【正文】 ....................................... 1 國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r ........................................................................................ 2 2 PLC 技術(shù) ................................................................................................................. 4 PLC 技術(shù)原理 .................................................................................................. 4 PLC 技術(shù)特性 .................................................................................................. 4 低壓電力線的信道特性 ......................................................................... 4 傳輸特性 ................................................................................................. 5 PLC 技術(shù)的應(yīng)用 .............................................................................................. 5 小結(jié) ................................................................................................................... 6 3 OFDM 技術(shù) ............................................................................................................ 7 OFDM 技術(shù)的基本原理 ......................................................................................... 7 OFDM 的數(shù)學(xué)表達(dá)式 ...................................................................................... 8 OFDM 的實(shí)現(xiàn) .................................................................................................. 9 OFDM 應(yīng)用于 PLC ........................................................................................ 10 OFDM 技術(shù)適用于 PLC 的優(yōu)點(diǎn) ......................................................... 10 在 PLC 中引入 OFDM 技術(shù) ............................................................... 11 小結(jié) ................................................................................................................ 12 編號(hào) 重慶理工大學(xué)畢業(yè) 論文 目錄 4 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) ........................................................................................... 13 4. 1 INT5200 芯片 ................................................................................................ 13 INT5200 芯 片簡(jiǎn)介 ............................................................................... 13 INT5200 芯片的功能結(jié)構(gòu) ................................................................... 13 INT5200 的復(fù)位和初始化控制 ........................................................... 16 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) .................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 本文首先對(duì)電力線通信做了簡(jiǎn)單的介紹，然后 對(duì)低壓電力線通信信道特性做了初步分析，并對(duì)能改善此信道的 OFDM 技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，為電力線通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 然而，作為一種具有光明前景的通信技術(shù)，電力線通信由于具有時(shí)變性、頻率選擇性等固有特點(diǎn)，使其在具體應(yīng)用中仍然存在很多問(wèn)題亟待我們解決 （ 比如在技術(shù)及設(shè)備上還不盡完善 ） 。其對(duì)傳輸信號(hào)的不利影響主要表現(xiàn)為具有隨機(jī)性的信道損耗、信道噪聲和多徑效應(yīng)。 1995~1997 年的兩年間， Norweb 和 Notel 公司已經(jīng)成功地在英國(guó)曼徹斯特對(duì) 20 個(gè)居民用戶進(jìn)行了 PLC 上網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，其中還包括話音服務(wù)。亞洲開(kāi)展 PLC研究和試驗(yàn)的國(guó)家和地區(qū)除中國(guó)大陸外，還有日本、韓國(guó)、新加坡、中國(guó)香港、中國(guó)臺(tái)灣等。國(guó)家電網(wǎng)公司高度重視 PLC 技術(shù)的研發(fā)和推廣，多次建立了研究 PLC 技術(shù)的科研項(xiàng)目， 有 中國(guó)的科研項(xiàng)目，有中國(guó)電力科學(xué)研究院、福建電力試驗(yàn)研究院、深圳國(guó)電科技公司及北京意科公司進(jìn)行 PLC 技術(shù)、產(chǎn)品的研究與開(kāi)發(fā)，采用國(guó)外芯片，先后生產(chǎn)出了傳輸速率為 1 4 200Mbit/s的低壓 PLC 產(chǎn)品以及 1 45Mbit/s 中壓 PLC 產(chǎn)品。 PLC 辦公室與相關(guān)國(guó)外技術(shù)人員共同針 對(duì)中國(guó)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究并解決了技術(shù)上的難題，確定了多種實(shí)驗(yàn)方案，建立了 PLC 家庭模擬實(shí)驗(yàn)。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 PLC 技術(shù) 4 2 PLC 技術(shù) PLC 技術(shù)原理 [3] 低壓電力線通信，是利用現(xiàn)有的低壓配電線路 （ 220V或 380V交流供電線路 ）作為通信介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)，話音，圖像等綜合業(yè)務(wù)的通信技術(shù)。