【正文】 S 型光電耦合器和 TNY266 組成電壓電流反饋環(huán)節(jié)。 圖 電源電路 OFDM 系統(tǒng)的性能仿真 仿真流程 整個系統(tǒng)的仿真流程如下圖 。一般 N是 2的冪次，并且是選取中頻的 4倍。這一點是關(guān)鍵的，基帶信號經(jīng)過 DPSK(差分 PSK)調(diào)制后，會將碼元映射到一個復(fù)信號上，這是 DSP處理的過程，而后這些 復(fù)信號對應(yīng)到各頻點上后，做 N點的IFFT變換， N可以通過選 擇，但不是隨便的，如果 N太少， IFFT處理會出錯，因為在實 際系統(tǒng)中，中頻的選取和 N的大小是有關(guān)系的， N太小，中頻取 太小，那么頻帶根本無法分割。 TL431A 穩(wěn)壓管將 A 點電位穩(wěn)定在 ，通過 R R6 對電壓的分配得到輸出電壓： VVVR RRVU 6650 ??????? 直流電 源 電壓由 穩(wěn)壓芯片產(chǎn)生，電路圖如圖 所示。電容 C5 是用來抑制變壓器初、次級之間傳導(dǎo)式電磁干擾。 電源采用開關(guān)電源的解決方案。 圖 耦合電路 耦合電路的一端接 220V 線路，另一端接 MAX2980 模擬前端的信號收發(fā)口。 ERZ 為壓敏電阻，采用松下公司的 ERZV07D471，它可以有效的吸收線路上的尖峰脈沖，起到保護的作用。在最后一個數(shù)據(jù)字節(jié)被接收后， MAX2986 復(fù)位MIIRXDV。外部主機保持 MIITXEN 為高電平時，數(shù)據(jù)通過 MIIDAT，同步于 MIICLK被采樣輸入 MAX2986。 MII 接口工作在半雙工模式，芯片與微處理器之間的信號傳輸由 CRS(載波偵測 )腳控制。電容 C1～ C5 用于濾除高頻雜波，為 L80225 提供干凈的電源，提高其抗干擾能力。它們的定義如下：高電平時， SPEED 為 100Mbps、 DPLX 為全雙工、 ANEG 為自適應(yīng)開；低電平時， SPEED為 10Mbps、 DPLX 為半雙工、 ANEG 為自適應(yīng)關(guān)。 本方案將MAX2986AFE 端口與電力線通信模擬前端收發(fā)器 MAX2980 的 AFE 端口相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的電力線端前向處理。通過 AFE 的十個數(shù)據(jù)端 (DAD)實現(xiàn) MAX2986與 MAX2980 之間的數(shù)據(jù)交換。經(jīng) MAX2986 處理的數(shù)字信號先進行 DA 變換生成模擬信號，再通過 LPF 將諧波噪聲濾除。然后 AGC 對衰減的有用信號進行自動增益控制，增益的多少完全由 A/D 變換的要求來決定。通過 AFE 的十個數(shù)據(jù)端 (DAD)實現(xiàn) MAX2986與 MAX2980 之間的數(shù)據(jù)交換。D 接 Q ， CP 接 50MHz 的頻率。如圖 所示為 30MHz 時鐘產(chǎn)生電路。這些接口方式使得 MAX2986 幾乎能夠配合任何數(shù)據(jù)通信器件工作，適合各種信息傳輸設(shè)備，提供功能及應(yīng)用擴展。 MAX2986 芯片 MAX2986 利用 Maxim 先進的 OFDM 電力線引擎，提供高達 14Mbps 的數(shù)據(jù)速率。該處理器采用微信號體系結(jié)構(gòu)集 MCU 與 DSP 于一身，簡化了外圍電路設(shè)計的復(fù)雜性。 (3)MAX2986 是一款可編程，可接入 MACAPI 芯片，內(nèi)嵌 ARM946 微處理器，可節(jié)省外部微處理器的應(yīng)用，簡化設(shè)計的復(fù)雜性。 