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【摘要】 本文简要介绍了电力线载波通信(PLC),系统阐述扩频技术和正交频分复用(OFDM)技术在其中的应用,并在特定的应用背景中对这两种技术的优缺点进行了比较和分析。
【关键词】 电力线通信(PLC) 扩频(SST) 正交频分复用(OFDM) 电力线接入
一、电力线通信的基本概念
电力线通信(PLC)技术是采用电力线传送数据和话音信号的一种通信方式。该技术是将载有信息的高频信号加载到电力线上,用电线进行数据传输,通过专用的电力线调制解调器将高频信号从电力线上分离出来,传送到终端设备。由于它具有不用布线、覆盖范围广和连接方便的特点,被认为是很有竞争力的一种接入技术,成为解决 “最后一公里”问题的最佳方案之一。
二、电力线的电磁环境分析
由于电力线并不是专门用于通信的,所以在低压电力线上实现可靠的数据通信在技术上还有很多障碍。影响电力线通信可靠性的主要因素有:噪声电平高、阻抗变化大、信号电平衰减剧烈、多径衰落。电力线的衰减随着频率的增大而增大。
目前电网中使用的调制解调器均为窄带调制,基本调制方式有ASK、FSK及PSK等。实现手段有二进制调制和M进制调制,前者频带利用率低,而后者虽可通过增大进制来提高传输速率,但是在相同的S/N下,随着M的增大,系统误码率将增大。并且这些调制方式的抗噪声性能较弱,不能弥补电力线信道物理特性上的缺陷。扩频技术和正交频分复用(OFDM)调制技术是近几年发展起来的通信技术,具有一定的抗干扰和抗多径能力,在电力线通信中已经得到了较理想的应用。
三、扩频技术(Saread Spectrum communication)
3.1 扩频通信的基本原理
扩频通信技术是一种信息传输方式,其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽;频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成,用编码及调制的方法来实现的,与所传信息数据无关;在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。
根据Shannon定理:C=Blog2(1+S/N),当信道容量C恒定时,在一定的信噪比的情况下,可通过增加频带宽度B的方法,在较低的信噪比(S/N)情况下,传输信息,这正是扩频通信技术的原理。
3.2 扩频通信的技术特点
(1)抗噪声干扰能力。扩频通信在空间传输时所占有的带宽相对较宽,而收端又采用相关检测的办法来解扩,使有用宽带信息信号恢复成窄带信号,而把非所需信号扩展成宽带信号,然后通过窄带滤波技术提取有用的信号。这祥,对于各种干扰信号,因其在收端的非相关性,解扩后只有很微弱的成份。(2)抗多径能力。多径干扰通常采用以下两种方法来解决:即分集/接收技术和梳状滤波器的方法。这两种技术在扩频通信中都易于实现。利用扩频码的自相关特性,在接收端从多径信号中提取和分离出最强的有用信号,或把多个路径来的同一码序列的波形相加合成,这相当于梳状滤波器的作用。由于扩频通信具有抗干扰和衰减能力强的特点,因此非常适合电力线通信信道。
四、OFDM调制方式
OFDM是一种频谱利用率极高的技术,它采用多载波并行传输,每个载波的传输速率较低。因此在无需均衡的情况下可以适应多径反射、大的窄代噪声、冲击性噪声等苛刻的物理环境。
4.1 OFDM调制方式的基本原理
OFDM调制技术的基本原理就是将可用带宽分割为若干窄带、低速率载波,大量的窄带载波同时传送,每个载波的调制速率较低,但总体表现为极高的传输速率。OFDM是一种并行数据传输系统,由频率上等间隔的N个子载波构成,他们分别调制一路独立的数据信息,调制之后N个子载波的信号相加同时发送。通过选择载波间隔,使子载波在整个符号周期上保持频谱上的正交性,可以无失真的恢复发送信息,从而提高系统的频谱利用率。
4.2 OFDM技术特点
OFDM技术有显著的特点:抗噪声干扰能力强、抗多径能力强、频带利用率理论上可达到仙农信息论极限,所以它也很适合电力线通信。目前,Intellon公司的PowerPacket电力线载波芯片采用了OFDM技术,能够提供14Mbps的数据传输速率。
五、结束语
电力线通信采用了以上较为先进的技术,保证了通信自身的可靠性和稳定性;此外低压电力线系统的网络建设的比较完备,分布范围广。与其他接入方式比较,电力线接入具有“No New Wires”、接入方便和成本较低等优点。随着技术的发展和相关产品的推陈出新,电力线接入有望成为一种可以和光纤相媲美的接入方式。