接收端的耦合電路將調(diào)制信號(hào)與電力線上的高電壓分離，經(jīng)帶通濾波器濾除信道中引入的可用頻帶外的噪聲，再經(jīng)解調(diào)、信道譯碼后將數(shù)據(jù)恢復(fù)，就可得到原通信信號(hào) (信宿 )。物理網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)的，信道特性也是動(dòng)態(tài)的，這種特殊性決定了組網(wǎng)的困難性。由于電力線上連接有各種各樣的用電設(shè)備，某些大功率用電設(shè)備的頻繁開(kāi)閉，會(huì)在電力線上產(chǎn)生各種噪聲干擾，而且噪聲幅度較大。但 當(dāng)電力線上負(fù)荷較大時(shí)，采用 PLC 技術(shù)只能傳輸 200m 左右，要想實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳輸，只能采用增加中繼的方式。隨著 PLC 技術(shù)和產(chǎn)品的改進(jìn)， PLC 系統(tǒng)傳輸速率會(huì)不斷提高。所謂智能化小區(qū)，是指通過(guò)綜合配置住宅區(qū)內(nèi)的各功能子系統(tǒng)，以綜合布線 為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為區(qū)內(nèi)各種設(shè)備管理自動(dòng)化的新型住宅小區(qū)。不但有效降低系統(tǒng)的成本，同時(shí)可以方便快捷地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化抄收。因此電力線通信技術(shù)在家居智能化應(yīng)用方面有著廣泛的前景。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 OFDM 技術(shù) 7 3 OFDM 技術(shù) OFDM 技術(shù)的基本原理 [6][9] 在傳統(tǒng)的串行數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，碼元是連續(xù)傳輸?shù)模總€(gè)碼元的頻譜占整個(gè)可用帶寬。這種并行傳輸 體制大大地?cái)U(kuò)展了碼元的脈沖寬度，提高了抗多徑衰落的性能。而采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的 OFDM系統(tǒng)，各子載波頻譜互相重疊，但必須加以特殊的正交限制，以便在接收端能保證無(wú)失真的復(fù)原 。也就是說(shuō) ， OFDM實(shí)質(zhì)上是將高速的串行數(shù)據(jù)流變成低速并行數(shù)據(jù)再進(jìn)行傳輸。 從圖中可以看出，單個(gè)碼元的頻譜為 sinx/x型，頻帶利用率不高，而 OFDM的頻譜總的來(lái)看近似為矩形，且其邊帶分量相互疊加后，變得很小。在此變換當(dāng)中，包含了一系列復(fù)雜標(biāo)志的頻域數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)制載波。 OFDM 的數(shù)學(xué)表達(dá)式 [7][23] OFDM信號(hào)常常表示成并行傳輸?shù)恼徽{(diào)制子載波的集合，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 ： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 個(gè)要傳輸?shù)拇a元，每個(gè) OFDM碼元的有效周期為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為所用的子載波的最低中心頻率。 （ 35） 由于 OFDM系統(tǒng)中的子載波數(shù)量很多，所以實(shí)際應(yīng)用時(shí)不能像傳統(tǒng)的 FDM那樣使用成百上千個(gè)振蕩器和鎖相環(huán)進(jìn)行 相干 調(diào)制。此信號(hào)乘以實(shí)際載波就可將 OFDM信號(hào)搬到所需的頻帶上。然后這些碼元經(jīng)過(guò)串 /并轉(zhuǎn)換器，并行輸出到 N條線路上 （ 指頻率通道 ） ?？焖俑盗⑷~逆變換可以把頻域離散的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為時(shí)域離散的數(shù)據(jù)。得到的串行數(shù)據(jù)經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，再經(jīng)過(guò)射頻、帶通濾波器、 耦合 電路等加載到電力線信道進(jìn)行傳輸。清除循環(huán)前綴并沒(méi)有刪掉任何信息。多徑信號(hào)引起先發(fā)信息碼字的滯后到達(dá)而影響當(dāng)前信息碼字，從而產(chǎn)生碼間干擾。 OFDM 的基本思想就是把可用信道帶寬劃分為若干子信道，每個(gè)子信道都可近似看作理想信道。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 OFDM 技術(shù) 11 ③ OFDM是把一組數(shù)據(jù)通過(guò)多個(gè)子載波傳播 ， 在每個(gè)子載波上的信號(hào)時(shí)間就相應(yīng)的比同速率的單載波系統(tǒng)上的信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)很多倍，使 OFDM對(duì)脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力很強(qiáng) ； 另外， OFDM與信道編碼和交織技術(shù)結(jié)合，將有更好地抗衰落性能。同時(shí)通過(guò)在每個(gè) OFDM符號(hào)之間加入循環(huán)前綴以形成保護(hù)間隔 ， 來(lái)進(jìn)一步消除殘存的碼間干擾。如果子 帶 之間的功率分配及每個(gè)符號(hào)包含的比特位的選擇遵循保證每個(gè)子信道的誤碼率均衡原則，那么實(shí)現(xiàn)總速率最大化是可能的。在任何失真的信道中都可以采用 OFDM 技術(shù)，特別是在具有頻率選擇特性的衰減信道中，效果尤其明顯。 OFDM 還可以有效地抑制等幅波干擾。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 系統(tǒng)的 硬件電路設(shè)計(jì) 37 4 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 4. 1 INT5200 芯片 INT5200 芯片簡(jiǎn)介 INT5200是 Intellon公司制造的第三代電力線調(diào)制解調(diào)芯片，它單片集成了媒介訪問(wèn)控制層 （ MAC） 、物理層 （ PHY） 以及模擬前端 （ AFE） ，是目前市場(chǎng)上應(yīng)用較多的 INT5lXI的替代產(chǎn)品。它所采用的 Powerpacket物理層使用 OFDM 技術(shù)能更好的克服噪聲 干 擾及多徑衰減，更適合于信道環(huán)境比較惡劣的低壓電力線。本設(shè)計(jì)選用 Host/DTE接口，其主要信號(hào)引腳功能如下 ： （ 1） SPI接口引 腳的功能 SPI_DO： 通過(guò)該端可將數(shù)據(jù)輸出至 E2PROM； SPI_DI： 數(shù)據(jù)從 E2PROM讀入； SPI_CLK： SPI時(shí)鐘； 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 14 SPI_CS： 選通 E2PROM； （ 2） MDI接口引腳的功能 MII_MDIO： 管理數(shù)據(jù)輸入輸出； MII_MDCLK： 管理數(shù)據(jù) I/O時(shí)鐘； （ 3） MII接口引腳的功能 MII_RX0～ MII_RX3： 接收數(shù)據(jù)線； MII_RXCLK： 接收時(shí)鐘線； MII_RXDV： 接收數(shù)據(jù)有效端； MII_RX_ER： 接收錯(cuò)誤指示端； MII_COL：