還選擇了 Maxim 公司專門為 PLC 所設(shè)計的電力線模擬前端終端用戶PNT低壓配電網(wǎng)變壓器 / PNUInter n et 中國 礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 19 (AFE)MAX2980 來完成模擬信號的處理。 (2)完成電力線通信信號與以太網(wǎng)通信信號相互轉(zhuǎn)換。 圖 電力線網(wǎng)絡(luò)通信示意圖 圖 為電力線網(wǎng)絡(luò)通信示意圖，其中 局端模塊 PNU 一般安裝在配電變壓器的低壓輸出端，負責將電力線通信的高頻信號和傳統(tǒng)的寬帶通信信號進行相互轉(zhuǎn)換，它一端通過電容和電感耦合器連接到電力電纜，提取和傳送高頻電力線通信信號：另一端通過傳統(tǒng)通信方式，如 CATV、 xDSL、光纖等接至 Inter。 技術(shù)規(guī)范的要點為： 綜合的物理層（ PHY）和媒介接入控制層（ MAC） 數(shù)據(jù)速率：高達 14Mbps 頻帶寬度： MHz~ MHz 正交頻分復(fù)用（ OFDM）符號調(diào)制 信號 1 信號 2 信號 3???信號 83 信號 84頻率頻率 1 頻率 2 中國 礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 17 84 個載頻 頻道自適應(yīng) 前向糾錯（ FEC） 載波調(diào)制方法支持： DQPSK, DBPSK, ROBO 接入方法支持： CSMA/CA 滿足 FCC 第 15 部分輻射標準 新一代的 HomePlug AV 規(guī)范是 PLC 有關(guān)音頻 視頻寬帶家庭網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)規(guī)范，它支持多個數(shù)據(jù)和視頻流的分配，包括遍布整個家庭的高清晰度電視 (HDTV)和標準清晰度電視 (SDTV)，支持家庭娛樂應(yīng)用，包括 HDTV 和家庭影院， HomePlugAV 兼容 HomePlug 。其中， Intellon 公司提出的改進的 OFDM 技術(shù)已被家庭插座聯(lián)盟采納，成為制定電力線載波通信規(guī)范的依據(jù)。每一個子信道上傳輸一路信號，如圖 所示。經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (D／ A)把數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號通過射頻電路將信號發(fā)射出去，在通過信道以后，接收機通過一系列相反變換恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。 中國 礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 15 抗多徑效應(yīng) OFDM 系統(tǒng)是將一個高速的串行數(shù)據(jù)流分配到 N 個子信道上傳輸，使分割后的碼元速率下降到原來的 1／ N，這樣每個子載波的周期延長為原來的 N 倍，只要這個周期遠遠大于多徑時延擴展，就可以有效地克服多徑效應(yīng)引起的碼間干擾。當采用傳統(tǒng)的載波調(diào)制方法時，為了減少這些影響，需要使用復(fù)雜的多級均衡器，同時還存在著不易收斂的問題。由這兩方面的特性，保證 了 OFDM 具有較強的抗 ISI 性能。所以 OFDM 抵抗 ISI 的能力取決于 A的長度， A 越長，可消除 ISI 的延時范圍越大。因此抗 ISI 性能是 OFDM 系統(tǒng)的一個很重要的技術(shù)指標。 kn 表示第 k 個子信道的加性噪聲。 