【正文】 ，如果 N太少， IFFT處理會(huì)出錯(cuò)，因?yàn)樵趯?shí) 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。電容 C5 是用來抑制變壓器初、次級(jí)之間傳導(dǎo)式電磁干擾。 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(hào)收發(fā)口。在最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)被接收后， MAX2986 復(fù)位MIIRXDV。 MII 接口工作在半雙工模式，芯片與微處理器之間的信號(hào)傳輸由 CRS(載波偵測(cè) )腳控制。它們的定義如下：高電平時(shí)， SPEED 為 100Mbps、 DPLX 為全雙工、 ANEG 為自適應(yīng)開；低電平時(shí)， SPEED為 10Mbps、 DPLX 為半雙工、 ANEG 為自適應(yīng)關(guān)。通過 AFE 的十個(gè)數(shù)據(jù)端 (DAD)實(shí)現(xiàn) MAX2986與 MAX2980 之間的數(shù)據(jù)交換。然后 AGC 對(duì)衰減的有用信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)增益控制，增益的多少完全由 A/D 變換的要求來決定。D 接 Q ， CP 接 50MHz 的頻率。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(kuò)展。該處理器采用微信號(hào)體系結(jié)構(gòu)集 MCU 與 DSP 于一身，簡化了外圍電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。 還選擇了 Maxim 公司專門為 PLC 所設(shè)計(jì)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(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 (AFE)MAX2980 來完成模擬信號(hào)的處理。 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(fù)責(zé)將電力線通信的高頻信號(hào)和傳統(tǒng)的寬帶通信信號(hào)進(jìn)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(hào)：另一端通過傳統(tǒng)通信方式，如 CATV、 xDSL、光纖等接至 Inter。其中， Intellon 公司提出的改進(jìn)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)。經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (D／ A)把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)通過射頻電路將信號(hào)發(fā)射出去，在通過信道以后，接收機(jī)通過一系列相反變換恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)采用傳統(tǒng)的載波調(diào)制方法時(shí)，為了減少這些影響，需要使用復(fù)雜的多級(jí)均衡器，同時(shí)還存在著不易收斂的問題。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(shí)范圍越大。 kn 表示第 k 個(gè)子信道的加性噪聲。因?yàn)樵趯?shí)際的應(yīng)用中，難以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?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(shí)現(xiàn)近 100%的頻譜利用率。串行傳輸?shù)姆?hào)序列也被分成長度為 N 的段，每段內(nèi)的 N 個(gè)符號(hào)分別調(diào)制 N 個(gè)子載波，一起發(fā)送?；谶@些推導(dǎo)和對(duì)測(cè)量的頻率響應(yīng)的更進(jìn)一步的分析，可以得出對(duì)衰減因子的近似方程為： kfaafa 10)( ?? 僅用三個(gè)參數(shù)就可以表征典型電力線信道的特征 。對(duì)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。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)。這三種類型被分作背景噪聲。這種噪聲主要由電力設(shè)備的開關(guān)引起。如果延遲較長，就會(huì)使有用信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的碼間干擾。另外，當(dāng)負(fù)載很小時(shí)，發(fā)送耦合電路的內(nèi)阻也會(huì)分去相當(dāng)一部分的功率。電力線載波通信高頻信號(hào)傳送通道組成時(shí)，常用的耦合方式有相地耦合方式和相相耦合方式兩種。 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?cè)诎l(fā)電廠和變電所內(nèi)均按電壓等級(jí)連接在同一母線上。 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。而對(duì) 50Hz 電流具有極大的衰減，防止 50Hz 電流進(jìn)入載波設(shè)備，達(dá)到了保護(hù)人身和載波設(shè)備安全的目的。 