基于OFDM的电力线通信系统研究与实现

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电力线通信(Power Line Communication,PLC)是指以电力线为传输媒介进行数据传送和信息交换。随着调制技术、传输技术和信号处理技术的进步,电力线通信技术不断发展,己经进入高速传输时代。由于电力线通信具有不需重新布线,成本低廉等优点,在智能家庭网络和宽带接入等领域受到了极大的关注。但是电力线信道固有的噪声干扰、频率选择性衰减和多径传播特性大大影响了通信性能。而正交频分复用(OFDM)技术被认为是在具有频率选择性衰落和多径传播特性的通信环境中实现高速信号传输的主流技术。因此,正交频分复用(OFDM)是实现宽带电力线通信的关键技术。OFDM是一种多载波调制技术,同时也是一种复用技术。它利用多个相互正交的子载波来传送信息,不但大大提高了频谱利用率,同时也有效克服了电力线信道中的频率选择性衰落和多径时延,实现了高速、可靠的数据通信。本文在阐述电力线载波通信的基本背景和国内外研究现状后,提出了适用于OFDM低压电力线载波通信的实验平台总体方案,并最终实现了一个基于HomePlug AV协议的低压电力线通信仿真系统。全文的内容主要包括如下几个部分:第二章对电力线信道特性进行详细分析,然后在此基础上给出电力线噪声模型和电力线信道模型,并对电力线信道容量进行理论分析;第三章,论述OFDM调制技术的原理以及实现方法;第四章,在前面分析的基础上对电力线通信系统发射接收机的若干关键技术进行讨论;第五章,建立基于OFDM的电力线通信仿真系统,并在大量仿真的基础上给出相应的曲线与结论;第六章,给出一种电力线通信系统硬件仿真平台的设计方案;最后一章,给出了研究总结并对电力线载波通信这个课题未来的研究内容和研究方向提出一些见解。论文使用MATLAB和C作为仿真工具,建立了基于OFDM的电力线通信系统仿真平台,并利用该平台进行了大量的仿真实验。仿真结果表明:在电力线通信媒质中,采用OFDM调制技术可以很好地配合电力线通信信道,有效地抵御电力线信道噪声、衰减和时变特性所带来的影响。此外,OFDM子载波采用不同调制方式(例如,BPSK,QPSK, QAM)对系统的误码率也有较大的影响,其中BPSK具有更好的可靠性。通过仿真分析,证明加入信道纠错编码能够显著提高电力线通信系统的整体性能。
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