圖 OFDM 基本框圖 信 號 輸 入串/并基 帶調(diào) 制I FF T插入C P并/串A/D射 頻電 路信 道信 號 輸 出并/串基 帶解 調(diào)F FT移去C P串/并D/A射 頻電 路 中國 礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 13 OFDM 的數(shù)學表示 連續(xù)時間內(nèi)的 OFDM 信號可表示為 : ? ??????? ?????? ??nNk kkn nTtgXNtx10 , )(1)( 其中 : ??? ??0],0[,)( 2 Ttetg tfjkk? 1,...,0,0 ???? NkTkff k knX, 為第 n 個 OFDM 符號的第 k 個碼元， 每個 OFDM 符號的周期為 T， N 為OFDM 子載波的數(shù)量， ?k 為第 k 個子載波的中心頻率， ?0 為 所使用的最低中心頻率。因為在實際的應(yīng)用中，難以實現(xiàn)適當?shù)哪慰固貫V波器，單載波系統(tǒng)的頻帶利用率很少超過 80%，而 OFDM 系統(tǒng)可以實現(xiàn)近 100%的頻譜利用率。顯然，當載波間的最小間隔等于符號周期倒數(shù)的整數(shù)倍時，即可 以滿足正交條件。串行傳輸?shù)姆栃蛄幸脖环殖砷L度為 N 的段，每段內(nèi)的 N 個符號分別調(diào)制 N 個子載波，一起發(fā)送。 OFDM 調(diào)制是一種正交多載波調(diào)制方式?；谶@些推導(dǎo)和對測量的頻率響應(yīng)的更進一步的分析，可以得出對衰減因子的近似方程為： kfaafa 10)( ?? 僅用三個參數(shù)就可以表征典型電力線信道的特征 。 CG ??? ，這樣，線pirii vdcd ??0?? 中國 礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 10 路可以看作為是具有實數(shù)特征阻抗 ZL 的低損耗信道。對典型的幾何結(jié)構(gòu)和材料的線路來說，通常在兆赫茲的頻率范圍內(nèi)有 39。39。之間的關(guān)系： () 其中 0c 是在真空中的光速， r? 為絕緣材料的介電常數(shù)。 圖 信道 五類噪聲示意圖 電力線信道傳輸模型 根據(jù)文獻 【 2】 ，通用的電力線信道傳輸模型為 ： ?? ???? Ni fjdfaafi iikgi eefgfH 1 2)()( 10)()( ?? π （ ） C h a n n e lS ( t ) R ( t )①② ③ ④ ⑤p s dfp s dfff fp s d p s d p s d 中國 礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 9 其中： i 表示路徑數(shù)目，延時最短時系數(shù) i=1； a0， a1 表示衰落參數(shù)； k 表示衰落因子指數(shù)； gi 表示路徑 i 的權(quán)衡因子，通常是復(fù)數(shù)，為該路徑的反射因子／傳輸因子； di 表示路徑 i 的長度； τi 表示路徑 i 的時延； 信道的實時性由延時項公式第三部分來體現(xiàn)，隨著信道長度和頻率的變化而產(chǎn)生低通特性，信道衰落由衰落項公式第二部分來體現(xiàn)，而權(quán)衡因子包公式第一部分括反射因子和傳輸因子，一般是復(fù)數(shù)，而且是與頻率相關(guān)。這三種類型被分作背景噪聲。這些沖擊的持續(xù)時間從幾毫秒到幾微秒 不等，并且它們的到達時間是隨機的。這種噪聲主要由電力設(shè)備的開關(guān)引起。這種噪聲主要由各種低功率噪聲源共同引起，它的功率譜密度隨時間變化較慢，通常為幾分鐘，甚至幾小時。如果延遲較長，就會使有用信號產(chǎn)生嚴重的碼間干擾。低壓電力網(wǎng)由于所連接的設(shè)備數(shù)量巨大、種類繁多，整個電力網(wǎng)絡(luò)的阻抗隨時處于動態(tài)變化之中。另外，當負載很小時，發(fā)送耦合電路的內(nèi)阻也會分去相當一部分的功率。