例如我們利用電力線實(shí)現(xiàn)電話通信，將 1 路 ～ 的語音信號(hào)直接送到電力線上進(jìn)行傳輸，這樣會(huì)受到強(qiáng)大的 50Hz 電流干擾，在接收端難以選出語音信號(hào)而無法實(shí)現(xiàn)通信。 (3)具有等時(shí)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(jī)在運(yùn)行，龐大的電力線載波通信擔(dān)負(fù)著電網(wǎng)內(nèi)調(diào)度電話遠(yuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)方保護(hù)信息的傳輸，對(duì)電力線系統(tǒng)的安全，穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著重要的作用，因此對(duì)這種廉價(jià)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(bǔ)充。小規(guī)模產(chǎn)品試驗(yàn)成功之后，又在不同場(chǎng)合進(jìn)行了大規(guī)模電力線寬帶接入試驗(yàn)。目前，電力線載波通信在歐洲發(fā)展比較快，歐盟為促進(jìn)電力線載波技術(shù)發(fā)展，在 20xx 年啟動(dòng)了 OPERA 的計(jì)劃。特別是“十一五”規(guī)劃中把電力線載波通信列入大力研究項(xiàng)目， 探討電線上網(wǎng)的政策和運(yùn)營方式，努力為實(shí)現(xiàn)全面電線上網(wǎng)打好基礎(chǔ)作為發(fā)展重點(diǎn)。隨著正交頻分復(fù)用技術(shù) (Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM)技術(shù)應(yīng)用于 PLC 領(lǐng)域， PLC 傳輸?shù)目煽啃院退俾室策_(dá)到了一個(gè)新的高度。 指導(dǎo)教師簽字： 鄭 重 聲 明 本人所呈交的畢業(yè)論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。 關(guān)鍵字 :PLC 電力線載波通信 OFDM MAX2986 ABSTRACT Power line munication(PLC) uses power line as munication media for data transmission and information exchange ． With the advancement of the technologies of modulation and signal procession ， PLC has been developed greatly． With the technology of Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM) using in PLC， the reliability and speed Of PLC transmission arrive at a new height． There are many PLC applications， such as HomeBus for making the intelligent building， automatic meter reading and, so on． The work is as follows： The characteristics of the power line channel are studied, which contain multipath attenuation, impedance changes and many varying noise。電力線中的信道噪聲是電力線通信發(fā)展的主要問題，如何解決這個(gè)問題成為電力線載波通信作為寬帶接入問題關(guān)鍵。從英國公司研究出高速 PLC 技術(shù)以后，我國研究機(jī)構(gòu)也開始對(duì)高速 PLC 研究，中國電力科學(xué)研究院采用國外芯片先后研究出可以傳輸速率為 1 4 200Mbit／ s 的低壓 PLC 產(chǎn)品以及 1 中國 礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 45Mbit／ s 的中壓 PLC 產(chǎn)品。 中國 礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2 電力線載波通信技術(shù) 電力線載波通信 電力線通信技術(shù)是指利用高壓電力線 (通常指 35KV 及以上電壓等級(jí) )、中壓配網(wǎng)電力線 (指 10KV電壓等級(jí) )或低壓配電線 (380/220V用戶線 )作為信息傳輸媒介進(jìn)行語音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)?一 種特殊通信方式。要實(shí)現(xiàn)自配電變壓器至用戶插座的全力線接入需要借助中繼技術(shù)。如將多路語音信號(hào)分別采用不同頻率的載波進(jìn)行變頻，在電力線上就可以進(jìn)行多路載波電話通信。 電力線載波通信在兩個(gè)方向采用兩個(gè)不同的線路傳送頻帶在同一相電力線上來回傳送，是雙頻帶二線制雙向通信。 圖 電力線載波設(shè) 備原理框圖 圖 2． 2 中可見， 電力線載波通信系統(tǒng)由電力線載波設(shè)備和高頻通道所組成。由于同母線上的不同相電力線之間的跨越衰減不大，因此使每相語 音信 號(hào)調(diào) 制載 波濾 波 器 放 大 器 濾 波 器濾 波 器解 調(diào) 器本 地載 波放 大 器 濾 波 器f1f1f2f2AF 1 /F 2 中國 礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 電力線上開設(shè)電力線載波的頻譜不能重復(fù)使用。電力線的線路特性阻抗與耦合方式也有關(guān)。 