，因此需要一定介質(zhì)訪問(wèn)控制策略(MAC)?；究刂茖?duì)整個(gè)或部分PLC網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的訪問(wèn)，同樣也會(huì)連接WAN(Wide Area Network)的接入點(diǎn)，附加的PLC設(shè)備，比如中繼器或網(wǎng)管也可以實(shí)現(xiàn)接入。但是較遠(yuǎn)距離的交換信息比較復(fù)雜，使用的設(shè)備可能不同，信息的流動(dòng)可能跨越若干不同傳輸技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，PLC的物理層依據(jù)電力線傳輸介質(zhì)的特性來(lái)組織，所以調(diào)制解調(diào)技術(shù)必須要適應(yīng)PLC的傳輸信道。
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