MC-CDMA在电力线扩频通信中的应用及FPGA设计

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电力线载波通信是以电力网作为信道,实现数据传递和信息交换。电力线连通家家户户,甚至每一个房间、每一个用电设备。若能在电力线上实现可靠、安全的通信,对于实现对用电设备的监测和控制,在经济性、便利性等方面都具有其他通信方式无可比拟的优势,进而若能以电力网为信道,进入公用电话网和因特网等通信领域,则其应用前景将更加广阔。然而380V/220V的低压配电网上实现可靠的载波通信,要比在高压输电线上进行载波通信难得多。   本文首先讨论低压配电网通信信道的一般特性:时变特性、衰减特性、噪声和干扰特性,在此基础上构建了低压电力线信道的数学模型。仙农(Shannon)和柯捷尔尼可夫(Котельников)都指出了一个客观规律:用增加带宽的方法可以换取信噪比上的好处。这是扩展频谱通信的基本思想和理论依据。通过扩频通信的系统模型进一步阐述了工作原理,归纳了扩频通信的主要特点,然后分别对扩频通信常用的几种方式的工作原理及特点、应用作了介绍。最后指出电力线载波通信常用的几种技术及扩频技术的具体应用,并分析比较了几种电力线扩频方案的利弊,最终选定MC-CDMA为本设计的扩频方案。最后系统阐述了电力线载波应用电路的组成,该系统主要由带通滤波、前置放大、输出功率放大、电力三通、FPGA及微处理器(AT89C51)五部分组成。说明了整个电路的工作原理。现已有不同的公司生产专门的集成芯片来实现电力线通信中的扩频调制/解调等功能,但这些芯片大多是基于直接序列扩频基础上的。如美国Intellon公司的PL系列产品和国内的北京智源利和微电子技术有限公司设计生产的SC1128芯片。本文用FPGA设计了一个MC-CDMA扩频芯片。以MC-CDMA扩频技术为基础,在此基础上构造了MC-CDMA发射机的电路模型,它包括并串转换,差分编码,PN码发生器模块,数据处理模块,OFDM调制模块及QPSK模块。本文采用Xilinx公司的集成开发工具ISE6.2对并串转换模块,PN码发生器模块及OFDM调制模块进行了设计仿真。
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