目前我國的電力線相地耦合情況下的輸入阻抗一般選 300～ 400 歐姆 (110kV 的線路為 400 歐姆， 220kV 的線路為 350 歐姆， 500kV 的線路為 300 歐姆 )。電力線載波通信高頻信號傳送通道組成時，常用的耦合方式有相地耦合方式和相相耦合方式兩種。要想重復(fù)使用相同頻譜，至少應(yīng)相隔兩段電力線路。 電力系統(tǒng)中的電力線路是為了傳輸和分配電能而架設(shè)的，它們在發(fā)電廠和變電所內(nèi)均按電壓等級連接在同一母線上。它所使用的頻帶主要由高頻通道的特性所決定。 電力線載波設(shè)備和通信線載波設(shè)備沒有原理上的區(qū)別。其具體過程為： A 端的語音信號 (~)發(fā)電機升壓變壓器斷路器斷路器斷路器斷路器阻 波 器 阻 波 器耦 合 電 容 器耦 合 電 容 器結(jié) 合 濾波 器結(jié) 合 濾波 器電 力 線載 波 設(shè)備電 力 線載 波 設(shè)備用戶用戶A母 線母 線T 1 T 2C 1 C 2F 1 F 2B高 通 濾 波 器 中國 礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 5 經(jīng)差接系統(tǒng)，與頻率為 f1 的載波進行調(diào)制，并取其上邊帶，將語音信號頻譜搬移到高頻，成為 f1+(~)kHz 的高頻信號，通過放大和帶通濾波器濾除諧波成分，經(jīng)結(jié)合濾波器 F耦合電容器 C1 送到電力線的耦合相線上。而對 50Hz 電流具有極大的衰減，防止 50Hz 電流進入載波設(shè)備，達到了保護人身和載波設(shè)備安全的目的。 利用電力線實現(xiàn)載波通信，最重要的問題是如何把高頻信號安全地耦合到電力線上。 例如我們利用電力線實現(xiàn)電話通信，將 1 路 ～ 的語音信號直接送到電力線上進行傳輸，這樣會受到強大的 50Hz 電流干擾，在接收端難以選出語音信號而無法實現(xiàn)通信。電力負荷的波動對 PLC 接入網(wǎng)絡(luò)的吞吐最也有一定影響。 (3)具有等時性，只要高壓輸電線一架通，載波通道就開通了，輸電線架設(shè)到哪里，載波通信線路就可以延伸到那里，目前我國 110kV 輸電線路上和 35kV 的農(nóng)網(wǎng)上還有大量的電力線載波機在運行，龐大的電力線載波通信擔負著電網(wǎng)內(nèi)調(diào)度電話遠動，遠方保護信息的傳輸，對電力線系統(tǒng)的安全，穩(wěn)定，經(jīng)濟運行起著重要的作用，因此對這種廉價的電力系統(tǒng)都有的信道資源不應(yīng)輕易放棄，應(yīng)加以合理的發(fā)展和利用，使之與高速，寬帶技術(shù)長期并存，互為補充。該技術(shù)是把載有信息的高頻載波信號加載于電流，然后用電力線傳輸，接收信息的適配器再把高頻載波信號從電流中分離出來以實現(xiàn)信息傳遞。小規(guī)模產(chǎn)品試驗成功之后，又在不同場合進行了大規(guī)模電力線寬帶接入試驗。由于我們低壓配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、負荷特性、供電方式和國外有很大的不同，國外已有的產(chǎn)品需要根據(jù)我國配電線路的實際情況進行改進才能使用。目前，電力線載波通信在歐洲發(fā)展比較快，歐盟為促進電力線載波技術(shù)發(fā)展，在 20xx 年啟動了 OPERA 的計劃。 國外發(fā)展 PLC 電力線載波通信研究 97 年英國的 Norweb 通訊公司和加拿大 Nortel(北電網(wǎng)絡(luò) )利用開發(fā)的數(shù)字電力線載波技術(shù) ，實現(xiàn)了在低壓配電網(wǎng)上進行的 1Mbit／ s的速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h程通信，并