基于FPGA的电力线通信系统研究

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PLC(Power line Communication)即电力线通信,是一种通过电力线网络来传输信息并提供通信服务的技术,被认为是信息高速公路最后一公里解决方案最具有竞争力的技术之一。电力线通信系统可以利用现有电力线网络,无需额外布线,部署快速,信息传输可以采用功能强大、可靠的加密方法,电力线通信优势明显,在通信研究领域是一个研究热点。本项目利用现有电力线网络布局,节约建立通信网络的成本。FPGA可以反复烧写,重复使用,而且基于查找表的FPGA集成度很高,可以完成极其复杂的时序逻辑和组合逻辑电路功能,所以采用FPGA作为硬件平台。数字频率调制解调是通过载波的频率信息来进行传输码元,其中多进制频移键控(MFSK)调制解调是数字频率调制解调的代表之一,设备又不算复杂,实现也比较容易,节约硬件资源,抗干扰和抗衰落性能也较出色,频率调制技术在通信领域中运用广泛,特别适合对通信速率要求不高的通信系统。因此,本电力线通信系统采用MFSK调制解调技术,实现功能比较简单,抗干扰和抗衰落能力能达到项目要求。本论文关键是设计发射机和接收机方案。当发射机检测到报警信号,就将报警信号和设备的地址信息进行组成两个码元;两个码元经RS(4,2)编码,输出四个码元,后两个码元是冗余码,用于检错纠错的;每个码元进入频率产生器后,将映射成各自相应的七个频点,也就是发送一个码元需要七个频点。最后发射机输出数字信号,经D/A变换,再耦合到电力线上。调制信号经耦合器、AD变换,进入接收机;首先对调制信号进行一级下变频,经IIR滤波后,将高频信息滤除,低频信息送入8路解调器。每一路的信号分别乘以与该路同频的正余弦,经IIR滤波,并进行平方和,此时,只剩下幅值信息。抽样判决器利用幅值信息进行抽样判决,得到码元信息,经RS解码进行检错纠错,最后得到报警信号,完成报警信号的传输。本论文设计基于FPGA设计的MFSK调制解调的电力线通系统,满足项目需求。本系统不仅可以应用于水电表、煤气等的自动抄表系统技术,而且在医疗监护、井下通信、自动报警等领域,电力线通信系统技术具有很大优势和前景。
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