多徑干擾 多徑效應(yīng)是指信號(hào)經(jīng)過不同路徑到達(dá)目的地時(shí)，由于信號(hào)的延遲而產(chǎn)生相互干擾的現(xiàn)象。電力線信道中頻率在數(shù)百 KHz 至 20MHz 范圍內(nèi)的噪聲分為以下五類： (1) 有色背景噪聲：它的功率譜密度相對(duì)較低，并且隨頻率變化。 (5) 不同步的沖擊噪聲：這種噪聲主要由電力線上連接的設(shè)備的瞬時(shí)開關(guān)引起。在 OFDM 系統(tǒng)中對(duì)這些噪聲通常的解決辦法是或者避免使用這些頻段，或者是在這些噪聲頻段上采用低比特速率的子信道。39。39。 OFDM技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于非對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路 ADSL、數(shù)字音頻廣播 DAB，、高清晰度電視 HDTV 等系統(tǒng)中，它作為一種成熟的技術(shù)，有其獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)。如圖 31 這樣即使各載波上的信號(hào)頻譜間存在重疊，也能無失真的復(fù)原。插入循環(huán)前綴以后，再將并行信號(hào)轉(zhuǎn)為串行信號(hào)，經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換，通過射頻電路將信號(hào)發(fā)送出去，通過信道后，在接收端，經(jīng) A/D 變換、低通濾波、變頻送入信道，接收端完成與發(fā)送端相反的處理，即可恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。此信號(hào)乘以實(shí)際載波就可將 OFDM 信號(hào)搬移到所需的頻道上，但當(dāng)信道存在 ISI 時(shí)， OFDM 子載波間的正交性會(huì)被破壞，使得接收機(jī)無法正確提取各子載波上的調(diào)制符號(hào)。而 OFDM 將信道分為 N 個(gè)子載波，速度變?yōu)樵盘?hào)的 1/N，符號(hào)周期也相應(yīng)的延長了 N 倍，因?yàn)?N 常常很大，所以 OFDM 具有相當(dāng)強(qiáng)的抗 ISI 能力。 抗頻率選擇性衰落 在單載波中，單個(gè)衰減或者干擾就能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失敗，但是在 OFDM 系統(tǒng)中，由于使用 N 個(gè)子載波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所以頻率選擇性衰落都只能影響到一小部分子載波，而其它的子載波不會(huì)受到干擾，從而在一定范圍內(nèi)，能保持正常的通信。 OFDM根據(jù)電力線的實(shí)際信道特性將 0MHz—25MHz的頻段平均分為 128 個(gè)子信道， PLC 使用其中的 84 個(gè)子信道 (23—106)，對(duì)應(yīng)的頻帶范圍是 —。 的產(chǎn)品為消費(fèi)者提供一種不需要增加任何新線路就能簡便組成家庭網(wǎng)絡(luò)的解決方案，這些產(chǎn)品包括HomePlug 橋接器、 HomePlug 適配器以及內(nèi)置有 HomePlug 技術(shù)的網(wǎng)橋和適配器，它們采用以太網(wǎng)、 USB、 WiFi 接口將 PC 機(jī)或其它設(shè)備與電力線相連接，數(shù)據(jù)速率為 14Mbps。它主要完成的工作包括：(1)從電力線上提取和注入電力線高頻通信信號(hào)。 (2)數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá) 14Mbps，滿足我們對(duì)設(shè)計(jì)速度的要求。這一層用于連接外圍 MII/rMII 或 FIFO 接口的 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。MAX2986 采用 30MHz 的時(shí)鐘頻率作為其的工作頻率。 圖 MAX2980 結(jié)構(gòu)圖 圖 為 MAX2980 的接線框圖。 模擬前端的信號(hào)發(fā)送部分包括了數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)、低通濾波器 (LPA)、緩沖器 (BUF)、線路驅(qū)動(dòng)器 (LD)。 圖 模擬前端接線框圖 HPF LPF ADCLPF DACMUXM AX 2986LNA AGCBUFLD電力線M AX 2980D / A / D ( 0 9 ) AFED AT ( 0 9 )ENR EAD AFERE NENT XSHRC RVCSAFEPO RXAFEFRZMAX 2980 AFEMA X 2986CLKRESETINAFECL KAFERE SETPL OPPL ONPL IPPL INETHUSBUA RTAFETX EN 中國 礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 網(wǎng)絡(luò) 接口電路 以 L80225 以太網(wǎng)收發(fā)器作為設(shè)計(jì)的物理鏈路層 (PHY)器件， L80225 與MAX2986 的 Ether 控制口相連，網(wǎng)絡(luò)的上層通信由 MAX2986 完成。 LED1 指示連接偵測(cè)信號(hào)； LED2 指示全雙工，半雙工工作模式： LED3 指示 10/100Mbps 工作模式。作為響應(yīng)， MAX2986 發(fā)出MIICRS。 圖 。 電源電路設(shè)計(jì) 電平的電源 本系統(tǒng)需要 和 電平的電源。次級(jí)電壓經(jīng) VDC L C7 整流濾波。經(jīng)過 IFFT以后，再并 /串處理，將