参 考 文 献
[1] 杨刚等,电力线通信技术,电子工业出版社,2011(1)
【关键词】 电力线通信(PLC) 扩频(SST) 正交频分复用(OFDM) 电力线接入
一、电力线通信的基本概念
电力线通信(PLC)技术是采用电力线传送数据和话音信号的一种通信方式。该技术是将载有信息的高频信号加载到电力线上,用电线进行数据传输,通过专用的电力线调制解调器将高频信号从电力线上分离出来,传送到终端设备。由于它具有不用布线、覆盖范围广和连接方便的特点,被认为是很有竞争力的一种接入技术,成为解决 “最后一公里”问题的最佳方案之一。
二、电力线的电磁环境分析
由于电力线并不是专门用于通信的,所以在低压电力线上实现可靠的数据通信在技术上还有很多障碍。影响电力线通信可靠性的主要因素有:噪声电平高、阻抗变化大、信号电平衰减剧烈、多径衰落。电力线的衰减随着频率的增大而增大。
目前电网中使用的调制解调器均为窄带调制,基本调制方式有ASK、FSK及PSK等。实现手段有二进制调制和M进制调制,前者频带利用率低,而后者虽可通过增大进制来提高传输速率,但是在相同的S/N下,随着M的增大,系统误码率将增大。并且这些调制方式的抗噪声性能较弱,不能弥补电力线信道物理特性上的缺陷。扩频技术和正交频分复用(OFDM)调制技术是近几年发展起来的通信技术,具有一定的抗干扰和抗多径能力,在电力线通信中已经得到了较理想的应用。
三、扩频技术(Saread Spectrum communication)
3.1 扩频通信的基本原理
扩频通信技术是一种信息传输方式,其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽;频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成,用编码及调制的方法来实现的,与所传信息数据无关;在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。
根据Shannon定理:C=Blog2(1+S/N),当信道容量C恒定时,在一定的信噪比的情况下,可通过增加频带宽度B的方法,在较低的信噪比(S/N)情况下,传输信息,这正是扩频通信技术的原理。
3.2 扩频通信的技术特点
(1)抗噪声干扰能力。扩频通信在空间传输时所占有的带宽相对较宽,而收端又采用相关检测的办法来解扩,使有用宽带信息信号恢复成窄带信号,而把非所需信号扩展成宽带信号,然后通过窄带滤波技术提取有用的信号。这祥,对于各种干扰信号,因其在收端的非相关性,解扩后只有很微弱的成份。(2)抗多径能力。多径干扰通常采用以下两种方法来解决:即分集/接收技术和梳状滤波器的方法。这两种技术在扩频通信中都易于实现。利用扩频码的自相关特性,在接收端从多径信号中提取和分离出最强的有用信号,或把多个路径来的同一码序列的波形相加合成,这相当于梳状滤波器的作用。由于扩频通信具有抗干扰和衰减能力强的特点,因此非常适合电力线通信信道。
四、OFDM调制方式
OFDM是一种频谱利用率极高的技术,它采用多载波并行传输,每个载波的传输速率较低。因此在无需均衡的情况下可以适应多径反射、大的窄代噪声、冲击性噪声等苛刻的物理环境。
4.1 OFDM调制方式的基本原理
OFDM调制技术的基本原理就是将可用带宽分割为若干窄带、低速率载波,大量的窄带载波同时传送,每个载波的调制速率较低,但总体表现为极高的传输速率。OFDM是一种并行数据传输系统,由频率上等间隔的N个子载波构成,他们分别调制一路独立的数据信息,调制之后N个子载波的信号相加同时发送。通过选择载波间隔,使子载波在整个符号周期上保持频谱上的正交性,可以无失真的恢复发送信息,从而提高系统的频谱利用率。
4.2 OFDM技术特点
OFDM技术有显著的特点:抗噪声干扰能力强、抗多径能力强、频带利用率理论上可达到仙农信息论极限,所以它也很适合电力线通信。目前,Intellon公司的PowerPacket电力线载波芯片采用了OFDM技术,能够提供14Mbps的数据传输速率。
五、结束语
电力线通信采用了以上较为先进的技术,保证了通信自身的可靠性和稳定性;此外低压电力线系统的网络建设的比较完备,分布范围广。与其他接入方式比较,电力线接入具有“No New Wires”、接入方便和成本较低等优点。随着技术的发展和相关产品的推陈出新,电力线接入有望成为一种可以和光纤相媲美的接入方式。
参 考 文 献
[1] 杨刚等,电力线通信技术,电子工业出版社,2011(1)